İngilizce Polonyalılar ve Sıfırlar


38

Birisi, Polonyalıların ve Sıfırların bir güç kaynağı kompansatörünü veya bu konuda herhangi bir kontrol sistemini açıklamalarına açıklayabilir veya iyi bir referans verebilir. Gerçekten matematiksel bir açıklama aramıyorum, bu oldukça açık gibi görünüyor, ancak pratik anlamda ne anlama geldiklerini.

Örneğin, kağıtlar veya uygulama notlarında "tip III hata amplifikatör konfigürasyonunun üç kutuplu (biri orijinalinde bir tane) ve iki sıfır" veya "kapasitör C1 eklenmesi sisteme ek bir sıfır getiriyor" gibi bir şeyden bahsetmek yaygın gibi görünüyor Sanırım daha fazla açıklama yapmadan ondan bir şey almalıyım. Gerçekte, ben "uhhh, öyleyse ne?"

Öyleyse, bunun gibi bir şey pratik bir anlamda ne demektir. Kutuplar istikrarsızlık noktaları mı? Sıfırların ve kutupların sayısı stabilite mi yoksa eksikliği mi var? Bu konuda, (Sıfırlar ve Polonyalılara atıfta bulunan uygulama notlarına gelince, kalabalığa katılmama izin verecek (matematik türü uğruna sert olmayan bir matematik değil) daha pratik bir kullanım sağlayacak olan, anlaşılır bir şekilde yazılmış bir referans var mı? ?


2
Buna etkileyen ve bir şaka punchline - Hepinize kontrol sisteminin istikrarı için gerekli bir şart olmaktan sol yarım düzlemde olmak direkleri hatırlar gibiyim
vicatcu

1
@ vicatcu, evet. Ve bu harika bir şaka.
Kortuk

İngilizce onları kelimelerle açıklamak için yeterli değil.
hkBattousai 13:14

Yanıtlar:


14
  1. L(s)

  2. L(s)

  3. jω0

  4. Bode grafiklerini kutuplardan ve sıfırlardan çizmek oldukça kolaydır, bu nedenle kontrol sistemlerini belirlemek için tercih edilen yöntemdir. Ayrıca eğer çıkış yükünü göz ardı ederseniz (çeşitli aşamaları op amper ile ayırdığınız için), tüm normal devre hesaplamalarını yapmadan sadece fonksiyonları çoğaltabilirsiniz. Polinom oranlarının çarpımı, yalnızca kutup ve sıfır listelerini birleştirebileceğiniz anlamına gelir.

Öyleyse sorunuza geri dönün:

  1. Giriş ve bu kılavuzda Bode grafiklerini kutup ve sıfır listesinden nasıl çizeceğiniz hakkında bir referans için Wikipedia sayfasını inceleyin .

  2. sjωVoutVin

  3. Açık döngü transfer fonksiyonundan (döngüyü makasla kestiğinizi ve buraya bir tür frekans yanıt ölçer koyduğunuzu düşünün) Bode grafikleri çizin ve kararlılığı doğrulayın. Görüşleriniz, Op Amp ve Tazminat uygulama notu kısa ve yoğundur ama bu bölümü için gereken tüm teorisi var. En azından içinden kaymayı deneyin.


Birisine wikipedia'ları kontrol etmesini söylediğinizde, bunun için bir link yerleştirebilirsiniz. Gelecekteki kullanıcılar bu bağlantıyı google ile bulduklarında, isteyebilecekleri tüm bağlantıları tek bir yerde bulabilirler.
Kortuk

Bu gerçekten doğru değil. Kutuplar ve sıfırlar, bazı sistemlerin dinamikleri için bir vekil . Laplace dönüşümü yapmamızın nedeni diferansiyel denklemlerle daha kolay başa çıkabilmektir. Kutuplar ve sıfırlar, dinamikleri yöneten diferansiyel denklemlerin kararlılığını analiz etmek için kullanılabilir. Orada gerçekten hepsi bu.
daaxix

29

Kısacası, kutup ve sıfırlar bir geri besleme sisteminin kararlılığını analiz etmenin bir yoludur.

Çok fazla matematik ağırlığına kavuşmayacağım ama en azından biraz matematik olmadan nasıl açıklayacağımdan emin değilim.

İşte bir geribildirim sisteminin temel yapısı:

Temel geri bildirim sistemi

Bu formda geri besleme yolunda kazanç ya da telafi yoktur, tamamen ileri yola yerleştirilir, ancak daha genel sistemlerin geri besleme kısmı bu şekilde görünecek şekilde dönüştürülebilir ve aynı şekilde analiz edilebilir.

L(s)L(s)=1sL(s)=0

L(0)

Polonyalılar ve Sıfırlar

L(s)AeiθθL(s)

L(s)L(s)

L(s)L(s)

L(s)=106s

L(s)L(s)

Bu yardımcı olur umarım. Genel olarak, veri sayfaları ve uygulama notlarının, tazminat bileşenleri için değerler önermesini beklerdim, böylece kullanıcının özel gereksinimler olmadıkça stabiliteyi analiz etmesi gerekmez. Kullanmakta zorlandığınızı ve veri sayfasını bağladığınızı düşünüyorsanız, bir şeyler önerebilirim.


+10 rep seni yolda almak için. Çok bilgilendirici bir yazı.
Thomas O

Kabul edilen soruya eklediğim gibi, kutupların ve sıfırların kullanılmasının birincil nedeni, diferansiyel denklemlerin kararlılığının Laplace alanındaki kutuplar ve sıfırlar tarafından analiz edilebilmesidir.
daaxix

11

Kutup, bir filtrenin rezonansa girdiği ve en azından matematiksel olarak sonsuz kazancı olacak bir frekanstır. Sıfır, bir frekansı - sıfır kazancını engellediği yerdir.

Ses amplifikatörlerini bağlamak gibi basit bir DC blokaj kapasitörünün başlangıç ​​noktasında sıfırı vardır - 0Hz sinyallerini, yani sabit voltajı bloke eder.

Genellikle karmaşık frekanslarla uğraşıyoruz. Fourier'in yaptığı gibi sadece sinüs / kosinüs dalgalarının toplamı olan sinyalleri değil; katlanarak büyüyen ya da çürüyen sines / cosines hakkında teorimiz var. Bu tür sinyalleri temsil eden kutuplar ve sıfırlar, karmaşık düzlemde herhangi bir yerde olabilir.

Bir kutup, normal sabit sinüs dalgalarını temsil eden gerçek eksene yakınsa, bu, yüksek kaliteli bir LC devresi gibi, keskin bir şekilde ayarlanmış şerit geçiş filtresini temsil eder. Uzaksa, 'Q' değeri düşük, yumuşak, yumuşak bir bant geçiş filtresidir. Aynı tür sezgisel akıl yürütme, sıfırlar için de geçerlidir - yanıt spektrumunda daha keskin çentikler, sıfırların gerçek eksene yakın olduğu yerlerde meydana gelir.

Bir filtrenin cevabını tanımlayan transfer fonksiyonu L (ler) eşit sayıda kutup ve sıfır içermelidir. Bu, karmaşık analizde geçerli olan temel bir gerçektir, çünkü basit cebir, türevler ve integraller tarafından tanımlanan doğrusal parçalanmış bileşenlerle uğraşıyoruz ve sinüsleri / kosinileri karmaşık üssel fonksiyonlar olarak tanımlayabiliriz. Bu tür bir matematik her yerde analitiktir. Bununla birlikte, sonsuzlukta kutup veya sıfırdan bahsetmemek yaygındır.

Her ikisi de, gerçek eksende değilse, çiftler halinde görünecektir - karmaşık bir frekansta ve karmaşık konjugatta. Bu, gerçek sinyallerin gerçek sinyal çıkışıyla sonuçlandığı gerçeğiyle ilgilidir. Karmaşık sayı voltajlarını ölçmeyiz. (Mikrodalga dünyasında işler daha da ilginçleşiyor.)

Eğer L (ler) = 1 / s ise, başlangıçta bir kutup ve sonsuzda bir sıfırdır. Bir entegratörün işlevi budur. Sabit bir voltaj uygulayın ve kazanım sonsuzdur - çıkış sınırsız bir şekilde tırmanır (besleme voltajına ulaşana veya sirkülasyon sigara içene kadar). Diğer taraftan, bir entegratöre çok yüksek bir frekans koymak herhangi bir etkiye sahip değildir; zamanla sıfıra ortalaması çıkar.

"Sağ yarı düzlemdeki" direkler, bir sinyalin üssel olarak büyümesini sağlayan bazı frekanslarda rezonansı temsil eder. Böylece, sol yarım düzlemde kutupları istiyorsunuz, yani filtreye herhangi bir rastgele sinyal verildiğinde, sonuçta sıfıra düşecektir. Bu normal bir filtre için. Tabii ki, osilatörler salınmalı. Doğrusal olmayanlıklardan dolayı sürekli bir sinyal sağlarlar - transistörler çıkış için Vcc'den daha fazla veya 0 volttan daha az koyamaz.

Bir frekans yanıtı grafiğine baktığınızda, her şişliğin bir direğe karşılık geldiğini ve her sıfıra bir sıfıra denk geldiğini tahmin edebilirsiniz, ancak bu kesinlikle doğru değildir. ve gerçek eksenden uzakta bulunan kutup ve sıfırların, bu şekilde görünmeyen etkileri vardır. Birisi birkaç kutup ve sıfırın herhangi bir yerine taşınmasına izin veren bir Flash veya java web uygulamasını icat edip cevabı çizmeniz iyi olurdu.

Tüm bunlar basitleştirilmiştir, ancak kutupların ve sıfırların ne anlama geldiği hakkında biraz sezgisel bir fikir vermelidir.


Sol taraftaki direk ne demektir? Gerçek hayatta herhangi bir önemi var mı
dushyanth

3

Bunu daha önce yayınlanan ince açıklamalardan daha basit terimlere indirmeyi deneyeyim.

Gerçekleşmesi gereken ilk şey, kontrol sistemi tipleri için kutup ve sıfırların Laplace alanında olduğumuzu ima etmesidir. Laplace dönüşümü diferansiyel ve integral denklemlerin cebirsel bir şekilde ele alınmasını sağlamak için yaratıldı. Laplace denklemindeki 'ler', '' türevi '' ve '' 1 / s '' '' integral al '' anlamına gelir. Ancak (1 + s) aktarım işlevine ve ardından (3 - 5 / s) Aktarım İşlevi (TF) özelliğine sahip bir blok varsa, toplam aktarım işlevini basitçe (1 + s) ile çarparak elde edebilirsiniz. ) (3 - 5 / s) ile elde edin (3s - 5 / s - 2), normal alanda kalmanız ve integral ve türevler ile çalışmak zorunda kalmanızdan çok daha kolay.

Bu nedenle, -> kutup, genel aktarım işlevinin, değerinin sonsuz olduğu bir 's' anlamına geldiği anlamına gelir. (Tahmin edebileceğiniz gibi, bu genellikle çok kötü bir şeydir.) Sıfır, tam tersi anlamına gelir: 's' değeri, genel TF = 0 ile sonuçlanır. İşte bir örnek:

Bir TF (s + 3) / (s + 8). Bu TF'nin s = -3'te bir sıfır ve s = -8'de bir kutup vardır.

Kutuplar gerekli bir kötülüktür: Örneğin gerçek bir sistemin çıktısını bir girdiyi izlemek gibi yararlı bir şey yapmak için kesinlikle kutuplara ihtiyacınız vardır. Genellikle sistemi birden fazla kişiyle tasarlamanız gerekir. Ancak, tasarımınızı izlemezseniz, bu kutuplardan biri veya daha fazlası "pozitif bir gerçek bileşenle eşittir" (yani uçağın sağ yarısı). Bu dengesiz bir sistem demektir. Kasıtlı olarak bir osilatör inşa etmediğiniz sürece, bu genellikle çok kötüdür.

Açık döngü sistemlerinin çoğu, kolayca tanımlanabilen ve çok iyi davranılan kutup ve sıfırlara sahiptir. Ancak, kasten (veya kasıtsız olarak, yapılması son derece kolay olan) çıktının bir parçasını alıp sistemin daha önceki bir kısmına geri beslediğinizde, kapalı bir döngü geri bildirim sistemi oluşturmuş olursunuz. Kapalı döngü kutupları ve sıfırları, açık döngü kutupları ve sıfırlarıyla ilişkilidir, ancak geçici gözlemciye sezgisel olarak bakmazlar. Tasarımcıların sık sık sorun yaşadığı yer olduğunu söylemek yeterlidir. Bu kapalı halka direklerinin, laplace düzleminin sol tarafında kalması gerekir. Bunu yapmak için en yaygın kullanılan iki teknik, kapalı döngü yolu boyunca toplam kazancı kontrol etmek ve / veya sıfır eklemek (açık döngü sıfırları açık döngü kutuplarını sever ve genellikle kapalı döngü kutuplarının çok farklı davranmasını sağlar).


3

Yukarıdaki yüksek puanlı cevaba kısa bir yorum: "Kısacası, kutuplar ve sıfırlar bir geri besleme sisteminin kararlılığını analiz etmenin bir yoludur."

İfade doğru olsa da, sistemin bu kavramların yararlı olması için geri bildirimde bulunması gerekmez. Kutuplar ve sıfırlar, filtreler, yükselticiler ve her tür dinamik sistem gibi düz bir yanıt dışında, frekans yanıtlı gerçek sistemlerin çoğunun anlaşılmasında yararlıdır.

Biraz matematik eklemek zorundayız (buna mecburuz, matematiksel bir kavram), bir sistemin sıklık tepkisini şöyle ifade edebilirsiniz:

H (f) = B (f) / A (f)

ve B (f) ve A (f), sıklıkta karmaşık polinomlar olarak ifade edilebilir.

Basit bir örnek: Bir RC düşük geçiş filtresi düşünün (gerilim girişi -> seri R -> şönt C -> gerilim çıkışı).

Kazanç (transfer fonksiyonu) frekans alanında şu şekilde ifade edilebilir:

Vout (f) / Vin (f) = H (f) = 1 / (1 + j * 2 * pi * f * R * C),

buradaki j (veya i), -1'in kareköküdür.

Fp = 1 / (2 pi RC) frekansında bir kutup var. Bu karmaşık denklemin büyüklüğünü çizerseniz, DC'deki kazancın 1 (0dB) olduğunu, kazancın f = fp = 1 / (2 * pi * RC) değerinde -3dB'ye düştüğünü ve kazancınızın arttığını görürsünüz. kutuptan sonra frekansta on yılda -20dB (10x artış) düşmeye devam ediyor.

Yani direği, kazanım tepkisine karşı frekansta bir kırılma noktası olarak düşünebilirsiniz. Bu basit örnek, w = 1 / (RC) veya f = 1 / (2 pi RC) değerinde "köşe frekansı" olan bir alçak geçirgen filtredir.

Matematiksel olarak, kutup direğin köküdür. Benzer şekilde sıfır, payın köküdür ve sıfırın üzerindeki frekanslarda kazanç artar. Faz aynı zamanda etkilenir ... ama belki de matematiksel olmayan bir konu için fazlasıyla yeterli.

"Sıra", kutup sayısıdır ve "tür", f = 0'daki kutup sayısıdır (saf birleştiriciler).

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.