信号处理与控制系统工程的关系?

信息处理 控制系统 控制
2022-01-03 06:16:17

控制系统工程和数字信号处理都是电气工程的重要课程/学科,但这两个学科/课程是如何相互关联的呢?

另外请告诉我,关于控制系统工程的推荐资源(书籍、教程、讲座等)有哪些,以及如何在技术层面开始使用它?

正如我们在下面的链接中有答案,但该答案是关于 dsp 资源的,我正在寻找有关控制系统工程 示例答案的参考请求的资源

4个回答

有很多重叠,但重点有所不同。控制工程也比 DSP 更老。如果您接受过传统的 EE 教育,那么您并没有真正的区别。

状态变量是控件中更典型的视角。1975 年 Oppenheim 和 Schafer 的第一版有一个关于状态变量的章节,但多年来他们放弃了。您需要了解状态变量才能进行卡尔曼滤波,这是一个重叠区域。线性估计和线性控制是互为对偶的。

我还要说混合连续/离散时间系统在控件中更常见,但 DSP 也有很多示例。

DSP 几乎总是在均匀采样上完成。状态变量也可以与非均匀采样一起使用。

我从来没有听说过反因果控制系统,但在 DSP 中及时向前向后过滤是很常见的。控制本质上是因果关系。单面拉普拉斯变换在控件中更为常见。

反馈回路的稳定性在这两个领域都很重要。高级控制系统课程将涵盖李雅波诺夫稳定性等主题。您通常不会在 DSP 中看到这一点,但有使用该技术的 DSP 论文。

控制理论出现在机械工程中。DSP出现在金融领域。机器人技术中有很多两者都使用计算机视觉。

在 RADAR 中,波形和滤波在前端更像是 DSP,但在后端的跟踪系统更像是 Controls。

如果我不得不用一个词来描述每一个。

控制:反馈

信号处理:传感

或者也许使用一个短语

控制:现时

DSP:凹槽内

我完成了信号处理博士学位。在控制系统部门我的看法是信号处理是开环的。控制系统闭环。

除此之外,两者背后的数学非常相似。这是通常非常不同的应用程序。

两者都借鉴了线性系统理论(又名“信号和系统”)。通信系统线性电路电子电路分布式网络(又名传输线)也是如此

两者都担心系统稳定性。极点必须在单位圆内。DSP 实际上比控制或通信更广泛。

控制系统通常对时域行为更感兴趣;脉冲响应和阶跃响应。Routh-Hurwitz 准则(或其离散时间对应项)和根轨迹技术是控制人员担心的事情。我从来没有真正担心过它。

过去状态变量系统属于控制范围,但自从卡尔曼滤波器以来,我看到状态变量表示(带有A、B、C、D矩阵)在 DSP 中出现的频率更高。

Controls 之外的许多 DSP 问题不太关心时域行为,而更关心频域行为。

图像处理与 DSP 的关系比与控件的关系更密切。

我不知道控制人员是否担心 FFT 等。

所有这些学科都有一个实际的目标,即电子学。担心 DSP 或 CPU 芯片如何连接到 A/D 和 D/A 转换器以及内存和其他外围设备。我不知道控制人员有多少担心量化误差,但他们应该担心。

有一个相当简单的区别。

信号处理是一组可用于控制工程的工具。

控制工程就是让某物按照您希望的方式移动。一些信号处理工具将对此有所帮助(有些则不会;如果没有 TARDIS,后向滤波不会实时发生)。

信号处理主要与频率响应(增益)有关,因为这是影响您听到的大部分内容的因素。相位和群延迟是问题,但通常不是主要问题。

但是,在控制工程中,您通常希望某物移动到某个位置然后不移动。这样做有一个基本原则——如果你看不到它,你就无法纠正它如果您的位置测量以严重延迟测量的方式被过滤,则控制回路不知道它在哪里(或没有足够快地获得该信息),因此无法适当移动。或者更糟糕的是,如果它获取信息太晚,它甚至可能会试图朝着错误的方向前进。

因此,控制工程倾向于使用像 Butterworth 这样的滤波器,它可能无法很好地进行滤波,但对信号有更良性的影响。或者它甚至可能根本不使用滤波器,因为如果您的控制回路较慢或系统惯性很大,则信号上的噪声可能不会影响系统的运动。

我所知道的最好的教科书是绪方的现代控制工程我可以彻底推荐。它只是缺少状态空间控制,但对于大多数控制工作,您很少需要它。