ПОСТРОЕНИЕ ГОДОГРАФА КОМПЛЕКСНОЙ ФУНКЦИИ




ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................. 4

ВЫЧИСЛЕНИЕ ДРОБНОЙ СТЕПЕНИ КОМПЛЕКСНОГО ЧИСЛА 4

ПОСТРОЕНИЕ ГОДОГРАФА КОМПЛЕКСНОЙ ФУНКЦИИ........... 5

3. РЕШЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПЕРАЦИОННОГО ИСЧИСЛЕНИЯ........... 6

4. РЕШЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ
КЛАССИЧЕСКИМ СПОСОБОМ.............................................................. 7

ОФОРМЛЕНИЕ...................................................................................... 7

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................................................... 8

ПРИЛОЖЕНИЕ. Варианты заданий расчетной работы.............. 9

ВВЕДЕНИЕ

Расчетная работа проводится по первому разделу дисциплины «Основы теории управления» и предусматривает выполнение следующих вычислений, позволяющих студентам восстановить свои знания и умения по разделам математики, используемым в данной дисциплине:

1) расчет и изображение на плоскости дробной степени комплексного числа;

2) расчет и изображение на комплексной плоскости годографа комплексной функции;

3) решение дифференциального уравнения с использованием операционного исчисления;

4) решение дифференциального уравнения классическим способом.

Каждый студент получает индивидуальный вариант задания (приведены в приложении) и выполняет его в установленный срок – 2 недели.

ВЫЧИСЛЕНИЕ ДРОБНОЙ СТЕПЕНИ КОМПЛЕКСНОГО ЧИСЛА

Предлагается вычислить и изобразить на плоскости все числа

.

Удобно использовать показательную форму комплексного числа

,

где j0 – аргумент z 0.

При определении j0 лучше всего изобразить это число в виде вектора и использовать полное значение аргумента в пределах 0-2p, а не только главное значение, которое дают стандартные тригонометрические функции.

Затем определяется целая степень (положительная или отрицательная) числа z 0 , которая дает одно число:

.

На последнем этапе определяется корень n -й степени, который дает n значений:

,

где j1 – аргумент z1.

Все n чисел должны быть показаны в виде векторов на комплексной плоскости.

ПОСТРОЕНИЕ ГОДОГРАФА КОМПЛЕКСНОЙ ФУНКЦИИ

Предлагается изобразить график комплекснозначной функции вещественного аргумента w на комплексной плоскости при изменении этого аргумента от 0 до ¥. Такой график называют годографом функции, который представляет траекторию конца вектора комплексной функции при изменении параметра wÎ[0,¥). График должен иметь качественный вид, отражать начало, примерное прохождение и окончание функции.

Функции являются дробно-рациональными. Удобно представить их в виде произведения более простых функций и в показательной форме. Построить годографы этих составляющих, а затем объединить их в итоговый годограф, учитывая, что при умножении модули также перемножаются, а аргументы складываются.

Поясним на небольшом примере

.

Годограф первой функции на комплексной плоскости выглядит как прямая линия, начинающаяся в точке 2 на вещественной оси и уходящая вертикально вверх.

Годограф второй составляющей строится в два этапа: сначала один знаменатель (jw-1), что дает аналогичный годограф, только начинающийся из точки –1, затем берем обратную функцию, что при показательном представлении означает следующее: модуль будет обратным и меняться от 1 до 0 (у знаменателя от 1 до ¥), а у аргумента будет меняться знак от –180° до –90° (у знаменателя от 180 до 90). Таким образом, годограф z 2 представляет полуокружность.

Объединяем z 1 и z 2 : модули перемножаем, фазы складываем, получаем полуокружность с начальным модулем 2, фазой –180°, и конечным модулем 1, фазой 0°. Угол меняется против часовой стрелки. Здесь же покажем и z 3: сначала jw – годограф проходит по мнимой оси в положительном направлении, а затем обратную, так как z 3 = 1/ jw: модуль меняется от ¥ до 0, а фаза постоянна и равна -90°.

На последнем этапе объединяем z 1 z 2 и z 3: можно z 1 z 2 повернуть на -90°, начальный модуль устремить к ¥, фаза -270°, конечный модуль будет равен 0, а фаза -90°. Качественный вид итогового годографа показан ниже.

3. РЕШЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПЕРАЦИОННОГО ИСЧИСЛЕНИЯ

Основным достоинством операционного исчисления является возможность алгебраизации дифференциальных уравнений. Это означает, что после перехода в область изображений используются только алгебраические операции и находится изображение решения дифференциального уравнения, при этом автоматически учитываются начальные условия. Таким образом, решение дифференциального уравнения разбивается на два этапа: получение изображения решения и определение оригинала по изображению.

На первом этапе при алгебраизации дифференциального уравнения пользуются стандартными формулами:

Здесь через L обозначено применение к функции преобразования Лапласа, т.е. переход к изображению. Изображение функции в правой части дифференциального уравнения можно найти по таблицам, которые есть как в учебной литературе по математике, так и в литературе по теории управления [1-6].

На втором этапе определения оригинала по изображению в случае дробно-рациональной функции можно воспользоваться формулой на основе вычетов:

.

В этой формуле l -количество различных полюсов функции Y(s), ki – кратность i –го полюса.

Другим способом является разложение изображения на простые слагаемые и нахождение по таблице оригинала каждого слагаемого. В случае вещественных кратных полюсов количество слагаемых равно кратности полюса, каждое слагаемое в знаменателе имеет сомножитель

.

В случае комплексных полюсов слагаемое должно быть приведено к табличному виду с помощью выделения полного квадрата:

.

Далее остается разложить на два слагаемых, чтобы в числителе были табличные выражения.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-08-08 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: