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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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8 u0 T3 C8 \6 o; I7 e( R8 t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。
# x7 n: ?+ G2 G! B1. 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。
: t1 I& H& R, m" b0 t' `( r2. 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。
( {, z- }  p8 v8 Q8 I( b( b3. 欠阻尼，临界阻尼，过阻尼。我现在就遇到了临界阻尼的情况。; R  c' Y3 k2 o# |% Y" c
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。
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6 h! N' _) I' \8 e6 W/ [0 l+ U' f但还有一些问题没有想明白，想请教一下晨大) U9 b5 A2 n4 g. p
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？
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, p9 O4 N- N( M: P1 f8 R6 G. N/ X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？* {. i! v3 N8 X# Z$ }

7 r- r* w8 M& z4 [9 K2. 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？/ _9 M  y! L8 s$ v6 e7 ^5 d

! B2 S1 r8 T1 U% {& y3. 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 , a0 b, X1 U3 J5 O( \, y
" j# n3 e& {( F6 u9 ?8 g6 B
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。
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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。3 R2 g% ~5 `6 o% R- L  J
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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。9 h) z  p2 `/ K: `' e/ d& e
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这样好理解一点吗？
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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。( b4 {' |: O1 v/ H0 U# V

1 p9 e  h1 ~4 `# o+ C7 |2 g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。4 h/ y! [% i6 [( E, n1 {

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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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  ~% d& W5 h  H' ?0 D8 m# u, [4 c6 }这个要想一下，能给一个波形图看看吗？% p$ w: T4 M* `: i

- @: }' Q& M- q2 Z# Z( b. g6 x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。
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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
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5 A% ^  \; C. ^5 n/ K3 l# H万分感谢！
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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。3 o5 n, m) ^7 p4 `/ @! Z

* Z! D7 n) e- p0 }函数图片是这样的
, _% g  G$ [' W, ]0 l9 g7 B6 P/ R+ M% p: L, @

# I2 ?! v# s' M4 @! ]- n: ~1 l4 t; a
" \- }. |" H! Z/ L" c. z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。
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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？3 I! ^7 z+ A: v7 G( d$ h8 P
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作者: 晨枫    时间: 2024-3-18 09:54
可梦之 发表于 2024-3-17 19:36/ j# \. _5 E( c6 O* Q' q, \
万分感谢！
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% I8 F. ~7 L) N7 u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 ...

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梦兄太客气。; k! H3 b3 @1 s- N9 A% S3 c
1 v3 L# ?" o6 o2 ~% v3 q1 b
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。5 [" P) T6 h7 H5 v& A( M
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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
, T) a7 p" a) Y: }- \梦兄太客气。2 m! N5 L; h( d/ E; ^8 o( s  A

8 g9 ^$ x9 H0 E, n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 ...

  A& n/ o2 O! X4 E: w/ X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。
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7 N5 M: ?' O, c6 o8 ~6 V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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