website:

Σχετικά έγγραφα
website:

website:

v(t) = Ri(t). (1) website:

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΣΕ ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 3. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι Ασκήσεις Πράξης

Φυσική για Μηχανικούς

Κεφάλαιο 6β. Περιστροφή στερεού σώματος γύρω από σταθερό άξονα

ΚΥΡΙΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 7: Άλγεβρα βαθμίδων (μπλόκ) Ολική συνάρτηση μεταφοράς

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 15/10/2012 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Διδάσκοντες: Βαρσάμης Χρήστος, Φωτόπουλος Παναγιώτης

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΣΜΟΙ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

απόσβεσης, με τη βοήθεια της διάταξης που φαίνεται στο διπλανό σχήμα. Η σταθερά του ελατηρίου είναι ίση με k = 45 N/m και η χρονική εξίσωση της

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 3 ο ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. Μηχανική Στερεού Σώματος. Ροπή Δυνάμεων & Ισορροπία Στερεού Σώματος. Επιμέλεια: ΑΓΚΑΝΑΚΗΣ A.ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ, Φυσικός

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Α. Η επιτάχυνση ενός σωματιδίου ως συνάρτηση της θέσης x δίνεται από τη σχέση ax ( ) = bx, όπου b σταθερά ( b= 1 s ). Αν η ταχύτητα στη θέση x

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ, 8 Μαρτίου 2019 Διδάσκοντες: Βαρσάμης Χρήστος, Φωτόπουλος Παναγιώτης

ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ ΗΜ: 1/7/14 ΣΤΕΦ - ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Α ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ -ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΦΥΣΙΚΗ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ.

Α. Ροπή δύναµης ως προς άξονα περιστροφής

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Δ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΕΥΤΕΡΑ 9 ΙΟΥΝΙΟΥ 2003 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

website:

Κεφάλαιο 6α. Περιστροφή στερεού σώματος γύρω από σταθερό άξονα

Κεφάλαιο 14 Ταλαντώσεις. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

2 Η ΠΡΟΟΔΟΣ. Ενδεικτικές λύσεις κάποιων προβλημάτων. Τα νούμερα στις ασκήσεις είναι ΤΥΧΑΙΑ και ΟΧΙ αυτά της εξέταση

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 13: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Φυσική για Μηχανικούς

Προσομοίωση Μηχανολογικών συστημάτων Σχήμα 2.71 Σχήμα 2.72

ΜΜ803 ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ

Φυσική (Ε) Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Ενότητα 2: Θεωρία ταλαντώσεων (Συνοπτική περιγραφή) Αικατερίνη Σκουρολιάκου. Τμήμα Ενεργειακής Τεχνολογίας

ΚΑΤΑΣΤΡΩΣΗ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 55

γ. Για την απώλεια της ενέργειας αφαιρούμε την ενέργεια που είχε το σώμα τη χρονική στιγμή t 1, αυτή της

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου Ι Ασκήσεις Πράξης

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΘΕΜΑ Α

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ

Γραπτές προαγωγικές εξετάσεις, περιόδου Μαΐου-Ιουνίου στη ΦΥΣΙΚΗ

ΘΕΜΑ 1ο. Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμίας από τις παρακάτω ερωτήσεις 1-4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΕΝΩΣΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΚΥΠΡΟΥ

ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ. Α5. α. Λάθος β. Λάθος γ. Σωστό δ. Λάθος ε. Σωστό

ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

Σύνθεση ή σύζευξη ταλαντώσεων;

Δυναμική Μηχανών I. Μοντελοποίηση Mηχανικών Συστημάτων Ι: Μηχανικά Συστήματα σε Μεταφορική Κίνηση

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 22 / 04 / 2018

Φυσική για Μηχανικούς

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ. Ροπή Αδράνειας

s. Η περίοδος της κίνησης είναι:

3ο ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 19 Οκτώβρη 2014 Ταλαντώσεις - Πρόχειρες Λύσεις. Θέµα Α

Κεφάλαιο 14 Ταλαντώσεις. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Προτεινόμενο διαγώνισμα Φυσικής Α Λυκείου

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 1 ο ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΤΕΡΕΟΥ 2013

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Ομαλή Κυκλική Κίνηση 1. Γίνεται με σταθερή ακτίνα (Το διάνυσμα θέσης έχει σταθερό μέτρο και περιστρέφεται γύρω από σταθερό σημείο.

Σεµινάριο Αυτοµάτου Ελέγχου

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 4. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Φυσική για Μηχανικούς

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2019

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 3//7/2013 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

ΕΛΕΥΘΕΡΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 73

Τα θέματα συνεχίζονται στην πίσω σελίδα

Τα σώματα τα έχουμε αντιμετωπίσει μέχρι τώρα σαν υλικά σημεία. Το υλικό σημείο δεν έχει διαστάσεις. Έχει μόνο μάζα.

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 23/9/2015 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ. Φυσική Τεχνολογικής Κατεύθυνσης Γ Λυκείου ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΩΝ. D = mω 2

ΨΗΦΙΑΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΒΟΗΘΗΜΑ «ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ» 5 o ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2017: ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Διαγώνισμα Γ Λυκείου Θετικού προσανατολισμού. Διαγώνισμα Μηχανική Στερεού Σώματος. Τετάρτη 12 Απριλίου Θέμα 1ο

Μηχανική του στερεού σώματος

ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΟ ΠΡΩΤΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ.

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΑΡΧΗ 1ης ΣΕΛΙΔΑΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΤΑΞΗ : Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : OKTΩΒΡΙΟΣ 2018 ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ : 7

ΦΥΣΙΚΗ Ι. ΤΜΗΜΑ Α Ευστάθιος Στυλιάρης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟN ΑΘΗΝΩΝ,, ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ ΣΤΕΡΕΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ. ΚΥΛΙΣΗ, ΡΟΠΗ και ΣΤΡΟΦΟΡΜΗ

1. Κίνηση Υλικού Σημείου

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 3/2/2016 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

ΦΥΕ 14 5η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση ( Οι ασκήσεις είναι βαθμολογικά ισοδύναμες) Άσκηση 1 : Aσκηση 2 :

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 6: Έννοια της συνάρτησης μεταφοράς Παραδείγματα εφαρμογής σε φυσικά συστήματα

Πολυβάθμια Συστήματα

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΕ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Β ΛΥΚΕΙΟΥ (ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 19/03/2017 (ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ) ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 28/01/2013

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΤΥΠΟΥ

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΣΧΟΛΙΑ Η δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα προκαλεί μεταβολή της ταχύτητάς του δηλαδή επιτάχυνση.

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

% ] Βαγγέλης Δημητριάδης 4 ο ΓΕΛ Ζωγράφου

ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΧΩΡΙΣ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΑΣΚΗΣΗ 6.1

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

Δυναμική Μηχανών I. Απόκριση Γραμμικών Συστημάτων στο. Πεδίο της Συχνότητας

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΤΕΡΕΟΥ 2013

Transcript:

Αλεξάνδρειο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ιδρυμα Θεσσαλονίκης Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού Μαθηματική Μοντελοποίηση και Αναγνώριση Συστημάτων Μαάιτα Τζαμάλ-Οδυσσέας 17 Μαρτίου 2017 1 Βασικά μεγέθη Μηχανικών συστημάτων Η μοντελοποίηση των μηχανικών συστημάτων γίνεται με τη βοήθεια της Νευτώνιας Μηχανικής. Τα μηχανικά συστήματα μπορούν επίσης να μοντελοποιηθούν με ανάλογο τρόπο με αυτόν των ηλεκτρικών συστημάτων δίνοντας έναν εύκολο τρόπο μοντελοποίησης του συστήματος. Παρακάτω εισάγουμε τα ανάλογα μεγέθη των μηχανικών συστημάτων. 1.1 Μηχανική αντίσταση R m Μηχανική αντίσταση (mechanical resistance) ονομάζουμε την ιδιότητα ενός μηχανικού στοιχείου ή συστήματος να αντιστέκεται στην κίνηση του. Ορίζουμε την μηχανική αντίσταση ως την ποσότητα της δύναμης που πρέπει να αυξήσουμε στα άκρα ενός στοιχείου ώστε να μεταβληθεί η ταχύτητα του κατά 1m/s. Η μονάδα μέτρησης της μηχανικής αντίστασης στο SI είναι το Ns m. email:jmaay@physics.auth.gr, website: http://jomaaita.wordpress.com 1

1.2 Μηχανική χωρητικότητα Μηχανική χωρητικότητα ονομάζουμε την αντίστροφη ποσότητα της σταθεράς του ελατηρίου. Δηλαδή μηχανική χωρητικότητα ονομάζουμε την απαιτούμενη αύξηση της συμπίεσης ενός ελατηρίου ώστε να προκληθεί μοναδιαία αύξηση της δύναμης. Η μονάδα μέτρησης της μηχανικής χωρητικότητας στο SI είναι το N. m 1.3 Μηχανική αδράνεια (mechanical inertia) Μηχανική αδράνεια ονομάζουμε την μάζα ενός σώματος και ορίζεται ως η απαιτούμενη δύναμη που πρέπει να ασκηθεί σε ένα σώμα ώστε να έχουμε μοναδιαία αύξηση της επιτάχυνσης του. Η μονάδα μέτρησης της μηχανικής αδράνειας στο SI είναι το Kg. 2 Μοντελοποίηση Μηχανικών συστημάτων 2.1 Βρείτε την συνάρτηση μεταφοράς X(s) F (s) συστήματος γραμμικού ταλαντωτή μάζας m με απόσβεση (σχήμα 1). Σχήμα 1: Γραμμικός ταλαντωτής με απόσβεση 2

Με τη βοήθεια του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα έχουμε: F = d 2 x(t) M dt 2 M d2 x(t) dx(t) + f dt 2 ν + Kx(t) = f(t), (1) dt όπου M η μάζα, f ν ο συντελεστής τριβής, K η σταθερά ελατηρίου και f(t) η εξωτερική δύναμη που ασκείται στον ταλαντωτή. Παίρνοντας τον μετασχηματισμό Laplace τις παραπάνω Διαφορικής Εξίσωσης (1) έχουμε Ms 2 X(s) + f ν sx(s) + KX(s) = F (S) από όπου βρίσκουμε τη συνάρτηση μεταφοράς (Ms 2 + f ν s + K)X(s) = F (S), (2) G(s) = X(s) F (s) = 1 Ms 2 + f ν s + K. (3) 2.1.1 Με την βοήθεια της ανάλογης μεθοδολογίας που χρησιμοποιήσαμε στην μοντελοποίηση των ηλεκτρικών συστημάτων: Με τη βοήθεια του μετασχηματισμού Laplace έχουμε ότι η δύναμη του ελατηρίου δίνεται από τη σχέση: η δύναμη του αποσβεστήρα δίνεται από τη σχέση: F (s) = KX(s), (4) F (s) = f ν sx(s), (5) και η δύναμη που ασκείται στη μάζα δίνεται από τη σχέση: F (s) = Ms 2 X(s). (6) 3

Ορίζουμε την μηχανική εμπέδηση (αντίσταση) ως το λόγο: Z M (s) = F (s) X(s), (7) και άρα από τις εξισώσεις (4-6) ότι οι εμπεδήσεις των παραπάνω στοιχείων δίνονται από τις σχέσεις: Z spring = K, Z damper = f ν s, Z mass = Ms 2. (8) Επίσης από την εξίσωση (7) και αντικαθιστώντας το άθροισμα των εμπεδήσεων των στοιχείων βρίσκουμε την εξίσωση (2) χωρίς να χρειάζεται να βρούμε την αρχική Διαφορική Εξίσωση (1). του πα- 2.2 Βρείτε την συνάρτηση μεταφοράς X 2(s) F (s) ρακάτω συστήματος (σχήμα 2). Σχήμα 2: Σύστημα δύο συζευγμένων γραμμικών ταλαντωτών Το σύστημα που μελετάμε είναι ένα σύστημα δύο βαθμών ελευθερίας, δηλαδή είναι ένα σύστημα που κάνει δύο γραμμικά ανεξάρτητες κινήσεις. Σε αυτά τα συστήματα ο αριθμός των εξισώσεων που χρειαζόμαστε ώστε να μπορούμε να μοντελοποιήσουμε το σύστημα ισούται με τον αριθμό των βαθμών ελευθερίας. Η γενική μεθοδολογία που ακολουθούμε είναι να μελετάμε τις δυνάμεις που επιδρούν σε κάθε σώμα του προβλήματος μας και με τη βοήθεια του νόμου του 4

Νεύτωνα να βρούμε της εξίσωση για κάθε σώμα ή να χρησιμοποιήσουμε το ανάλογο των ηλεκτρικών κυκλωμάτων δηλαδή: (Το άθροισμα των εμπεδήσεων στο x 1 )X 1 (s) (το άθροισμα των εμπεδήσεων μεταξύ των x 1 x 2 )X 2 (s) = (το άθροισμα των δυνάμεων που ασκούνται στο x 1 ), (9) και (το άθροισμα των εμπεδήσεων μεταξύ των x 1 x 2 )X 1 (s) + (Το άθροισμα των εμπεδήσεων στο x 2 )X 2 (s) = (το άθροισμα των δυνάμεων που ασκούνται στο x 2 ). (10) Ετσι για την επίλυση του προβλήματος βρίσκουμε τις δυνάμεις που επιδρούν σε κάθε μάζα (σχήματα 3-4) και από τον νόμο του Νεύτωνα έχουμε: Σχήμα 3: Οι δυνάμεις που επιδρούν στην μάζα M 1. Σχήμα 4: Οι δυνάμεις που επιδρούν στην μάζα M 2. 5

για το σώμα μάζας M 1 [M 1 s 2 (f ν1 + f ν3 )s + K 1 + K 2 ]X 1 (s) (f ν3 s + K 2 )X 2 (s) = F (s), (11) και για το σώμα μάζας M 2 (f ν3 s + K 2 )X 1 (s) + [M 2 s 2 (f ν2 + f ν3 )s + K 1 + K 2 ]X 2 (s) = 0. (12) Λύνοντας το σύστημα των δύο εξισώσεων βρίσκουμε τα X 1 (s), X 2 (s) και τελικά τη ζητούμενη συνάρτηση μεταφοράς. 3 Συναρτήσεις μεταφοράς περιστροφικών μηχανικών συστημάτων Στα περιστροφικά μηχανικά συστήματα δουλεύουμε όπως ακριβώς στα προηγούμενα παραδείγματα όπου είχαμε μετατόπιση, με τη διαφορά ότι στα περιστροφικά συστήματα αντικαθιστούμε τη δύναμη με τη ροπή και την ταχύτητα μετατόπισης με την γωνιακή ταχύτητα. Ετσι τα αντίστοιχα μεγέθη της δύναμης ελατηρίου, της δύναμης του αποσβεστήρα και της δύναμης της μάζας γίνονται: ροπή ελατηρίου: T (t) = Kθ(t), με εμπέδηση: K, ροπή αποσβεστήρα: T (t) = D dθ(t), με εμπέδηση: Ds, dt ροπή μάζας: T (t) = J d2 θ(t), με εμπέδηση: Js 2, (13) dt 2 όπου K είναι η σταθερά ελατηρίου, D είναι η σταθερά απόσβεσης και J η ροπή αδράνειας. Και σε αυτά τα συστήματα ο αριθμός των εξισώσεων που χρειαζόμαστε ώστε να μπορούμε να μοντελοποιήσουμε το σύστημα ισούται με τον αριθμό των βαθμών ελευθερίας, δηλαδή τον αριθμό των σημείων που μπορούν να κάνουν περιστροφική κίνηση. Η γενική μεθοδολογία που ακολουθούμε είναι να μελετάμε τις ροπές των 6

δυνάμεων που επιδρούν σε κάθε σώμα του προβλήματος μας και με τη βοήθεια του νόμου του Νεύτωνα να βρούμε της εξίσωση για κάθε σώμα ή να χρησιμοποιήσουμε το ανάλογο των ηλεκτρικών κυκλωμάτων δηλαδή: (Το άθροισμα των εμπεδήσεων στο θ 1 )θ 1 (s) (το άθροισμα των εμπεδήσεων μεταξύ των θ 1 θ 2 )θ 2 (s) = (το άθροισμα των δυνάμεων που ασκούνται στο θ 1 ), (14) και (το άθροισμα των εμπεδήσεων μεταξύ των θ 1 θ 2 )θ 1 (s) + (Το άθροισμα των εμπεδήσεων στο θ 2 )θ 2 (s) = (το άθροισμα των δυνάμεων που ασκούνται στο θ 2 ). (15) του πα- 3.1 Βρείτε την συνάρτηση μεταφοράς θ 2(s) T (s) ρακάτω συστήματος (σχήμα 5). Σχήμα 5: Περιστροφικό σύστημα Οπως βλέπουμε στο σχήμα το σύστημα αποτελείται από μία ράβδο που στηρίζεται με ρουλεμάν και στις δύο άκρες και στρέφεται. Στη ράβδο ασκείται ροπή T (t) στα αριστερά και μετράμε την περιστροφή θ 2 (t) στα δεξιά. Προσεγγίζουμε το πρόβλημα θεωρόντας ότι η στρέψη συμπεριφέρεται ως ένα ελατήριο στερεωμένο σε κάποιο σημείο της ράβδου με ροπή αδράνειας J 1 από την μία πλευρά και J 2 από την άλλη χωρίς να έχουμε τριβές (σχήμα 6). 7

Σχήμα 6: Σχηματική προσέγγιση Κάθε μάζα μπορεί να περιστραφεί θεωρόντας την άλλη σταθερή. Ετσι το σύστημα μας έχει δύο βαθμούς ελευθερίας και χρειαζόμαστε δύο Διαφορικές Εξισώσεις για να επιλύσουμε το πρόβλημα. Αναλύοντας την κίνηση και τις ροπές σε κάθε μάζα βρίσκουμε τις Διαφορικές Εξισώσεις που περιγράφουν τη συμπεριφορά του συστήματος. Συγκεκριμένα: Για την μάζα με ροπή αδράνειας J 1 (σχήμα 7) έχουμε: (J 1 s 2 + D 1 s + K)θ 1 (s) Kθ 2 (s) = T (s). (16) Σχήμα 7: οι ροπές στη μάζα με ροπή αδράνειας J 1 a) θεωρόντας την άκρη του J 2 σταθερή, b) θεωρόντας την άκρη του J 1 σταθερή και c) υπέρθεση των δύο περιπτώσεων. Αντίστοιχα για την μάζα με ροπή αδράνειας J 2 (σχήμα 8) έχουμε: Kθ 1 (s) + (J 2 s 2 + D 2 s + K)θ 2 (s) = 0. (17) Με απλές μεθόδους άλγεβρας επιλυουμε το σύστημα των δύο εξισώσεων 8

Σχήμα 8: οι ροπές στη μάζα με ροπή αδράνειας J 2 a)θεωρόντας την άκρη του J 2 σταθερή, b)θεωρόντας την άκρη του J 1 σταθερή και c) υπέρθεση των δύο περιπτώσεων και βρίσκουμε ότι η συνάρτηση μεταφοράς του παραπάνω συστήματος δίνεται από τη σχέση: θ 2 (s) T (s) = 4 Ασκήσεις K (J 1 s 2 + D 1 s + K)(J 2 s 2 + D 2 s + K) K 2. (18) 1. Βρείτε τη συνάρτηση μεταφοράς X 3(s) F (s) για το παρακάτω σύστημα: Σχήμα 9: άσκηση 1 2. Βρείτε τη συνάρτηση μεταφοράς X 1(s) F (s) για το παρακάτω σύστημα: 9

Σχήμα 10: άσκηση 2 3. Γράψτε τον μετασχηματισμό Laplace για τις εξισώσεις κίνησης του παρακάτω συστήματος: Σχήμα 11: άσκηση 3 4. Γράψτε τον μετασχηματισμό Laplace για τις εξισώσεις κίνησης του παρακάτω συστήματος: Σχήμα 12: άσκηση 4 10