Диференціальні рівняння (спрощеного) навантажувального моста


10

У мене виникають проблеми з розрахунком диференціальних рівнянь спрощеного навантажувального моста.

Система побудована так, як показано на малюнку нижче (лише ескіз):

введіть тут опис зображення

Якщо я використовую підхід Ньютона, я отримую такі рівняння, нехтуючи тертям, опором повітря та зміною довжини мотузки:

mkx¨k=FA+FSsin(φ)mGx¨G=FSsin(φ)mGz¨G=mGgFScos(φ)

Коли я дивлюся на кінематичні зв’язки із захвату (коло з вагою ), я отримую такі рівняння.mG

xG=xk+lsin(φ)zG=lcos(φ)φ=ωt=φ˙t

Я знаю ваги і m G і довжину l, але значення зараз не важливі.mkmGl

Мета - мати два диференціальних рівняння в кінці. Одне рівняння буде показано співвідношення між рушійною силою і шляхом візки х до (з диференціювання) інше рівняння буде показано співвідношення між рушійною силою F A і кутом мотузки ф G .FAxkFAφG

Після цього я хочу зробити функції передачі (перетворення Лапласа тощо), але це не проблема.

Проблема в тому, що я не можу знайти ці рівняння. Мій найкращий підхід поки що виглядає так:

mkx¨k=FA+FSsin(φ)

Так що це означає, якщо

mGx¨G=FSsin(φ)FSsin(φ)=-мГх¨Г

Я можу сказати:

мкх¨к=ЖА-мГх¨Г

і якщо я отримаю так:хГ

хГ=хк+лгріх(φ)х˙Г=х˙к+лφ˙cos(φ)х¨Г=х¨к+л[φ¨cos(φ)-φ˙2гріх(φ)]

Я насправді застряг тут, бо не можу знайти спосіб усунути з рівнянь. Теореми додавання мені зовсім не допомагають (або я їх правильно використовую).φ

Хтось має уявлення про те, як я повинен продовжувати в цей момент? Я сподіваюся, що мені не потрібно повного рішення. Мені насправді більше цікаво робити це сам і сподіваюся наштовхнутись у правильне русло.

Відповіді:


5

Я здогадуюсь, що вам, мабуть, потрібне інше диференціальне рівняння для кутового руху, яке буде включати інерцію, наприклад:

mGl2φ¨=mGglsin(φ)

який дає:

φ¨=glsin(φ)

Тоді, можливо, ви можете використовувати наближення малих кутів:

sin(φ)φ

Перегляньте приклад перевернутого маятника .


Особливо перевернутий маятник дуже допомагає ... спасибі за це - я не думав про це
tlp

6

Кінематика та динаміка

введіть тут опис зображення

Це кроки до вирішення подібних проблем.

  1. Проаналізуйте кінематику системи.

= o r O R + o r R PоrОПоrОRоrRП

= o r O R +R(φ ) B r R PоrОПоrОRR(φ)БrRП

= ( x k î +0j+0k ) + ( sin(φ)l î +0j+cos(φ)lk )оrОП(хкî+0j+0к)(гріх(φ)лî+0j+cos(φ)лк)

оrОП[(хк+гріх(φ)л)î+0j+(cos(φ)л)к]

R(φ)хГ=хк+гріх(φ)л

Прийняття похідних часу:

= ˙ x k +cos(φ) ˙ φ lхГ˙хк˙+cos(φ)φ˙л

= ¨ x k +lcos(φ) ¨ φ -lsin(φ) ˙ φ 2хГ¨хк¨+лcos(φ)φ¨-лгріх(φ)φ˙2

  1. Використовуйте рівняння Ньютона:

мкхк¨=ЖА-мГхГ¨

Заміна :хГ

мкхк¨=ЖА-мГ(хк¨+лcos(φ)φ¨-лгріх(φ)φ˙2)

(мк+мГ)хк¨+мГ(лcos(φ)φ¨)-мГ(лгріх(φ)φ˙2)=ЖА

Для осі z:

ЖZmGgl(cos(φ)φ˙2+sin(φ)φ¨)

  1. Використовуйте другий закон Ньютона для обертання:

Iφ¨FZlsin(φ)(mGxG¨)lcos(φ)

FZlsin(φ)=mGglsin(φ)l2(cos(φ)sin(φ)φ˙2+sin(φ)2φ¨)

(мГхГ¨)lcos(φ)=мГ(л2cos(φ)2φ¨)-мГ(л2cos(φ)гріх(φ)φ˙2)+мГхК¨лcos(φ)

Використання ідентичностей тригонометрії:

(Я+мГл2)φ¨mGglsin(φ)mklcos(φ)xk¨

  1. ¨
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.