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标题: 拜读晨大《控制之道》及问题请教 [打印本页]

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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。

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 i( q7 Y1 t+ t# p( j: L1. 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。
4 ~- K) D7 e0 t: H4 V. ?, c" }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。
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。
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。

! ?$ X  T% V( ?. H# j  q' q但还有一些问题没有想明白，想请教一下晨大
0 A. r6 B9 e7 p6 X" ?3 y1. 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？

, E7 c; Z+ S  w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？
! p# @0 r* _& Z, b1 ?
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？
4 m7 }, Q. C" T# w
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。

) @7 [% @# V  O感谢感谢

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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。。。

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作者: 晨枫    时间: 2024-3-17 22:52


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。
5 b' O8 u2 I- [/ o8 Y( B& ^
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。
5 t9 q8 e. e  ?+ S
+ l  m& o4 d) N4 k3 l* q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。
* Q6 Y" o; Y' q: r
这样好理解一点吗？

; }) ^. e) U/ O, y9 P5 J5 n% 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。
. U' R9 F9 j) s/ _; T
6 X2 i9 B" c1 b; @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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7 f% V" O  d' m0 C; O# T/ }9 S

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.

% k" V+ j6 D4 V& N! m( j4 e3 P
4 K5 M  P7 l* D0 W: ]9 p这个要想一下，能给一个波形图看看吗？

- w2 C- j0 F: K) V" D" b) t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。
% E, y- k, V$ a2 F
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。

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作者: 可梦之    时间: 2024-3-18 09:36

/ w0 G7 n1 d7 z  p( C. {8 ^. \& m' Y
! q' k- O9 V& V万分感谢！

6 B* a5 l) i8 ~- H. t; m# N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。
5 i+ q, r# K+ i, k3 T$ R$ U& h2 d% Q
- W1 ~% z& r0 ]% P' D2 e8 {( X* |函数图片是这样的



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。
# |" m7 J* P6 M+ T. y
) l: N% N3 g7 X5 |: f: L( {: h" g% V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？
* J- d& f! j0 U8 p9 p* [( q' }

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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
万分感谢！
4 P/ E2 f2 f- M. [/ A) s6 u# N
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 ...

& T+ [" H9 \! ?
  \: V. d) H6 K梦兄太客气。
- r. V2 M& s. P4 f( q
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。
1 O; \$ c% y( {, R2 N4 B  b! w& Q3 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。

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作者: 可梦之    时间: 2024-3-18 10:09

晨枫 发表于 2024-3-18 09:54
梦兄太客气。
4 y& z8 J  U. _" O
( e' I, g: b  p4 z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 ...

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。
8 v' [3 Q3 C+ M+ N. D6 M
. b+ r. Y* N( l( U4 W# {! X) m9 O3 Q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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