控制系统和卷积

信息处理 卷积 z变换 控制系统 拉普拉斯变换
2022-02-14 15:11:46

我想我不太了解卷积的概念。

假设我们在 S 域中获得了一个系统脉冲响应,并且我们已经实现了一个控制器,它将调整系统对某种输入的响应。现在,当我们实现这个控制器时,比如说使用运算放大器。我们需要做的就是得到的微分方程并开始使用正确的元件值来实现它。它是否正确?Gc(s)Gc(s)

如果是这样,假设我们正在尝试在计算机上实现这个控制器,我们的输入、输出不再是连续信号。我们在 Z 域中的控制器由表示。现在在计算机中实现该控制器的下一步是获取差分方程并在软件中实现它。它是否正确?Gc(z)

如果是这样,在软件上实现控制器差分方程和在软件上实现卷积算法有什么区别?

例如,如果我们以g[n]代表控制器单元脉冲响应的样本数组的形式给出,并且我们的输入存储在x[n]一个简单的 for 循环中,则可能会为我们执行此算法。据我所知

for i in len(x):      #loop through the input elements
 for j in len(g):     #loop through the controller unit impulse response elements
  y[i+j] += x[i]*g[j]  #Store the conv. result in the output array y

这只是告诉软件将脉冲响应中的每个点缩放 x[n],然后将响应移动 n,然后将它们全部加起来。

我可能在这里遗漏了一些东西!

1个回答

这是一个过于宽泛的问题,包括连续时间系统、离散时间系统、控制系统、卷积运算、差分运算和微分运算。

但是,您的主要关注点是卷积。因此,我将简单地说,卷积运算定义并计算线性时不变系统的输出到系统脉冲响应的给定输入。这是通过连续时间系统的卷积积分和离散时间系统的卷积和来执行的。因此卷积构成了信号处理的核心。正如积分或微分构成微积分的核心一样。

控制理论是广泛的信号处理、反馈理论、线性代数、微积分、矩阵理论、变换理论和概率论的应用。因此,它自然会在其许多公式中使用卷积。尽管如此,卷积只不过是控制领域观点的工具。

物理过程需要一个模拟(连续时间)系统来控制它。但是现代技术可以使用数字计算机(采样数据系统)来代替。结果,连续时间系统的积分和微分被模拟系统的数字软件实现中的和和差所取代。而数字和连续时间系统之间的联系可以通过采样定理或其他一些映射关系来定义。