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傳遞函數
創建傳遞函數有兩種方式:
import control as ctrl
# 方式 1
s = ctrl.tf('s')
sys = 100 / (s ** 2 + 10 * s + 100)
# 方式 2
sys = ctrl.tf([100], [1, 10, 100])
對 tf 這個類,它內置的方法可求解 零點、極點、特征參數、特征根
# 求零點
sys.zero()
# 求極點
sys.pole()
# 特征參數、特征根
sys.damp()
輸入響應
# 階躍動態指標
step_info(sys)
# 階躍響應
t, response = step_response(sys, T)
# 脈沖響應
t, response = impulse_response(sys, T)
t, response = initial_response(sys, T)
t, response = forced_response(sys, T)
T 是響應的時間,可以是 float (即時間上限),也可以是數組
階躍動態指標是 dict 類型,包括:'RiseTime', 'SettlingTime', 'SettlingMin', 'SettlingMax', 'Overshoot', 'Undershoot', 'Peak', 'PeakTime', 'SteadyStateValue'
系統繪圖
# Nyquist圖, 可傳入列表
nyquist_plot(sys)
# Bode圖, 可傳入列表
bode_plot(sys)
# 根軌跡圖
root_locus(sys)
繪圖使用的是 matplotlib.pyplot,所以執行完函數后,要加上 plt.show() 才會顯示圖像
Laplace 逆變換
可能是我太弱找不到這個包的 Laplace 逆變換函數,也可能是這個包真的沒有這個函數
于是我利用 sympy 這個包求解:定義時域響應這個類,__call__ 使其可以計算時間數組 (np.array) 的響應
import sympy
class Time_Response:
''' 時域響應'''
s, t = sympy.symbols('s, t')
def __init__(self, fun, doprint=False):
''' fun: 返回關于s的傳遞函數的 function
doprint: 輸出公式'''
sys = fun(self.s)
self.f_t = sympy.integrals.inverse_laplace_transform(sys, s=self.s, t=self.t)
if doprint:
sympy.pprint(self.f_t)
def __call__(self, time):
''' 使自身可作為函數被調用'''
response = list(map(lambda i: float(self.f_t.subs({self.t: i})), time))
return np.array(response)
設置 doprint 為 True,則可以輸出時域響應的方程 —— 但是問題在于,自動控制原理里面的 Laplace 變換是默認 F(s) 各階導數的初始值均為 0 的,這個條件我沒有辦法加入到 sympy 的求解過程里,所以結果看起來就有些奇怪
import control as ctrl
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
# 自定義類所在的模塊
from mod.math_model import Time_Response
orange = 'orange'
blue = 'deepskyblue'
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Microsoft YaHei']
f_t = Time_Response(lambda s: 100 / (s ** 2 + 10 * s + 100) / s, doprint=True)
t = np.linspace(0, 1, 100)
plt.subplot(1, 2, 1)
plt.title('sympy 計算')
plt.plot(t, f_t(t), c=orange)
s = ctrl.tf('s')
sys = 100 / (s ** 2 + 10 * s + 100)
t, response = ctrl.step_response(sys, T=1)
plt.subplot(1, 2, 2)
plt.title('control 計算')
plt.plot(t, response, c=blue)
plt.show()
對比 sympy 和 control 求解的響應曲線:一毛一樣
原文鏈接:https://hebitzj.blog.csdn.net/article/details/124029533
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