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書記が物理やるだけ#181 周波数伝達関数-1

    周波数伝達関数からシステムの挙動を示す上で重要な,ナイキスト線図とボード線図について基本的なものから見ていく。


    問題

    大体は以下の基本要素の組み合わせで説明できる。

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    説明

    周波数応答のパラメータとして,ゲインと位相が出てくる。

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    周波数伝達関数の性質を可視化するのに,ナイキスト線図やボード線図がよく用いられる。

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    解答

    周波数伝達関数を導出しておく。

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    まずは比例要素。

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    なおボード線図のゲインはデシベル(ゲインの常用対数をとったものの20倍)で表すのが一般的である。

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    微分要素,積分要素,むだ時間要素について。

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    例えば微分要素のゲインについて,ωが増加するとgは20logω増加するのだが,横軸はωの対数目盛りであるため,右上がりの直線で表される。

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    1次遅れ要素について。

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    作図するにはいくつか漸近線を用意する。

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    2次遅れ要素について。

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    ゲイン特性曲線について,ωが十分小さいときは0に近くなり,十分大きい時には-40dBの傾きを持つ直線となり,ω/ωn=1付近では大きくずれる。

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