1一、弹簧质量系统的运动方程与传函20 分#
思路
- 对两质量块分别列牛顿第二定律方程，拉氏变换后联立消去中间位移，解出位移对外力的传递函数。
机械系统建模
建模与机电系统
本卷考法
- 对含两质量块与两弹簧的平动系统列力平衡方程
本卷实例
- 关键一步：按弹簧力实际方向分别对两质量块列牛二方程
- 中间结果：两方程含两个位移未知量，必须联立才能消元
- 卡点：题1图为原卷插图，弹簧串接方式需回原卷核对图
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 依据牛顿第二定律或达朗贝尔原理列方程
- 三种基本元件：质量 m、粘性阻尼 f、弹簧 k
- 同一方向取正，反向取负，逐项列出合力
步骤
- 选定正方向并作受力分析
- 分别写出质量、阻尼、弹簧对应的力
- 按 F=ma 列写运动方程
- 取拉氏变换整理成传递函数
通用考法
- 本卷考过对含两质量块与两弹簧的平动系统列力平衡方程
- 弹簧-质量-阻尼系统求位移对力的传递函数
- 两质量块经弹簧阻尼连接的系统建模
常见易错
- 阻尼力与弹簧力的正负方向取反
- 多质量系统漏掉相互作用力的反作用项
公式
由电路或机械系统求传递函数
传递函数
本卷考法
- 由机械系统微分方程求位移对力的传递函数
本卷实例
- 关键一步：拉氏变换后写成两方程再消去中间变量X(s)
- 中间结果：传函分母为含m1m2的四次多项式，分子为k1
- 卡点：弹簧力与阻尼力的正负方向取反会使耦合项出错
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 电路用复阻抗法：电阻 R、电感 Ls、电容 1/(Cs)
- 机械平移系统三种元件：质量 m、阻尼 f、弹簧 k
- 先列物理定律方程，再消去中间变量
- 列方程的依据：KCL/KVL 或牛顿第二定律
步骤
- 画出复阻抗等效电路或受力分析图
- 按 KVL/KCL 或牛顿第二定律列出微分方程组
- 消去中间变量，得到只含输入输出的方程
- 取拉氏变换并整理成 C(s)/R(s)
通用考法
- 本卷考过由机械系统微分方程求位移对力的传递函数
- 给定 RLC 网络求 U_o(s)/U_i(s)
- 弹簧-质量-阻尼系统求位移对力的传递函数
- 含运算放大器的有源网络求传递函数
常见易错
- 复阻抗法把电容阻抗误写成 Cs
- 机械系统阻尼力与弹簧力的正负方向取反
- 运放电路忘记使用虚短与虚断条件
公式