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22.2 : 수학 방정식과 블록 다이어그램 간의 관계

스프링-질량-댐퍼 시스템에서 2차 미분 방정식은 시스템의 동적 거동을 설명합니다. 초기 조건이 0인 라플라스 도메인으로 변환하면 이 방정식을 효과적으로 분석하고 조작할 수 있습니다. 라플라스 도메인으로 변환하면 미분 방정식이 대수 방정식으로 변환되어 출력을 분리하는 프로세스가 간소화됩니다.

Equation1

스프링-질량-댐퍼 시스템의 표준 미분 방정식에 라플라스 변환을 적용하면 다음과 같은 출력이 나옵니다.

Equation2

블록 다이어그램을 구성할 때, 오른쪽의 신호를 연결하여 표현을 단순화할 수 있습니다. 블록 다이어그램은 가속도 및 속도와 같은 내부 변수를 통합하기 위해 더욱 세분화할 수 있습니다. 1/s는 라플라스 도메인에서의 적분에 해당하므로 가속도 신호는 속도를 얻기 위해 적분되고, 속도는 변위 신호를 생성하기 위해 적분됩니다.

블록 다이어그램 단순화는 내부 피드백 루프에서 항을 인수분해하는 것을 포함합니다. 이 프로세스는 가속도, 속도 및 변위 간의 관계를 시각적으로 표현하는 대체 블록 다이어그램으로 이어집니다.

시스템의 전달 함수를 도출하기 위해 입력 및 피드백 신호를 나타내는 블록을 비교기의 오른쪽으로 옮기고 내부 피드백 루프를 단순화합니다. 결과 방정식은 전달 함수를 제공합니다.

Equation3

Equation4

이 전달 함수는 시스템 동작을 분석하고, 다양한 입력에 대한 반응을 예측하고, 원하는 성능 특성을 달성하기 위한 제어 전략을 설계하는 데 필수적입니다.

Tags

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

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