![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Решение дифференциального уравнения аналитическим путем
Решение дифференциального уравнения заключается в нахождении зависимости изменения во времени выходной переменной - дифференциальное уравнение с параметрами k, Т; - начальное значение выходной переменной - закон изменения во времени входной переменной
Найдем решение дифференциального уравнения Решение ищем в виде суммы свободной и вынужденной составляющих 1. Находим свободную составляющую решения: - запишем характеристическое уравнение - найдем корень уравнения - запишем свободную составляющую решения дифференциального уравнения:
2. Находим вынужденное решение. Входной сигнал
Для нахождения значения В подставляем решение в исходное уравнение
Вынужденная составляющая 3. Общее решение 4. Используя начальные условия, найдем постоянную при
5. Решение уравнения при постоянном входном сигнале
Первый элемент выражения отражает влияние начальных условий и показывает, что начальное значение Второй элемент выражения отражает влияние входного сигнала при нулевых начальных условиях и показывает, что при подаче на вход звена первого порядка постоянного сигнала выходной сигнал по экспоненциальному закону с постоянной времени Т выходит на значение Время падения первого элемента и выхода второго элемента на расчетное значение с точностью 5% (вход в 5% трубку от расчетного значения) называется временем переходного процесса и составляет 4. Метод Эйлера. При численном решении дифференциального уравнения время берется в дискретные моменты:
Пусть Суть метода Эйлера заключается в замене криволинейного треугольника abc (рис. 2) на прямоугольный abd. Тогда значение выходной переменной Из прямоугольного треугольника abd Тогда следующее значение
На основании геометрического смысла производной тангенс угла наклона касательной Заменяя производную
Аналогично запишем выражения для всех последующих значений
В общем случае разностное рекуррентное уравнение имеет вид:
Таким образом, используя данное уравнение, можно последовательно точка за точкой найти решение уравнения первого порядка при заданных 5. Первый этап работы. Получить решение дифференциального уравнения при единичном ступенчатом входном сигнале и нулевых начальных условиях 5.1. Включить компьютер и вызвать программу Excel. 5.2. Присвоить файлу название и записать на жесткий диск. В дальнейшем периодически (один раз в 10-15 мин производить перезапись файла). 5.3. В первой строке таблицы ввести номер лабораторной работы, фамилию и инициалы студента, номер группы. 5.4. Разработать таблицу для решения дифференциального уравнения (по образцу): a. Подготовить шапку таблицы параметров и ввести параметры дифференциального уравнения k, T в верхней части столбца 3. Значения k, Т принимаются равными количеству букв в имени и фамилии студента. b. Ввести шаг по времени, равный c. Ввести нулевое начальное значение d. Ввести значение входного сигнала e. Подготовить шапку таблицы решения дифференциального уравнения. f. Путем «протаскивания» номера строки заполнить столбец № п/п. g. Заполнить столбец времени путем протаскивания формулы h. Ввести формулу ввода столбца входного сигнала из ячейки i. Записать начальное значение y в нулевой строке столбца 4 j. Ввести формулу расчета производной в столбец 5 по значениям k. Начиная со второй строки столбца 4, ввести рекуррентное уравнение Эйлера для расчета текущего значения 5.5. Построить график полученного решения уравнения. 5.6. Используя функцию «Специальная вставка», перенести полученное решение в столбец 6. 6. Второй этап работы. Рассчитать и построить графики трех семейств решений уравнения для различных значений: - начальных условий; - входного сигнала; - коэффициентов уравнения. В верхней части столбцов 7-9 готовится таблица данных с изменяющимися начальными условиями; столбцов 10-12 - с изменяющимся коэффициентом передачи звена; столбцов 13-15 - с изменяющейся постоянной времени звена. Для каждой комбинации исходных данных находятся решения путем переноса столбца данных в данные столбца 3, а полученных решений из столбца 4 с помощью команды «Специальная вставка» в столбцы 7-9; 10-12; 13-15. Первое семейство кривых находится при постоянных значениях параметров и изменяющихся начальных условиях (НУ) и входном сигнале. 1-й расчет - при нулевых НУ и постоянном входном сигнале; 2-й расчет - при ненулевых НУ и нулевом входном сигнале; 3-й расчет - при ненулевых НУ и ненулевом входном сигнале. Второе семейство кривых – исследование влияния коэффициента усиления звена при нулевых начальных условиях и постоянном входном сигнале. Третье семейство кривых – исследование влияния постоянной времени звена при нулевых начальных условиях и постоянном входном сигнале.
|