Analogie Elettromeccaniche

Documenti analoghi
Teoria dei Sistemi Dinamici

Electrical Systems Dynamics

Teoria dei Sistemi Dinamici

Teoria dei Sistemi Dinamici

Dinamica dei Sistemi Multicorpo Esempi di reti elettriche

Esame 21/11/2003 Soluzione b

Dinamica. Basilio Bona. DAUIN-Politecnico di Torino. Basilio Bona (DAUIN-Politecnico di Torino) Dinamica / 30

Esame 12/02/2004 Soluzione

Teoria dei Sistemi Dinamici

Dinamica dei Sistemi Multicorpo Esempi di reti elettriche

Lavoro nel moto rotazionale

Esempio. alla sua. un altro. estremità. giunto 2

Modellistica di sistemi elettromeccanici

Soluzione Esame di Modellistica e Simulazione dei Sistemi Meccatronici del 23/02/2011

Esempi di modelli fisici

OSCILLATORE ARMONICO SEMPLICE

Dinamica dei Sistemi Multicorpo

Teoria dei Sistemi Dinamici

Dinamica Rotazionale

Soluzione della prova scritta di Fisica 1 del 2/03/2010

01AYS - FONDAMENTI DI AUTOMATICA. Modellistica e rappresentazione in variabili di stato di sistemi dinamici

approfondimento Cinematica ed energia di rotazione equilibrio statico di un corpo esteso conservazione del momento angolare

Dinamica del punto materiale

Modellistica dei Manipolatori Industriali 01BTT Esame del 18/02/2002 Soluzione

Dinamica Rotazionale

Esercizio 1: Data la composizione di rotazioni. Rot(i, 180)Rot(j, 45)Rot(k, 90) Indicare con una tutte le descrizioni corrette:

Modellistica di sistemi elettrici e magnetici

considerando quanto precisato nella Nota Finale. 2) Disegnare, oltre che il riferimento R già presente, anche i riferimenti R e R,

Lavoro ed Energia. r A. < 0 --> lavoro resistente

Lavori e Forze Fisica Natali Mattia. della forza rispetto al tempo nell intervallo considerato: I t 1. I ( t 1. ( ) Q ( t 1 ).

Modellistica grafica: Bond Graphs

Modellistica e Simulazione. Relazioni di comune utilizzo nella modellistica fisica. Lezione 4 aprile Principi di conservazione.

Dinamica dei sistemi elettromeccanici

Grandezze angolari. Lineare Angolare Relazione x θ x = rθ. m I I = mr 2 F N N = rf sin θ 1 2 mv2 1

Modellistica e Simulazione

FM210 - Fisica Matematica I

Equazioni di Maxwell. I campi elettrici e magnetici (nel vuoto) sono descritti dalle equazioni di Maxwell (in unità MKSA)

Table of contents Introduction. Controllo dei Robot. Statica

Esercitazione 2. Soluzione

DEDUZIONE DEL TEOREMA DELL'ENERGIA CINETICA DELL EQUAZIONE SIMBOLICA DELLA DINAMICA

Foglio di Esercizi 7 Meccanica Razionale a.a. 2018/19 Canale A-L (P. Buttà)

1. Siano A e B due punti di un atto di moto rigido piano. Dire quale delle seguenti affermazioni è errata:

Esercizi di Fisica LB: Induzione Elettromagnetica

Esercitazione 2. Soluzione

Formulario Meccanica

INDUTTANZA ENERGIA MAGNETICA

Unità didattica 2. Seconda unità didattica (Fisica) 1. Corso integrato di Matematica e Fisica per il Corso di Farmacia

Relazioni fondamentali nella dinamica dei sistemi

Circuiti elettrici. Marcello Borromeo corso di Fisica per Farmacia - Anno Accademico

Dinamica Rotazionale

Discorsi di tensioni e deformazioni

Lez.21 Circuiti dinamici di ordine due. 1. Università di Napoli Federico II, CdL Ing. Meccanica, A.A , Elettrotecnica. Lezione 21 Pagina 1

Meccanica Dinamica del punto materiale

Forza centrifuga. Funi e molle. Equazioni del moto

Formulario per Fisica con Esercitazioni

EL. Equazioni di Lagrange

Prova Scritta di di Meccanica Analitica. 10 Febbraio 2017

Compito di Fisica 1 Ingegneria elettrica e gestionale Soluzioni fila B

Esonero 17 Novembre 2017

Formulario per Fisica con Esercitazioni (LT Chimica Industriale - Bologna)

Esame di Fisica Data: 18 Febbraio Fisica. 18 Febbraio Problema 1

Soluzioni Esame di Fisica Corso di laurea in Biotecnologie Linea II (gruppi E-H)

Scritto di Analisi II e Meccanica razionale del

Meccanica Razionale 1: Secondo parziale Cognome e nome:...matricola:... es.1 es.2 es.3 somma

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

SOLUZIONE Il diagramma delle forze che agiscono sul corpo è mostrata in figura:

Compito del 14 giugno 2004

ESERCIZI 53. i=1. i=1

Cap Moti oscillatori

CORRENTI ALTERNATE. Dopo che la spira è ruotata di in certo angolo in un tempo t si ha

F = ma = -mω 2 R u r.

Soluzione Compito di Fisica Generale I Ing. Elettronica e delle Telecomunicazioni 12/01/2018

Compito di Fisica 1 Ingegneria elettrica e gestionale Soluzioni fila B

Formulario. Entrante Uscente. Vettori Angolo tra l'asse e il vettore 1. Cinematica Equazioni della cinematica. Moti Moto periodico

Fisica Quantistica III Esercizi Natale 2009

Prova Scritta di di Meccanica Analitica. 3 giugno Un punto di massa unitaria si muove soggetto al potenziale ) V (x) = x exp.

Università degli studi di Trento Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Viticoltura ed Enologia

DIARIO DELLE LEZIONI DEL CORSO DI MECCANICA RAZIONALE A.A. 2013/2014 CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA

Laurea triennale in Ingegneria Elettronica Corso di Fisica Generale I

Esercitazioni di Meccanica Razionale

Introduzione e modellistica dei sistemi

Applicazioni delle leggi della meccanica: moto armnico

Teoria dei Sistemi e Controlli Automatici M

Foglio di Esercizi 5 Meccanica Razionale a.a. 2017/18 Canale A-L (P. Buttà)

La fisica di Feynmann Meccanica

Modello dinamico dei robot: approccio Lagrangiano

Tabella 4: Best 5 out of 6 es.1 es.2 es.3 es.4 es.5 es.6 somma Meccanica Razionale 1: Scritto Generale:

Modellistica dei Manipolatori Industriali 01BTT Esame del 23/11/2001 Soluzione

Proprietà dei sistemi ed operatori

Classificazione di sistemi dinamici Esercizi risolti. 1 Esercizio (proposto il 16/11/2007, es. #12)

Meccanica 15Aprile 2016

Misure con circuiti elettrici

Fisica Nucleare e Subnucleare

FISICA (modulo 1) PROVA SCRITTA 07/07/2014. ESERCIZI (Motivare sempre i vari passaggi nelle soluzioni)

Fisica Matematica Appello del 25 giugno 2018

Anna M. Nobili: Lezioni Fisica 1 per Chimici a.a

Equazioni del moto in 1 dimensione:

Prova Scritta di di Meccanica Analitica. 4 Luglio ) Si consideri un punto materiale di massa m soggetto al potenziale.

Transcript:

Analogie Elettromeccaniche Basilio Bona Dipartimento di Automatica e Informatica Politecnico di Torino versione corrente: novembre 23

Basilio Bona - Tavola delle Analogie elettromeccaniche 2 Il contenuta di questa dispensa è stato controllato al meglio per evitare la presenza di errori tipografici. Tuttavia è possibile che ve ne siano ancora; chi ne trovasse o volesse dare suggerimenti all autore, è pregato di inviare una email a: basilio.bona@polito.it

Basilio Bona - Tavola delle Analogie elettromeccaniche 3 È possibile riassumere in una tabella le analogie tra grandezze elettriche e grandezze meccaniche, che permettono di interpretare le quantità di un ambito con quelle dell altro. Così l ingegnere meccanico avrà più facilità a rappresentarsi le grandezze e le forze elettriche e viceversa per l ingegnere elettronico. Ricordiamo che la potenza, è il prodotto scalare di una variabile vettoriale detta sforzo s e di una variabile vettoriale φ detta flusso, da non confondere con il flusso del campo magnetico: P (t) = s(t) φ(t) e che la relazione tra energia/lavoro e potenza vale W (t) = t P (t)dt; P (t) = dw (t) dt Nelle formule che seguono e nella Tabella delle Analogie useremo un certo numero di simboli, elencati qui coordinata generalizzata velocità generalizzata sforzo flusso momento generalizzato Coenergia cinetica Coenergia potenziale Energia di dissipazione Forza generalizzata (non conservativa) Spostamento lineare Velocità lineare del centro di massa Accelerazione lineare del centro di massa Spostamento angolare Velocità angolare Accelerazione angolare Massa Tensore d inerzia Matrice dei coefficienti di dissipazione di Rayleigh Matrice dei coefficienti di elasticità Carica elettrica nei condensatori Corrente Flusso magnetico negli induttori Differenza di potenziale Induttanza Capacità Resistenza Generatore ideale di tensione Generatore ideale di corrente ξ(t) R n ξ(t) s(t) φ(t) q(t) µ(t) C C P P D x(t) v c (t) a c (t) θ(t) ω(t) α(t) m Γ = Γ T B K q(t) i(t) = q(t) λ(t) e(t) = λ(t) L C R E(t) I(t) Si sottolinea che la variabile di flusso equivale sempre alla velocità generalizzata φ(t) ξ(t).

Basilio Bona - Tavola delle Analogie elettromeccaniche 4 Equazione lagrangiana d dt ( L ξ i ) L = Fi nc ξ i i =,..., n Sistemi meccanici Funzione lagrangiana L(ξ, ξ) = C (ξ, ξ) P(ξ) dove v h v cb ω b m b Γ b/c Energia Cinetica C(h) = Coenergia Cinetica C (v) = h v Energia Cinetica di un corpo rigido b C = C = 2 velocità lineare totale momento della quantità di moto totale v(h) dh = h v C (v) h(v) dv = v h C(h) ( mb v T ) ( ) cbv cb + ω T 2 b Γ b/c ω b velocità lineare totale del centro di massa del corpo b rispetto a un riferimento inerziale velocità angolare totale del corpo b rispetto a un riferimento inerziale massa del corpo b momento d inerzia del corpo b rispetto al suo centro di massa c. Campo conservativo: la forza f obbedisce alla relazione f(r) dr = f(r) = e l energia potenziale vale dove r è il punto di applicazione di f. C r P(r) = f(r) = f(r) dr r 2. Campo gravitazionale: l energia potenziale, considerando P() =, vale dove g 9.8665 m s 2. 3. Elementi elastici concentrati P(r) = mg r P(ɛ) = Coenergia potenziale P (f) = Elementi elastici lineari: f = Kɛ ɛ f P(ɛ) = 2 ɛt Kɛ P (f) = 2 f T K f f(ɛ) dɛ = ɛ f P (f) ɛ(f) df = f ɛ P(ɛ)

Basilio Bona - Tavola delle Analogie elettromeccaniche 5 dove ɛ è l elongazione (lineare o angolare) dell elemento elastico rispetto alla posizione di riposo, f la forza/coppia applicata e K è la matrice delle costanti elastiche. Energia di dissipazione Energia dissipata D(ν) = Coenergia dissipata D (f) = ν f f(ν) dν = ν f D (ν) ν(f) df = f ν D(f) Elementi dissipativi lineari: f = Bν D(v) = 2 νt Bν D (f) = 2 f T B f dove ν è la differenza di velocità (lineare o angolare) tra gli elementi che producono la dissipazione. Forze generalizzate. Forze lineari: i = k f nc k r k ξ i 2. Momenti torcenti: i = k τ nc k θ k ξ i Funzioni cinematiche Il legame tra le grandezze cinematiche r, v, a, θ, ω, α, e le coordinate generalizzate ξ dipende dalle funzioni cinematiche, espresse genericamente come dove r = ψ l (ξ); v = J l (ξ) ξ; a = J l (ξ) ξ + J l (ξ, ξ) ξ; θ = ψ a (ξ); ω = J a (ξ) ξ; α = J a (ξ) ξ + J a (ξ, ξ) ξ; [J l ] ij = ψ l,i ξ j ; [J a ] ij = ψ a,i ξ j.

Basilio Bona - Tavola delle Analogie elettromeccaniche 6 2 Sistemi elettrici 2. Approccio in carica Le coordinate generalizzate sono le cariche ξ(t) = q(t) e le velocità generalizzate sono le correnti ξ(t) = i(t). Funzione lagrangiana L(q, q) = W m( q) W c (q) Coincide con la coenergia magnetica Wm( q) = Bipolo lineare Wm( q) = i i λ(i)di Li di = 2 it Li Coincide con la energia capacitiva W c (q) = Bipolo lineare W c (q) = q q e(q)dq C q dq = 2 qt C q Forze generalizzate δw nc = k k δq k = k E k (t)δq k 2.2 Approccio in flusso Le coordinate generalizzate sono i flussi concatenati ξ(t) = λ(t) e le velocità generalizzate sono le tensioni ξ(t) = e(t). Funzione lagrangiana L(λ, λ) = W c ( λ) W m (λ) Coincide con la coenergia capacitiva Wc ( λ) = Bipolo lineare Wc ( λ) = e e q(e)de Ce de = 2 et Ce Coincide con la energia magnetica W (λ) = Bipolo lineare W m (λ) = Forze generalizzate λ λ i(λ)dλ L λ dλ = 2 λt L λ δw nc = k k δq k = k I k (t)δq k

Basilio Bona - Tavola delle Analogie elettromeccaniche 7 ξ ξ s µ C C P P D F T x v f mv R θ ω τ Γ ω 2 µt Γ µ C q i e Li F λ e i Ce 2m µt c µ c 2 mvt c v c 2 ɛt l K l ɛ l 2 f T K l f 2 µt L µ 2 µt C µ 2 ωt Γ ω 2 it Li 2 et Ce 2 ɛt ak a ɛ a 2 τ T K a τ 2 qt C q 2 λt L λ 2 et Ce 2 it Li 2 νt B l ν f nc 2 ϖt B a ϖ τ nc 2 it Ri E 2 et R e I Tabella : Tabella delle Analogie elettro-meccaniche, nel caso di elementi lineari ideali e di moto non-relativistico (T = traslazione, R = rotazione, C = carica, F = flusso) dove elongazione lineare degli elementi elastici elongazione angolare degli elementi elastici differenza di velocità lineare tra elementi dissipativi differenza di velocità angolare tra elementi dissipativi ɛ l ɛ a ν ϖ Ricordiamo anche le relazioni seguenti (alcune valide solo per elementi lineari) φ = ξ µ = L ξ e = L q i = C λ λ = Li q = Ce f = ma τ = Γ α f = K l ɛ l τ = K a ɛ a La tabella si può scrivere in forma semplificata se si considerano elementi singoli ξ ξ s µ C C P P D F T x v mẍ mv R θ ω Γ θ Γ ω C q i L q Li F λ e C λ Ce 2m µ2 2 mv2 2 k lx 2 f 2 2k l 2 β lv 2 f 2 Γ ω2 2 Γ ω2 2 k aθ 2 τ 2 2k a 2 β θ a 2 τ 2 Li2 2 Li2 2C q2 2C q2 2 R q2 E 2 Ce2 2 Ce2 2L λ2 2L λ2 2R λ 2 I Tabella 2: Tabella delle Analogie elettro-meccaniche, nel caso di un singolo elemento lineare ideale e di moto non-relativistico (T = traslazione, R = rotazione, C = carica, F = flusso).