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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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1 ~  n) ]. o. x/ j/ A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。4 j. E" C: |/ T& a
1. 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。
, H# m- Y3 K1 E. a" S; m/ C/ W2. 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 U4 U$ x+ {4 d3. 欠阻尼，临界阻尼，过阻尼。我现在就遇到了临界阻尼的情况。6 e0 |$ r& i1 m5 D% h7 G
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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但还有一些问题没有想明白，想请教一下晨大0 `! D+ y3 ]$ J, ]' ?
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？: v9 T& B4 J5 S2 F5 H0 {3 y1 D
/ e: S9 E0 F* o" ]& ~1 }
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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5 Z# w6 ^% Q/ ^+ S" }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？0 d& X, L4 ]3 Y, a
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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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3 F4 t5 z8 o$ P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
9 R. y8 f2 k$ ?  X4 S4 w# u0 j% ^5 ~- m/ N' Z
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。/ R- N/ ?# n# p2 u$ A3 A4 v1 E
. j) a+ L% g4 T7 Y: `
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。+ U4 W2 c% g0 v. X% _. m& C: t

1 c( n5 @7 r; [7 d2 b2 e" J6 d这样好理解一点吗？( n& L& G" s6 |2 y

3 @7 S0 J4 k3 N+ V) d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。  B1 G0 o: F- M

  l; z; ~# ]  x* W4 d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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: F7 Z7 n0 Z8 m$ U3 u) p1 A这个要想一下，能给一个波形图看看吗？
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& j# E6 |1 j% E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。7 _% W( @% J- U
! d1 W. }9 C% U% y% N
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 - i9 W6 h5 D% ~1 C& t: t& I* g

/ I5 G& k, Z% v5 f, Q- q  w万分感谢！
0 V3 u; S" A3 C& _1 w, t
5 q; m! ]( y3 w9 e  a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。
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函数图片是这样的
* T! O6 P4 j" x- o' ?0 M( b
  G& F: M3 n, P9 e- N
* _7 i4 C4 m5 Z( f6 }1 m' b: i* z9 M6 b" f  l/ H5 V3 \6 i3 R
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。# ^: L' X: A& Y2 E* |

) H$ ~- u8 D2 m% j+ `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？
) }+ \; m  d- l5 r$ v  t- H9 y5 n; d
作者: 晨枫    时间: 2024-3-18 09:54
可梦之 发表于 2024-3-17 19:36; m+ a% v% n9 P  L( O0 a" y
万分感谢！
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6 K1 I+ @5 B5 z2 a/ P1 t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 ...
( W/ ]% r1 A  c

0 M" |) \  P( w6 T8 @! V, [梦兄太客气。
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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。/ @* X3 w) C  w
4 s% ^3 q, i5 e
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+ S! h4 s2 A  N6 M: B$ z2 [
梦兄太客气。4 ?1 ~& s; B( N
( G- e/ C' ~( a: V6 M* E2 A
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 ...

# {* I' X  w, ?% O" ]. n0 c+ t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。# {9 p9 [  P1 X) f2 Q

0 Q, T! l0 E$ F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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