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标题: 拜读晨大《控制之道》及问题请教 [打印本页]
作者: 可梦之    时间: 2024-3-17 14:18
标题: 拜读晨大《控制之道》及问题请教
刚读完第一章《反馈、动态与稳定性》。虽然是讲控制的，但是对我现在研究电路也很有帮助。
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这章讲明白了好几个点。虽然我之前也接触过，数学公式、程序验证也对，但是总觉得隔着一层，就是不知道为什么这样。晨大的书透到了本质，方便理解。
+ B2 a3 m7 V8 J6 P0 V1. 极点的磨平效应，零点的锐化作用。之前理解极点还容易点，零点一直不知道有什么作用。3 l' Z4 j5 a; \' K6 R" v! ?
2. 极点和时间常数互为倒数。之前我也用时间常数表达式，但是不知道这个概念。6 o% f2 \3 a, j$ B7 ]5 \
3. 欠阻尼，临界阻尼，过阻尼。我现在就遇到了临界阻尼的情况。  i- D; H) T6 i4 J9 R7 u1 N
4. 极点实部和虚部的作用。我们的极点都是实数，那应该不会出现我之前担心的震荡（欠阻尼）现象。之前也看过类似的分析，但是这次看书才联系起来，解决了我的困惑。( U9 h; t$ e$ k1 p
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但还有一些问题没有想明白，想请教一下晨大3 Z( {8 e1 V" q  S
1. 极点数多于零点数：没太搞明白解释。输出不能超前于输入，这个没问题。但是磨平作用不仅和极点的多少有关，和极点的大小也有关吧。零点的锐化也类似。那么有没有可能我有几个很大的极点，更多但是更小的零点，使得输出还是之后输入呢？* N  X5 I1 a( h3 J) W
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我们电路分析中也有tranfer function，里面也有零点书和极点数。有的书说的是小于，有的地方说的是小于等于。之前也没当一回儿事。现在好奇了：什么时候会等于，电路输入输入的transfer function和闭环、开环控制有哪些想通之处？
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# N, U# `) @$ a# N3 \. C8 {2. 我们对系统降阶之后，其对应的波形在0点附近会先下降出现负值再回来，类似临界阻尼中峰值会超过1. 当然我们输入不是step，而是ramp函数。这个肯定是降阶造成的误差，原系统中不可能为负数。这种现象有什么名称吗？
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3. 图1-8中，0.35上面的实线是“稳态值”，0.35下面的虚线没有标注，我猜是“设定值”。那上升时间图片标的是到设定值的时间，下面文字写的是穿过“稳态值”的时间。这个有点困惑，但不影响理解意思。
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感谢感谢
作者: 数值分析    时间: 2024-3-17 20:26
都已经拿到书开始学习了？羡慕了，我的书还不知道在哪儿呢。。。
作者: 晨枫    时间: 2024-3-17 22:52
本帖最后由 晨枫 于 2024-3-17 09:19 编辑
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能帮梦兄改善对零极点的理解，是我的荣幸。后续章节还请多提宝贵意见。( R7 p' t. [; I( e  [5 j
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从频域的角度，可以把每一个极点理解为多一个低通滤波环节，每一个零点为高通滤波环节。每一个频域环节有两个特征：幅度和相位。磨平还是锐化是从幅度来说的，但加一个极点，就在相位上滞后一个90度，加一个零点就超前90度，不受幅度影响。这个90度可以从正弦微分就变余弦，余弦积分就变正弦来理解。极点好比积分，零点好比微分。
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1 J7 |3 @* M9 c2 u: u8 u, n实数极点只是开环时不震荡，闭环了还是可以震荡的。在根轨迹上，实数极点永远在实轴上，不震荡；增益增加到一定程度后，即将分叉，那就是临界阻尼点了。$ w+ r$ E" I# h+ c/ i
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这样好理解一点吗？$ Q' |8 [/ L0 \( y* R$ h4 j0 {; \
; w, [& W$ \( t3 Q& U1 e1 J
极点数大于等于零点数的叫proper functino（正定函数），严格大于、不能等于的叫strictly proper function（严格正定函数）。物理世界里想的出来的都是严格正定函数的传递函数关系，这正是从输入不可能超前于输出来理解的。正定和非正定只有数学上的意义，就和时域的纯超前一样。很多定理只对正定或者严格正定函数适用，在实际上并不构成限制。
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传递函数只是定义动态系统的输入输出关系，干什么用都可以。传递函数本身的动态行为与开环控制相同，开环的输入-输出行为直接由传递函数决定。闭环把输出反馈回来，修正传递函数的行为。开环是一厢情愿的，想要达到某一结果，但是否达到既看不到也不关心；闭环是见招拆招的，一面实施修正动作，一面观察结果，作为进一步修正的基础。稳定的闭环最终达到想要的结果，不稳定的闭环弄巧成拙，越描越黑。
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我们对系统降阶之后，其对应的波形在0点附近会先下降出现负值再回来，类似临界阻尼中峰值会超过1.
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; X+ V; ~! _: x1 z( ~  e这个要想一下，能给一个波形图看看吗？  e4 x, c7 `2 d7 W

3 U" p# H) k" [0 e) G上升时间（rise time）的定义并不统一，用稳态值、设定值、设定值加减5%、10%的都有，我自己也没有统一起来，不好意思。" V$ s' j) w! P' d+ D

, E3 N* E1 d. _在实用中，这个只是定性地用一用，所以这些定义差异并不打紧。稳定时间（settling time）更加有用。
作者: 可梦之    时间: 2024-3-18 09:36
本帖最后由 可梦之 于 2024-3-18 10:11 编辑 7 J' [% G) H8 \+ D" }, i

$ P- s0 V  n& |8 P+ f万分感谢！
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+ Q4 |$ K( t7 X& _- F/ }正定函数这个，书上证明系统是passive的时候用到了，不过理论证明太抽象，认怂跳过去了。你这样解释就清楚明白好多了。
: C- }# h5 {  M& U% y9 i2 }7 H! ~5 T0 z  K' U- a
函数图片是这样的
+ X8 C$ H9 b0 m  |
) i9 j" X, h. w7 D% h7 J
/ s8 m5 U; j, D: ?: ?9 a
$ H  e: w8 D/ e5 I+ p原系统是单调的，降阶到二维的结果（一般不会这么低，为了突出这个现象）。poles是：[-0.2580, -6.5426], residue是 [0.3019   -1.1122]. zeros:    -2.0830（手算出来的，可能不对)。我们用的ramp输入。
) K" R5 U0 s0 `* n. U+ }
% a( _0 @5 g, c& r0 B6 ~后面还没有全看完，但有一个小问题。很多图片是彩色的，很漂亮。但是对我这种色弱的残障人士，波形图颜色和图示颜色匹配有些困难，尤其是颜色多的时候。之后出书是否可以考虑除了颜色，还可以用不同线段（实线，虚线。。。）或者符号(+.*)区分表示？8 h, w! |/ v/ s. @/ b  \- ?  |# A

/ j5 m' k7 c1 D' o6 }
作者: 晨枫    时间: 2024-3-18 09:54
可梦之 发表于 2024-3-17 19:36
/ g( z2 ?1 ]. p: ]! z( w& x万分感谢！( x! s- g6 L6 @. ]

' ?/ Y0 E; m8 g6 L  D+ @正定函数这个，书上证明系统是passive的时候用到了，不过理论证明太抽象，认怂跳过去了。你这 ...

0 P& w$ _6 U1 ~. X/ u
: M: i6 v0 _; i) O1 y5 Z# e5 n; q梦兄太客气。
2 s8 ]! s" T' ^) P6 d; `; N
+ o( i1 l" r/ R  J& @这个好像是non-minimum phase的样子，你是不是降阶后产生一个右半平面的零点？应该就是这东西在作怪。
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. V* ?( }, Q1 M/ \; q' L7 x0 G用各种line style的办法已经用上了，但有时线太多，还是区分不过来。这个问题我以后会注意，尽量用粗细线、点划线等来区分。多谢提醒。
作者: 可梦之    时间: 2024-3-18 10:09
晨枫 发表于 2024-3-18 09:54" I# w9 a' x$ q
梦兄太客气。$ |9 J3 `7 u) [: w4 }4 @

! Q. c3 F! O+ j. T6 N: S7 ~这个好像是non-minimum phase的样子，你是不是降阶后产生一个右半平面的零点？应该就是这 ...

: S% I" S; a' c) R9 a& n- {4 p又学习到了，去了解了一下minimum phase。刚才贴图搞错了没显示出来。5 l8 z9 B: d9 {8 E* h
( R$ {6 H' b. r' K/ S& ]% m
我们用的pole-residue的格式。这个transfer function是 0.3019/(s+0.2580) - 1.1122/(s+6.5426) = -(s-2.0830)/(s+0.2580)*(s+6.5426). 的确零点在右平面，刚才算错了。牛！！！



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