制御の試験に向けて勉強していたのですが,以下の
問題でつまってしまいました.誰か教えてくださる
方がいましたらよろしくお願いします.
伝達要素
G(s) = ωn^2 / (s^2 + 2 ξ ωn s + ωn^2)
の周波数伝達関数は
G(jω) = ωn^2 / (-ω^2 + 2 j ξ ωn ω + ωn^2)
となるのまでは分かるのですが,ゲインMを求めるに
M = |G(j ω)| = ωn^2 / √(ωn^2 - ω^2)^2 +(2 ξ ωn ω)^2
(分母全てに√がかかっています)
となるのがどうしても分かりません.
答えだけが書いてあり,途中計算がないためこれ以上はなんとも
できなくなってしまったので,教えていただける方,よろしく
お願いします.
No.1
- 回答日時:
|G(jω)|=|ωn^2| / |(-ω^2 + 2 j ξ ωn ω + ωn^2)|
=ωn^2 / |-ω^2 + 2 j ξ ωn ω + ωn^2|
で,jが虚数単位より
分母の|()|の中の実部が(ωn^2 -ω^2),虚部が(2 ξ ωn ω)で
|分母|=√{(実部)^2+(虚部)^2}
=√{(ωn^2 -ω^2)^2+(2 ξ ωn ω)^2}
ではないでしょうか.
この回答への補足
ありがとうございます.
jが虚数単位なため,虚部が(2 ξ ωn ω)
というのは理解できたのですが,なぜここ
では j が抜けてしまっているのでしょうか.
それから,このような場合は,
分母|=√{(実部)^2+(虚部)^2} として問題を
解いていったらいいのでしょうか.
No.2ベストアンサー
- 回答日時:
複素数z=x+yj (x,yは実数,jは虚数単位)とかくと, これは座標平面の点(x,y)と1対1に対応させられることはご存知と思います.
実部は Re(z)=x, 虚部はIm(z)=y (jは含みません)で,
絶対値 |z| は,点0(原点)と点zとの距離のことなので,
点(x,y)と原点の距離と同じで
|z|=√(x^2+y^2)
です.
なお,a,b,c,dは実数として,一般には
[良い方法]
|(a+bj)/(c+dj)|=|a+bj|/|c+dj|=√(a^2+b^2)/√(c^2+d^2)
とやる.
[そうでない方法]
一度分母を有理化して
(a+bj)/(c+dj)=(a+bj)(c-dj)/(c+dj)(c-dj)={(ac+bd)+(bc-ad)j}/(c^2+d^2)
から全体の絶対値をとって...これは絶対値を求めるときは愚かなことが分かります.でも,例えば,全体の実部(あるいは虚部)を求める必要があるときは分母の有理化が要ることになります.
一般には最初のように,全体の絶対値=|分子|/|分母|
=√(a^2+b^2)/√(c^2+d^2) [または √{(a^2+b^2)/(c^2+d^2)} でも同じ]
のようになります.
今の問題の場合,分子が0以上の実数だったので,√は分母しか残らなかったわけです.
No.3
- 回答日時:
一般にA,Bをある実数とすると、
G(jω)=k(a+jb)=ka+jkb=A+jBと言う形で表現できます(No.2の方の有理化参照)。実数部がAで虚数部がBとなりますね。
次に、これに対するグラフを考えてみましょう。
x軸に実数部のAを、y軸に虚数部のBをとってできる座標(A,B)をプロットしてみてください。
原点Oから、点(A,B)に向かうベクトルがG(jω)を表しています。
ベクトルは方向と大きさで表されます。方向はx軸とベクトルとの成す角度となり、大きさは、ベクトルの長さ|G(jω)|で表されます。
プロットしたグラフから分かると思いますが、ベクトルG(jω)とA,Bとで直角三角形ができますよね?
|G(jω)|が斜辺となる直角三角形なので三平方の定理より、|G(jω)|^2=A^2+B^2となり、ルートをとれば、|G(jω)|=√(A^2+B^2)となるわけです。
ちなみに、ベクトルG(jω)の角度∠Gは直角三角形の図を見れば、tan(∠G)=B/Aとなるので、∠G=アークタンジェント(B/A)となります。
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