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【讨论】传递函数中的零点

传递函数有开环传递函数和闭环传递函数,同样,零点有开环零点和闭环零点。

他们有什么不同,又各自起到什么作用呢?有兴趣的朋友,可以一起来讨论一下~

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2010-12-10 17:33
完全书本上的理论:闭环零点是系统闭环传递函数中分子多项式方程的根。闭环零点由前向通道的零点和反馈通道的极点构成。对于单位反馈系统,闭环零点就是开环零点。
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bode
LV.9
3
2010-12-11 14:42
@夏目大人
完全书本上的理论:闭环零点是系统闭环传递函数中分子多项式方程的根。闭环零点由前向通道的零点和反馈通道的极点构成。对于单位反馈系统,闭环零点就是开环零点。

呵呵~这个从系统结构上是可以推导出来的结论~

一想到零点,我们会想到比例微分环节,那么这个比例微分环节,放在前向通道和反馈通道,作用上会有什么不同吗?

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2010-12-12 20:38
@bode
呵呵~这个从系统结构上是可以推导出来的结论~一想到零点,我们会想到比例微分环节,那么这个比例微分环节,放在前向通道和反馈通道,作用上会有什么不同吗?
bode想分析说这个零点在不同通道里的作用不同?比如阻尼的影响?
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MYLAPLACE
LV.5
5
2010-12-12 22:59

差点错过bode老师的好贴了,先占位听讲~

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2010-12-13 08:07
来学习了
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2010-12-13 09:22

占座先。

 

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bode
LV.9
8
2010-12-13 10:36
@powercheng
占座先。 

旅长也来了啊~

我开这个帖子,其实主要是想讨论下,零点在环路中起到什么作用,比方说对阻尼的影响,在时域上响应的影响。

谈到零点,我们最先想到的是微分环节,事实上,单纯的微分环节是不存在的。对一个信号取微分,也就是相当取这个信号的变化率。一个脉冲信号,上升沿变化率近似于无穷大,而运放的输出能量是有限的。

能产生零点的基本环节有比例微分环节PD,比例积分环节PI。

现在不能上图,晚上传几张图,更能说明这一点,也请旅长多多指点。

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2010-12-13 12:29
@bode
旅长也来了啊~我开这个帖子,其实主要是想讨论下,零点在环路中起到什么作用,比方说对阻尼的影响,在时域上响应的影响。谈到零点,我们最先想到的是微分环节,事实上,单纯的微分环节是不存在的。对一个信号取微分,也就是相当取这个信号的变化率。一个脉冲信号,上升沿变化率近似于无穷大,而运放的输出能量是有限的。能产生零点的基本环节有比例微分环节PD,比例积分环节PI。现在不能上图,晚上传几张图,更能说明这一点,也请旅长多多指点。
  人家是师长了,还旅长?
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bode
LV.9
10
2010-12-13 20:14
@高等数学
[图片] 人家是师长了,还旅长?

呵呵~升官了阿,恭喜师长啊,师傅兼兄长。

继续讨论本贴要讨论的问题啊。

先来看,在一个传递函数的分子中,加入一个零点,而分母不变,会有什么影响呢?

以欠阻尼二阶系统 G=4/(s^2+2*s+4)(阻尼比=0.5)为例,与另一个系统G=4(s+1)/(s^2+2*s+4)的单位阶跃响应比较。

 

绿色是加入零点的,蓝色是没有零点的。

从这个例子,我们可以得到一个很简单的结论:传递函数分母不变,分子中串入零点,瞬态响应变快,超调量增加。

 

 

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CD_Power
LV.2
11
2010-12-14 09:10
@bode
呵呵~升官了阿,恭喜师长啊,师傅兼兄长。继续讨论本贴要讨论的问题啊。先来看,在一个传递函数的分子中,加入一个零点,而分母不变,会有什么影响呢?以欠阻尼二阶系统G=4/(s^2+2*s+4)(阻尼比=0.5)为例,与另一个系统G=4(s+1)/(s^2+2*s+4)的单位阶跃响应比较。[图片] 绿色是加入零点的,蓝色是没有零点的。从这个例子,我们可以得到一个很简单的结论:传递函数分母不变,分子中串入零点,瞬态响应变快,超调量增加。  
找个板凳坐下学习来了
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gaohq
LV.8
12
2010-12-14 13:17
@bode
呵呵~升官了阿,恭喜师长啊,师傅兼兄长。继续讨论本贴要讨论的问题啊。先来看,在一个传递函数的分子中,加入一个零点,而分母不变,会有什么影响呢?以欠阻尼二阶系统G=4/(s^2+2*s+4)(阻尼比=0.5)为例,与另一个系统G=4(s+1)/(s^2+2*s+4)的单位阶跃响应比较。[图片] 绿色是加入零点的,蓝色是没有零点的。从这个例子,我们可以得到一个很简单的结论:传递函数分母不变,分子中串入零点,瞬态响应变快,超调量增加。  
期待继续
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光店
LV.4
13
2010-12-14 13:21

初学开关电源,期待有通俗易懂的讲解。

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MYLAPLACE
LV.5
14
2010-12-14 15:47
@bode
呵呵~升官了阿,恭喜师长啊,师傅兼兄长。继续讨论本贴要讨论的问题啊。先来看,在一个传递函数的分子中,加入一个零点,而分母不变,会有什么影响呢?以欠阻尼二阶系统G=4/(s^2+2*s+4)(阻尼比=0.5)为例,与另一个系统G=4(s+1)/(s^2+2*s+4)的单位阶跃响应比较。[图片] 绿色是加入零点的,蓝色是没有零点的。从这个例子,我们可以得到一个很简单的结论:传递函数分母不变,分子中串入零点,瞬态响应变快,超调量增加。  

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powercheng
LV.9
15
2010-12-14 15:50
@bode
旅长也来了啊~我开这个帖子,其实主要是想讨论下,零点在环路中起到什么作用,比方说对阻尼的影响,在时域上响应的影响。谈到零点,我们最先想到的是微分环节,事实上,单纯的微分环节是不存在的。对一个信号取微分,也就是相当取这个信号的变化率。一个脉冲信号,上升沿变化率近似于无穷大,而运放的输出能量是有限的。能产生零点的基本环节有比例微分环节PD,比例积分环节PI。现在不能上图,晚上传几张图,更能说明这一点,也请旅长多多指点。
PSPICE,SABER或者MATLAB仿一下就明了了
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bode
LV.9
16
2010-12-14 20:45
@bode
呵呵~升官了阿,恭喜师长啊,师傅兼兄长。继续讨论本贴要讨论的问题啊。先来看,在一个传递函数的分子中,加入一个零点,而分母不变,会有什么影响呢?以欠阻尼二阶系统G=4/(s^2+2*s+4)(阻尼比=0.5)为例,与另一个系统G=4(s+1)/(s^2+2*s+4)的单位阶跃响应比较。[图片] 绿色是加入零点的,蓝色是没有零点的。从这个例子,我们可以得到一个很简单的结论:传递函数分母不变,分子中串入零点,瞬态响应变快,超调量增加。  

举个例子,还是以传递函数G=4/(s^2+2*s+4)(阻尼比=0.5)作为控制对象,采用比例微分环节(1+0.5*s)去控制它。

而根据比例微分环节加入整个系统的位置不同,可以分为两种:一种是放在前向通道,一种是放在反馈通道。

下面以采用这两种校正方式后的单位阶跃响应,来看看它们有什么不同~

(1)、将校正环节串入系统的前向传递通道(绿色):sys=tf([4][120])sys2=tf([0.51][1])sys3=series(sys2sys)sys4=feedback(sys31)step(sys4)hold on

(2)、将校正环节作为系统的反馈通道(蓝色):sys=tf([4][120])sys2=tf([0.51][1])sys3=feedback(syssys2)step(sys3)(3)、原系统的单位反馈(红色):sys0=tf([4][124])step(sys0)

 

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bode
LV.9
17
2010-12-14 20:46
@bode
举个例子,还是以传递函数G=4/(s^2+2*s+4)(阻尼比=0.5)作为控制对象,采用比例微分环节(1+0.5*s)去控制它。而根据比例微分环节加入整个系统的位置不同,可以分为两种:一种是放在前向通道,一种是放在反馈通道。下面以采用这两种校正方式后的单位阶跃响应,来看看它们有什么不同~(1)、将校正环节串入系统的前向传递通道(绿色):sys=tf([4],[1,2,0]);sys2=tf([0.5,1],[1]);sys3=series(sys2,sys),sys4=feedback(sys3,1);step(sys4);holdon;(2)、将校正环节作为系统的反馈通道(蓝色):sys=tf([4],[1,2,0]);sys2=tf([0.5,1],[1]);sys3=feedback(sys,sys2);step(sys3);(3)、原系统的单位反馈(红色):sys0=tf([4],[1,2,4]);step(sys0);[图片] 
从上面的小例子,我们可以得出一个很实用的结论:校正环节加入系统前向传递通道形成闭环,会在闭环传递函数中形成一个零点并增大阻尼比,故时域响应能够同时降低超调和提高瞬态响应。校正环节作为反馈通道,在闭环传递函数中没有形成零点,但增大了阻尼比,故时域响应能够明显降低超调,但对瞬态响应提高不明显。
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bode
LV.9
18
2010-12-14 21:01
@bode
举个例子,还是以传递函数G=4/(s^2+2*s+4)(阻尼比=0.5)作为控制对象,采用比例微分环节(1+0.5*s)去控制它。而根据比例微分环节加入整个系统的位置不同,可以分为两种:一种是放在前向通道,一种是放在反馈通道。下面以采用这两种校正方式后的单位阶跃响应,来看看它们有什么不同~(1)、将校正环节串入系统的前向传递通道(绿色):sys=tf([4],[1,2,0]);sys2=tf([0.5,1],[1]);sys3=series(sys2,sys),sys4=feedback(sys3,1);step(sys4);holdon;(2)、将校正环节作为系统的反馈通道(蓝色):sys=tf([4],[1,2,0]);sys2=tf([0.5,1],[1]);sys3=feedback(sys,sys2);step(sys3);(3)、原系统的单位反馈(红色):sys0=tf([4],[1,2,4]);step(sys0);[图片] 

将上述三个系统的博德图放在同一张图上:

 

从这三个bode图可以看出:比例-微分环节提高瞬态响应,是以降低高频抗干扰能力为代价的,在输入信号伴有较强噪声的系统中应该尽量避免采用串联比例-微分环节。

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bode
LV.9
19
2010-12-14 21:38
@bode
将上述三个系统的博德图放在同一张图上:[图片] 从这三个bode图可以看出:比例-微分环节提高瞬态响应,是以降低高频抗干扰能力为代价的,在输入信号伴有较强噪声的系统中应该尽量避免采用串联比例-微分环节。

上面是从频域和时域去分析这个比例微分环节的不同位置,对系统的影响不同。

理解这个问题,从数学上会更深刻一些。

等有时间我把数学推导传上来,其实也蛮简单的。

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bode
LV.9
20
2010-12-14 21:48
@powercheng
PSPICE,SABER或者MATLAB仿一下就明了了

在控制系统的仿真上,

pspice有传递函数的模型,不过太单一了阿,saber在这方面仿真也很强,只是没用过。

matlab在控制系统方面的仿真,当之无愧的首选阿~

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MYLAPLACE
LV.5
21
2010-12-14 23:11
@bode
举个例子,还是以传递函数G=4/(s^2+2*s+4)(阻尼比=0.5)作为控制对象,采用比例微分环节(1+0.5*s)去控制它。而根据比例微分环节加入整个系统的位置不同,可以分为两种:一种是放在前向通道,一种是放在反馈通道。下面以采用这两种校正方式后的单位阶跃响应,来看看它们有什么不同~(1)、将校正环节串入系统的前向传递通道(绿色):sys=tf([4],[1,2,0]);sys2=tf([0.5,1],[1]);sys3=series(sys2,sys),sys4=feedback(sys3,1);step(sys4);holdon;(2)、将校正环节作为系统的反馈通道(蓝色):sys=tf([4],[1,2,0]);sys2=tf([0.5,1],[1]);sys3=feedback(sys,sys2);step(sys3);(3)、原系统的单位反馈(红色):sys0=tf([4],[1,2,4]);step(sys0);[图片] 

你这个语法,看不明白。

能否还原成 常规的数学传递函数表达呢?

你是从G=4/(s^2+2*s+4) 得到:开环传递函数G‘=4/(s^2+2*s)

两个疑问:

1。前向通道:是 比例微分环节(1+0.5*s) 乘以G’=(s^2+2*s),然后单位反馈?

2。反馈通道:将比例微分环节(1+0.5*s)放在反馈支路上和 G‘=(s^2+2*s)形成闭环?

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高等数学
LV.10
22
2010-12-14 23:22
@bode
在控制系统的仿真上,pspice有传递函数的模型,不过太单一了阿,saber在这方面仿真也很强,只是没用过。matlab在控制系统方面的仿真,当之无愧的首选阿~
什么时候bode兄开个帖,以一个实例来讲讲MATLAB在控制系统下的仿真吧,我想这个大家会很期待的。
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bode
LV.9
23
2010-12-15 09:17
@高等数学
什么时候bode兄开个帖,以一个实例来讲讲MATLAB在控制系统下的仿真吧,我想这个大家会很期待的。[图片]

matlab有个控制工具箱,命令大概有100个左右吧。

多看看matlab这方面的书,就可以了啊,和控制理论相辅相成的学习,才能掌握的比较深刻点。

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bode
LV.9
24
2010-12-15 09:18
@MYLAPLACE
你这个语法,看不明白。能否还原成常规的数学传递函数表达呢?你是从G=4/(s^2+2*s+4)得到:开环传递函数G‘=4/(s^2+2*s)两个疑问:1。前向通道:是比例微分环节(1+0.5*s)乘以G’=(s^2+2*s),然后单位反馈?2。反馈通道:将比例微分环节(1+0.5*s)放在反馈支路上和G‘=(s^2+2*s)形成闭环?

是的,你说的很正确。

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powercheng
LV.9
25
2010-12-15 09:59
@bode
在控制系统的仿真上,pspice有传递函数的模型,不过太单一了阿,saber在这方面仿真也很强,只是没用过。matlab在控制系统方面的仿真,当之无愧的首选阿~
俺们现在用ANSOFT
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bode
LV.9
26
2010-12-15 10:04
@powercheng
俺们现在用ANSOFT

ansoft可以用来做控制系统的仿真?

我听说过这个软件,但没有安装过,更不会用。

只听说它在电磁场、微波方面的功能比较强大~

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powercheng
LV.9
27
2010-12-15 10:09
@bode
ansoft可以用来做控制系统的仿真?我听说过这个软件,但没有安装过,更不会用。只听说它在电磁场、微波方面的功能比较强大~
你说的很对。
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bode
LV.9
28
2010-12-15 10:13
@powercheng
你说的很对。

呵呵~

可以做电磁兼容方面的仿真吗?

我还听说过一个软件,叫ADS,也是这方面的,功能也很强大~

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MYLAPLACE
LV.5
29
2010-12-15 10:14
@bode
上面是从频域和时域去分析这个比例微分环节的不同位置,对系统的影响不同。理解这个问题,从数学上会更深刻一些。等有时间我把数学推导传上来,其实也蛮简单的。

请兄台快点哟,望穿秋水了~

数学表达,最能看清问题了~

 

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powercheng
LV.9
30
2010-12-15 10:49
@bode
呵呵~可以做电磁兼容方面的仿真吗?我还听说过一个软件,叫ADS,也是这方面的,功能也很强大~
你说的很对。这个很贵。最后还是到实验室测试比较靠谱一些。
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2010-12-16 23:36
反馈这方面很难哦,理论都看不啥懂的,现在只能靠实际调试
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