Transmitancje operatorowe pewnej klasy układów typu hiperbolicznego z wejściami brzegowymi

W artykule przedstawiono ogólną postać transmitancji operatorowych pewnej klasy układów o parametrach rozłożonych, opisanych dwoma równaniami różniczkowymi cząstkowymi typu hiperbolicznego. Zakładając istnienie w układzie dwóch wejść o charakterze wymuszeń brzegowych typu Dirichleta oraz dwóch wyjść rozłożonych wzdłuż osi zmiennej przestrzennej, przedstawiono wyrażenia opisujące transmitancje operatorowe układu dla dwóch różnych konfiguracji sygnałów wejściowych. Rozważania zilustrowano praktycznym przykładem wymiennika ciepła pracującego w układach: współ- oraz przeciwprądowym.

---

Transfer function models for a class of distributed parameter systems described by the two hyperbolic partial differential equations defined on a one-dimensional finite spatial domain are considered. Assuming two boundary inputs of Dirichlet type, the closed-form expressions for the individual elements of the 22 transfer function matrix are proposed based on the decoupled canonical representation of the system. The influence of the location of the boundary inputs on the transfer function representation is demonstrated for two different input configurations. The first one is the so-called congruent arrangement, for which both inputs act on the system at the same spatial position, l=0 (Fig. 1). The second one is the incongruent arrangement, where both inputs act on the system at its opposite ends, l=0 and l=L, respectively (Fig. 2). The considerations are illustrated with a practical example of a shell and tube heat exchanger operating in parallel- and countercurrent-flow modes (Fig. 3), which correspond to the two abovementioned boundary input configurations. Based on the transfer function model, both frequency and time responses of the system can be determined, which can be useful e.g. in the case of the model-based fault detection scheme.