Tlumené a vynucené kmity



Podobné dokumenty
Nyní využijeme slovník Laplaceovy transformace pro derivaci a přímé hodnoty a dostaneme běžnou algebraickou rovnici. ! 2 "

Analýza lineárních regulačních systémů v časové doméně. V Modelice (ale i v Simulinku) máme blok TransfeFunction

Diferenciální rovnice 1

Inverzní Laplaceova transformace

Teorie měření a regulace

1 Modelování systémů 2. řádu

25.z-6.tr ZS 2015/2016

Přechodné děje 2. řádu v časové oblasti

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

9.3. Úplná lineární rovnice s konstantními koeficienty

Harmonický pohyb tělesa na pružině

Téma: Dynamiky - Základní vztahy kmitání

Věta 12.3 : Věta 12.4 (princip superpozice) : [MA1-18:P12.7] rovnice typu y (n) + p n 1 (x)y (n 1) p 1 (x)y + p 0 (x)y = q(x) (6)

Odpružená sedačka. Petr Školník, Michal Menkina. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Lineární funkce, rovnice a nerovnice 3 Soustavy lineárních rovnic

4.1 Řešení základních typů diferenciálních rovnic 1.řádu

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

1.1 Existence a jednoznačnost řešení. Příklad 1.1: [M2-P1] diferenciální rovnice (DR) řádu n: speciálně nás budou zajímat rovnice typu

Frekvenční charakteristiky

Nejjednodušší, tzv. bang-bang regulace

Kmitání tělesa s danou budicí frekvencí

Fyzikální praktikum 1

Nalezněte obecné řešení diferenciální rovnice (pomocí separace proměnných) a řešení Cauchyho úlohy: =, 0 = 1 = 1. ln = +,

Q(y) dy = P(x) dx + C.

Lineární diferenciální rovnice 1. řádu verze 1.1

Matematicky se přímá Laplaceova transformace definuje jako: Zpětná Laplaceova transformace je definována jako:

Budeme hledat řešení y(x) okrajové úlohy pro diferenciální rovnici druhého řádu v samoadjungovaném tvaru na intervalu a, b : 2 ) y i p i+ 1

y = 1 x (y2 y), dy dx = 1 x (y2 y) dy y 2 = dx dy y 2 y y(y 4) = A y + B 5 = A(y 1) + By, tj. A = 1, B = 1. dy y 1

Czech Technical University in Prague Faculty of Electrical Engineering. Fakulta elektrotechnická. České vysoké učení technické v Praze

8.3). S ohledem na jednoduchost a názornost je výhodné seznámit se s touto Základní pojmy a vztahy. Definice

Úvod. Integrování je inverzní proces k derivování Máme zderivovanou funkci a integrací získáme původní funkci kterou jsme derivovali

Necht na hmotný bod působí pouze pružinová síla F 1 = ky, k > 0. Podle druhého Newtonova zákona je pohyb bodu popsán diferenciální rovnicí

Algebraické výrazy - řešené úlohy

KMS cvičení 6. Ondřej Marek

Studijní opory k předmětu 6AA. 6AA Automatizace. Studijní opory k předmětu. Ing. Petr Pokorný 1/40 6AA AUTOMATIZACE 6AA - cvičení

rovnic), Definice y + p(x)y = q(x), Je-li q(x) = 0 na M, nazývá se y + p(x)y =

Obsah. Aplikovaná matematika I. Gottfried Wilhelm Leibniz. Základní vlastnosti a vzorce

Grafické zobrazení frekvenčních závislostí

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

MECHANICKÉ KMITÁNÍ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 3.A

Praha & EU: investujeme do vaší budoucnosti. Daniel Turzík, Miroslava Dubcová,

MECHANICKÉ KMITÁNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Lineární funkce, rovnice a nerovnice 4 lineární nerovnice

9.7. Vybrané aplikace

Lineární rovnice. Rovnice o jedné neznámé. Rovnice o jedné neznámé x je zápis ve tvaru L(x) = P(x), kde obě strany tvoří výrazy s jednou neznámou x.

Diferenciální rovnice 3

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

+ ω y = 0 pohybová rovnice tlumených kmitů. r dr dt. B m. k m. Tlumené kmity

Nauka o Kmitání Přednáška č. 4

Fyzika - Sexta, 2. ročník

CW01 - Teorie měření a regulace

Průhyb ocelového nosníku. Nezatížený a rovnoměrně zatížený nosník

Diferenciální rovnice

(test version, not revised) 9. prosince 2009

Nejdřív spočítáme jeden příklad na variaci konstant pro lineární diferenciální rovnici 2. řádu s kostantními koeficienty. y + y = 4 sin t.

9.2. Zkrácená lineární rovnice s konstantními koeficienty

1 1 x 2. Jedná se o diferenciální rovnici se separovanými proměnnými, která má smysl pro x ±1 a

Soustavy lineárních diferenciálních rovnic I. řádu s konstantními koeficienty

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Obyčejnými diferenciálními rovnicemi (ODR) budeme nazývat rovnice, ve kterých

Lineární rovnice prvního řádu. Máme řešit nehomogenní lineární diferenciální rovnici prvního řádu. Funkce h(t) = 2

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Automatizace je proces při němž je řídicí funkce člověka nahrazována činností

X31EO2 - Elektrické obvody 2. Kmitočtové charakteristiky

Rezonanční jevy na LC oscilátoru a závaží na pružině

PŘÍKLAD PŘECHODNÝ DĚJ DRUHÉHO ŘÁDU ŘEŠENÍ V ČASOVÉ OBLASTI A S VYUŽITÍM OPERÁTOROVÉ ANALÝZY

Digitální učební materiál

Vzpěr jednoduchého rámu, diferenciální operátory. Lenka Dohnalová

Elektromechanický oscilátor

KMS cvičení 5. Ondřej Marek

. je zlomkem. Ten je smysluplný pro jakýkoli jmenovatel různý od nuly. Musí tedy platit = 0

Příklad 1. Řešení 1a Máme vyšetřit lichost či sudost funkce ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 3

Seismografy a Seismické pozorovací sítě mají pro seismo

Vlastnosti členů regulačních obvodů Osnova kurzu

Komplexní analýza. Laplaceova transformace. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

11. přednáška 10. prosince Kapitola 3. Úvod do teorie diferenciálních rovnic. Obyčejná diferenciální rovnice řádu n (ODR řádu n) je vztah

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_16_FY_A

I. část - úvod. Iva Petríková

Nastavení parametrů PID a PSD regulátorů

Matematická analýza III.

ZPĚTNOVAZEBNÍ ŘÍZENÍ, POŽADAVKY NA REGULACI

Přehled matematického aparátu

MATEMATIKA III. Olga Majlingová. Učební text pro prezenční studium. Předběžná verze

1 Polynomiální interpolace

Fourierova transformace

KYBERNETIKA. Prof. Ing. Vilém Srovnal, CSc. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

Konvexnost, konkávnost

6. dubna *********** Přednáška ***********

Matematika 3. m působíme silou F, uvedeme ho do pohybu a udělíme mu zrychlení a. Úkolem

8.1. Separovatelné rovnice

Extrémy funkce dvou proměnných

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0308. Matematika

Dynamika proudících plynů

Soustavy linea rnı ch rovnic

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1B ČÁST 2. Určete a načrtněte definiční obory funkcí více proměnných: a) (, ) = b) (, ) = 3. c) (, ) = d) (, ) =

Diferenciální rovnice

Diferenciální rovnice separace proměnných verze 1.1

Funkce jedné reálné proměnné. lineární kvadratická racionální exponenciální logaritmická s absolutní hodnotou

7. Derivace složené funkce. Budeme uvažovat složenou funkci F = f(g), kde některá z jejich součástí

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

Transkript:

Tlumené a vynucené kmity Katedra fyziky FEL ČVUT Evropský sociální fond Praha & U: Е Investujeme do vaší budoucnosti

Problémová úloha 1: Laplaceova transformace Pomocí Laplaceovy transformace vlastností transformace, zformulujte závě ry. najdět ě obrazy následujících funkcí a rovnic bez použití tabulek obraz ů a Parametry A, a, b, ω, μ, Ω nezávisí na čase, apostrofem je značena derivace podle č asu. Funkce označ uje jednotkový skok v bod ě c: f(t)= 1 f(t)= 1 = g(t)=a f(t)

g(t)=f' (t) ; f(0)=a g(t)=f'' (t)=h' (t);f' (t)=h (t) ; f(0)=a; f'(0)=b ; f(0)=a; f'(0)=0 g(t)= g(t)= g(t)= g(t)= g(t)= ; f(0)=0; f'(0)=b ; f(0)=a; f'(0)=b ; f(0)=a; f'(0)=0 ; f(0)=0; f'(0)=b ; f(0)=a; f'(0)=b

Problémová úloha 2: Harmonický oscilátor Pomocí Laplaceovy transformace najděte obecné ř ešení diferenciální rovnice popisující harmonický oscilátor Pomocí obecného řešení najděte konkrétní řešení pro následující počáteční podmínky: Zformulujte závěry.

Problémová úloha 3: Tlumený lineární oscilátor Pomocí Laplaceovy transformace najděte obecné ř ešení diferenciální rovnice popisující tlumený lineární oscilátor Zobrazte grafy pro rů zné hodnoty a, b, μ, ω

Problémová úloha 4: Vynucené kmity Pomocí Laplaceovy transformace najdě te obraz diferenciální rovnice popisující sinusodiáln ě buzený tlumený lineární oscilátor Seznamte se s obecným řešením a sestrojte reznanční křivku pro amplitudu vynuceného kmitání

Harmonický oscilátor - kontola Tranformujeme nejprve levou stranu rovnice Dosadíme do rovnice za obraz proměnnou Y a počáteční podmínky, vzniklou rovnici vyřešíme pro Y Zpětnou transformací nalezneme řešení diferenciální rovnice v obecném tvaru: Všimněte si, že čitatel výrazu odráží počáteční podmínky a jmenovatel odráží diferencíální rovnici. (Ve jmneovateli je charakteristická rovnice.)

Harmonický oscilátor - kontola Správnost Vašeho dosazení počátečních podmínek zkontrolujte porovnáním s analytickým řešením diferenciálních rovnic:

Tlumený lineární oscilátor - kontola Tranformujeme nejprve levou stranu rovnice Dosadíme do rovnice za obraz proměnnou Y a počáteční podmínky, vzniklou rovnici vyřešíme pro Y Povšimněte si, že i zde je ve jmenovateli charakteristická rovnice a tvar čitatele je nastavován počátečními podmínkami.

Tlumený lineární oscilátor - kontola Pokud je μ>ω, můžeme jmenovatel zapsat ve tvaru obecném tvaru: a zpětnou transformací nalezneme řešení diferenciální rovnice v Pokud je μ<ω, můžeme jmenovatel zapsat ve tvaru obecném tvaru: a zpětnou transformací nalezneme řešení diferenciální rovnice v Pokud je μ=ω, můžeme pro kritické tlumení jmenovatel zapsat ve tvaru rovnice v obecném tvaru: a zpětnou transformací nalezneme řešení diferenciální

Tlumený lineární oscilátor - kontrola Výsledky porovnáme s analytickým řešením Povšimněte si, že toto řešení nepředpokládá rovnost μ = ω. Zapíšeme rovnici pro kritické tlumení Pro podkritické tlumení budeme předpokládat, že μ = 2, ω = 3 Pro nadkritické tlumení budeme předpokládat, že μ = 4, ω = 3

Tlumený lineární oscilátor - grafické vyjádření Pro vykreslení grafu můžeme použít vyjádření v podobě harmonických funkcí vynásobených exponencielou

Tlumený lineární oscilátor - grafické vyjádření Zápis pomocí komplexnich exponenciel umožní lépe pochopit, proč se při kritickém tlumení systém nejrychleji přiblíží k nule bez překmitu.

Vynucené kmity - kontrola Tranformujeme nejprve levou stranu rovnice Tranformujeme pravou stranu rovnice A sin(ω t) Dosadíme do rovnice za obraz proměnnou Y a počáteční podmínky, vzniklou rovnici vyřešíme pro Y Zpětnou transformací tohoto výrazu bychom dostali komplexní výraz, který by podobně jako v případě tlumeného lineárního oscilátoru bylo obtížné interpretovat.

Vynucené kmity - kontrola Pro jednoduchost zvolíme nulové počáteční podmínky. Tento výsledek je možné zapsat ve tvaru součtu dvou zlomků +, kde K, L, M a N jsou konstanty závislé na Ω, μ a ω. Originál zlomku odpovídá lineární kombinaci výrazu, originál zlomku odpovídá řešení tlumeného harmonického oscilátoru.

Zjednodušme situaci předpokladem μ = a najděme originál: Všimněte si, že přechodový děj, popsaný členem obecně vzniká i při nenulových počátečních podmínkách. Stejná dvě řešení, přechodový děj a vynucené kmity s frekvencí buzení se nám objeví i při nenulových počátečních podmínkách.

Vynucené kmity - analytické řešení Řešme obecně rovnici vynucených kmitů : Poslední dva členy popisují přechodový děj. Všimněte si, že ustálené kmity nejsou ovlivněny počátečními podmínkami vyjádřenými integračními konstantami a. Ustálené kmity popisuje výraz Zjednodušme nejprve jmenovatel výrazu:

Poté najdeme amplitudu výsledných kmitů: Nakonec najdeme maximum amplitudy z podmínky

Vynucené kmity - rezonance amplitudy

Created with Wolfram Mathematica 8.0