sabit katsayılı doğrusal diferansiyel denklemler:

11
Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler: Örnek: dt df f 3 u 20 dt du 14 dt u d 4 dt u d 2 2 3 3 f(t): Girdi u(t): Çıktı (cevap) Karakteristik Denklem: Homojen çözüm f(t)=0. u(t)=e st s 3 e st + 4s 2 e st + 14se st + 20e st = 0 s 3 + 4s 2 + 14s + 20 = 0 a=[1,4,14,20];roo ts(a) Özdeğerler: 13i, 2 u h (t) = C 1 e (-1+3i)t + C 2 e (-1-3i)t + A 2 e -2t ) sin i (cos 2 A e 2 A C 1 i 1 1 ) sin i (cos 2 A e 2 A C 1 i 1 2 t 2 2 i ) t 3 ( t 1 i ) t 3 ( t 1 h e A e e 2 A e e 2 A ) t ( u u h (t) = A 1 e -t cos(3t-φ) +A 2 e -2t Matlab İle:

Upload: kohana

Post on 06-Jan-2016

149 views

Category:

Documents


12 download

DESCRIPTION

Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:. f(t): Girdi u(t): Çıktı (cevap). Örnek:. Homojen çözüm f(t)=0. u(t)=e st. Matlab İle:. Karakteristik Denklem:. a=[1,4,14,20];roots(a). s 3 e st + 4s 2 e st + 14se st + 20e st = 0. Özdeğerler: - 1  3i, - 2. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

Örnek:dt

dff3u20

dt

du14

dt

ud4

dt

ud2

2

3

3

f(t): Girdi

u(t): Çıktı (cevap)

Karakteristik Denklem:

Homojen çözüm f(t)=0. u(t)=est

s3est + 4s2est + 14sest + 20est= 0

s3 + 4s2 + 14s + 20 = 0

a=[1,4,14,20];roots(a)

Özdeğerler: 13i, 2

uh(t) = C1e(-1+3i)t + C2 e(-1-3i)t + A2e-2t

)sini(cos2

Ae

2

AC 1i1

1

)sini(cos2

Ae

2

AC 1i1

2

t22

i)t3(t1i)t3(t1h eAee

2

Aee

2

A)t(u

uh(t) = A1e-tcos(3t-φ)+A2e-2t

Matlab İle:

Page 2: Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

uh(t) = A1e-tcos(3t-φ)+A2e-2t

Başlangıç koşulları: at t=0 2.1u 5.2dt

du 1.3

dt

ud2

2

-1.2 = A1 cosφ + A2

t22

t1

t1 eA2)t3sin(eA3)t3cos(eA

dt

du

2.5 = -A1 cosφ +3A1 sinφ -2A2

t22

t1

t1

t1

t12

2eA4)t3cos(eA9)t3sin(eA3)t3sin(eA3)t3cos(eA

dt

ud

-3.1= -8A1 cosφ - 6A1 sinφ + 4A2

A1, A2 ve φ Newton-Raphson yöntemi ile bulunabilir.

Page 3: Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

Laplace Dönüşümü:

0

stdte)t(f)s(F

tAe)t(f

0

stt dteAe)s(F

0

t)s( dtAe

0

t)s(e)s(

1A

s

A

te)t(f

s

1)s(F

)tcos(Ae)t(f t

)i(siba

)i(siba

)s(F

)iba(2Aei

)tcos(Ae)t(f t )t(i)t(it eee2

A

t)i(it)i(i ee2

Aee

2

A

Page 4: Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

Türevin Laplace Dönüşümü :

0

1 dtedt

df)s(F st duvuvdvu

0 00

dtfesfedtedt

df ststst)s(sF)(f)s(F 01

0

dte)t(f)s(F st

steu dtdt

dfdv

0

2

2

2 dtedt

fd)s(F st

steu dtdt

fddv

2

2

0 00

2

2dte

dt

dfse

dt

dfdte

dt

fd ststst

)s(Fs)(sf)(f)s(F 22 00

Page 5: Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

)s(F)f( L

)(f)(fsfs)s(Fsdt

fd000

233

3

L

)s(Fe)]at(f[ asL(zamanda öteleme veya gecikme):

)(fsf)s(Fs)f( 002 L

0f)s(sF)f( L

Page 6: Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

Başlangıç koşullarına bağlı çözümün Laplace dönüşümü:

0u20dt

du14

dt

ud4

dt

ud2

2

3

3

t=0 da başlangıç koşulları: 2.1u 5.2dt

du 1.3

dt

ud2

2

]uusus)s(Us[ 00023 ]usu)s(Us[4 00

2 ]u)s(sU[14 0 0)s(U20

0uu)4s(u)14s4s()s(U)20s14s4s( 000223

20s14s4s)s(D 23 0

2

u)s(D

)14s4s()s(U

0u)s(D)4s(

0u

)s(D1

)2.1()s(D

)14s4s()s(U

2

)5.2()s(D

)4s( )1.3()s(D

1

)s(D

9.9s3.2s2.1)s(U

2

Page 7: Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

Basit kesirlere ayırma:

num=[-1.2,-2.3,-9.9]; den=[1,4,14,20]; [r,p,k]=residue(num,den)

r(1)=-0.095-0.0483i, r(2)=-0.095+0.0483i, r(3)=-1.01

Matlab İle;

Page 8: Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

uh(t) = A1e-tcos(3t-φ)+A2e-2t

z=-0.095+0.0483i

A1=2*abs(z)

fi=angle(z)

Matlab İle;

Homojen çözüm :

Page 9: Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

ÖRNEKLER:

m

Mafsal sürtünmesi, B

L

Bir basit sarkacın zorlanmasız hareketi için hareket denklemi şu şekilde verilmiştir:

02*81.9*242*2 2

m=2 kg

B=4 Nms/rad

L=2 m t=0 da verilmiştir. θ(t) ‘yi bulunuz.

s/rad1,rad5.0 00

024.3948

0mgLBmL2

Laplace dönüşümü uygulanırsa,

0)s(24.39)s(s4]s)s(s[8 0002

08]4s8[)s(]24.39s4s8[ 002

24.39s4s810s4

24.39s4s81*85.0*)4s8(

24.39s4s88)4s8(

)s( 22200

Page 10: Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

ÖRNEKLER :

24.39s4s810s4

)s( 2

)i2006.225.0(sbia

)i2006.225.0(sbia

)s(

clc;clearnum=[4 10];den=[8 4 39.24];[r,p,k]=residue(num,den)

)i2006.225.0(si2556.025.0

)i2006.225.0(si2556.025.0

)s(

)t2006.2cos(Ae)t( t25.0

r(2)A=2*abs(r(2))Fi=angle(r(2))

0.7151A2556.025.0*2A 22

Re0.25

0.2556

Img

rad0.7965

Homojen çözümün Laplace dönüşümü (başlangıç koşullarına bağlı) Özdeğerler

Sistem stabildir çünkü tüm köklerin gerçek kısımları negatiftir.

Page 11: Sabit Katsayılı Doğrusal Diferansiyel Denklemler:

)t2006.2cos(Ae)t( t25.0

ÖRNEKLER :

rad0.79657151.0A

)7965.0t2006.2cos(e7151.0)t( t25.0

s/rad2148.22006.225.0 220

s8369.22148.22832.62

T0

0

1128.02148.2

25.0

0

s149.251128.08369.2T

t

s1418.0208369.2

20T

t

0

0

clc;cleardt=0.1418;ts=25.149;t=0:dt:ts;tetat=0.7151*exp(-0.25*t).*cos(2.2006*t-0.7965);plot(t,tetat)

0 5 10 15 20 25-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Zaman (s)

Te

ta(t

) [R

ad

yan

]