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Ecuaciones de estado de un sistema mecánico lineal

El problema: Las ecuaciones de movimiento de un sistema mecánico global que sufre pequeños movimientos pueden expresarse como $$ Mq'' + Dq' + Kq = f ~~ (1) $$ (utilizando primos en lugar de puntos en la parte superior de la $q$ s) donde $q(t) \in \mathbb{R}^k$ es el vector de desviaciones, $M$ , $D$ y $K$ son las matrices de masa, amortiguación y rigidez, respectivamente, y $f(t) \in \mathbb{R}^k$ es el vector de fuerzas aplicadas externamente. Suponiendo que $M$ es invertible, escriba las ecuaciones del sistema lineal para el sistema mecánico, con el estado $x = [q^Tq'^T]^T$ , entrada $u = f$ y la salida $y = q$ .

(Lo anterior es un problema de tarea correspondiente a una clase que estoy tomando voluntariamente por mi cuenta).

Lo que he hecho hasta ahora: A partir de (1), podemos aplicar $M^{-1}$ a ambos lados para obtener $$ q'' = M^{-1}f - (M^{-1}Dq' + M^{-1}Kq). $$

Lo que me cuesta es que la salida se supone que es $q$ cuando lo que tengo se puede escribir como una ecuación lineal $y(t) = Ax(t) + Bu(t)$ con $$ A = -\begin{bmatrix} M^{-1}K \\ M^{-1}D \end{bmatrix}, ~ x = [q^Tq'^T]^T, ~ B = M^{-1}, ~ u = f $$ pero donde $y = q''$ no $y = q$ .

Pregunta: ¿Me he perdido algo? ¿El problema quería decir que la salida $y$ debe ser $q''$ ? Si me estoy perdiendo algo (y probablemente sea así), cualquier consejos en cuanto a lo que es sería muy apreciado.

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Cesar Eo Puntos 61

Llamando a $q_1 = q, q_2 = \dot q_1$ tenemos

$$ \cases{ \dot q_1 = q_2\\ \dot q_2 = -M^{-1}K q_1-M^{-1}D q_2+M^{-1}f } $$

y luego

$$ \left(\begin{array}{c} \dot q_1\\ \dot q_2 \end{array}\right) = \left(\begin{array}{cc} 0 & I\\ -M^{-1}K &-M^{-1}D \end{array}\right) \left(\begin{array}{c} q_1\\ q_2 \end{array}\right)+\left(\begin{array}{c} 0\\ M^{-1} \end{array}\right)u $$

y

$$ y = \left(\begin{array}{cc} I & 0 \end{array}\right)\left(\begin{array}{c} q_1\\ q_2 \end{array}\right) $$

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themaker Puntos 1309

Usted es el que define la salida $y$ no las ecuaciones, así que si quieres (o necesitas) que la salida sea $q$ Sólo hay que poner $$ A = \begin{bmatrix} I & 0\\ 0 & 0 \end{bmatrix},$$ y $$B = 0,$$ entonces $$ y = \begin{bmatrix}q &q'\end{bmatrix} \begin{bmatrix} I & 0\\ 0 & 0 \end{bmatrix} = q.$$

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