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22.2 : 数式とブロック図の関係

バネ・質量・ダンパー系では、二次微分方程式がシステムの動的動作を記述します。この方程式を初期条件がゼロのラプラス領域に変換すると、効果的に分析および操作できます。ラプラス領域への変換により、微分方程式が代数方程式に変換され、出力を分離するプロセスが簡略化されます。

Equation1

バネ・質量・ダンパー系の標準微分方程式にラプラス変換を適用すると、次の出力が得られます。

Equation2

ブロック図を作成する際、右側の信号を接続して表現を簡略化できます。ブロック図をさらに改良して、加速度や速度などの内部変数を組み込むことができます。1/s はラプラス領域での積分に対応するため、加速度信号を積分して速度を取得し、速度を積分して変位信号を生成します。

ブロック図の簡略化には、内部フィードバックループからの項の因数分解が含まれます。このプロセスにより、加速度、速度、変位の関係を視覚的に表す代替ブロック図が作成されます。

システムの伝達関数を導出するには、入力信号とフィードバック信号を表すブロックをコンパレータの右側に移動し、内部フィードバックループを簡略化します。結果として得られる式は、伝達関数を示します。

Equation3

Equation4

この伝達関数は、システムの動作を分析し、さまざまな入力に対する応答を予測し、望ましいパフォーマンス特性を実現するための制御戦略を設計するために不可欠です。

タグ

Spring mass damper SystemDifferential EquationLaplace TransformBlock DiagramDynamic BehaviorAlgebraic EquationsInternal VariablesAccelerationVelocityDisplacement SignalTransfer FunctionFeedback LoopControl StrategiesSystem Analysis

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