Индексы пассивности

В этом примере показано, как вычислить различные меры пассивности для линейных независимых от времени систем.

Пассивные системы

Линейная система G (s) является пассивным элементом когда все траектории ввода-вывода (u(t),y(t)) удовлетворить

0TyT(t)u(t)dt>0,T>0

где yT(t) обозначает транспонирование y(t).

Чтобы измериться, "насколько пассивный" система, мы используем индексы пассивности.

  • Входной индекс пассивности задан как самое большое ν таким образом, что

0TyT(t)u(t)dt>ν0TuT(t)u(t)dt

Система G "вводится строго пассивная" (ISP) когда ν>0. ν также называется "вход пассивность прямого распространения" (IFP) индексируют, и соответствует минимальному действию прямого распространения, должен был сделать системный пассивный элемент.

  • Выходной индекс пассивности задан как самое большое ρ таким образом, что

0TyT(t)u(t)dt>ρ0TyT(t)y(t)dt

Система G "выводится строго пассивная" (OSP) когда ρ>0. ρ также называется "выходная пассивность обратной связи" (OFP) индексируют, и соответствует минимальному действию обратной связи, должен был сделать системный пассивный элемент.

  • Индекс пассивности ввода-вывода задан как самое большое τ таким образом, что

0TyT(t)u(t)dt>τ0T(uT(t)u(t)+yT(t)y(t))dt

Система "очень строго пассивна" (VSP) если τ>0.

Пример схемы

Рассмотрите следующий пример. Мы берем ток I как вход и напряжение V как выход. На основе тока Кирхгоффа и закона о напряжении, мы получаем передаточную функцию для G(s),

G(s)=V(s)I(s)=(Ls+R)(Rs+1C)Ls2+2Rs+1C.

Пусть R=2, L=1 и C=0.1.

R = 2; L = 1; C = 0.1; 
s = tf('s');
G = (L*s+R)*(R*s+1/C)/(L*s^2 + 2*R*s+1/C);

Используйте isPassive проверять ли G(s) пассивный элемент.

PF = isPassive(G)
PF = logical
   1

Начиная с PF = верный, G(s) пассивный элемент. Используйте getPassiveIndex вычислить индексы пассивности G(s).

% Input passivity index
nu = getPassiveIndex(G,'in')
nu = 2
% Output passivity index
rho = getPassiveIndex(G,'out')
rho = 0.2857
% I/O passivity index
tau = getPassiveIndex(G,'io')
tau = 0.2642

С тех пор τ>0, система G(s) очень строго пассивно.

Характеристика частотного диапазона

Линейная система является пассивным элементом, если и только если это "положительно действительный":

G(jω)+GH(jω)>0ωR.

Самое маленькое собственное значение левой стороны связано с входным индексом пассивности ν:

ν=12minωλmin(G(jω)+GH(jω))

где λmin обозначает самое маленькое собственное значение. Точно так же, когда G(s) минимальная фаза, выходным индексом пассивности дают:

ρ=12minωλmin(G-1(jω)+G-H(jω)).

Проверьте это для примера схемы. Постройте годограф Найквиста передаточной функции схемы.

nyquist(G)

Figure contains an axes object. The axes object contains an object of type line. This object represents G.

Целый годограф Найквиста находится в правой полуплоскости так G(s) положителен действительный. Крайняя левая точка на кривой Найквиста (x,y)=(2,0) таким образом, входной индекс пассивности ν=2, то же значение мы получили ранее. Точно так же крайняя левая точка на Найквисте изгибается для G-1(s) дает выходное значение индекса пассивности ρ=0.286.

Относительный индекс пассивности

Можно показать что "положительное действительное" условие

G(jω)+GH(jω)>0ωR

эквивалентно небольшому условию усиления

||(I-G(jω))(I+G(jω))-1||<1ωR.

Относительный индекс пассивности (R-индекс) является пиковым усилением по частоте (I-G)(I+G)-1 когда I+G минимальная фаза, и + в противном случае:

R=(I-G)(I+G)-1.

Во временном интервале R-индекс является самым маленьким r>0 таким образом, что

0T||y-u||2dt<r20T||y+u||2dt

Система G(s) пассивный элемент если и только если R<1, и меньшее R более пассивное, которое система. Используйте getPassiveIndex вычислить R-индекс для примера схемы.

R = getPassiveIndex(G)
R = 0.5556

Получившееся R значение указывает, что схема является очень пассивной системой.

Смотрите также

|

Похожие темы

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте