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Límite práctico de ancho de banda WRT de los sistemas de control de retroalimentación

En un digital sistema de control de retroalimentación, estoy interesado en el límite práctico de lo que la corrección de ancho de banda.

Por ejemplo, dado un sistema muy sencillo:

  • El sensor muestra una radiografía simple error de posición de la señal a 100Hz (como una cámara)
  • Un actuador tiene un ancho de banda de 100 khz para corregir los errores en la posición (en la práctica, asumir que el sistema puede responder instantáneamente a mandado acciones)
  • La entrada es sinusoidal, con la no despreciable de las características de ruido
  • La entrada es lineal, estable, y de fase mínima.
  • El controlador es puramente digital, como es la detección de los equipos.

No tener la intuición acerca de los límites de control de retroalimentación de los sistemas, quiero suponer que un controlador sería capaz de corregir una entrada de movimiento de un orden de magnitud menor que la frecuencia de muestreo con ningún problema. Así que un 10 hz pecado de la onda sería muestreados 10x, y el sistema puede responder adecuadamente a atenuar la señal de entrada. Es de 1 década de separación de muestreo y la perturbación de la frecuencia suficiente para corregir? O en general ¿necesita más como de 5 décadas de separación?

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akellyirl Puntos 3609

Desgraciadamente, la respuesta no es tan sencillo como que te pueden gustar.

Vamos a definir a Lazo Abierto de ancho de Banda como la frecuencia a la cual la ganancia de bucle es de 1 (definición estándar). Por encima de esta frecuencia el bucle no se puede responder de manera efectiva a los comandos o retroalimentación.

En un sistema ideal de Frecuencia de Muestreo en comparación a ciclo Abierto de ancho de banda, realmente no importa tanto tiempo como el criterio de Nyquist es satisfecho, pero en cualquier sistema real demora generalmente se asocia con la frecuencia de muestreo de reloj (por ejemplo, controlador digital de tiempo de cálculo), entonces la relación entre la Tasa de Muestreo de Lazo Abierto y de ancho de banda realmente importa. Como una guía de la frecuencia de corte debe ser menor que el recíproco del tiempo de retardo en el bucle : Wc < 1/Td .

Hay varios factores que intervienen en el bucle de retardo: Tiempo para medir el valor percibido, el Tiempo para calcular la respuesta, el tiempo para Activar la respuesta.

El tiempo para activar la respuesta puede ser engañosa. No es sólo la respuesta de los actuadores. Es también la demora en la conversión de tiempo Discreto a Continuo de tiempo (por ejemplo, un DAC). El retraso aquí es debida a la Orden Cero-Sostenga el efecto de la conversión. Todos Lineal de Tiempo Discreto sistemas de control tienen este retraso. El retraso = T/2, donde T es el período de la muestra. Así que, asumiendo (como se indica) de los retrasos en el bucle son insignificantes, y luego sólo debemos tener en cuenta para la ZOH de retardo (T/2) y por lo tanto el máximo alcanzable es el ancho de banda Wc < 2fs (donde fs es la frecuencia de muestreo), que le otorga el máximo alcanzable de ancho de banda en Hertz como fc < fs/pi .

Mantener el lazo abierto ancho de banda menor que 1/10 de frecuencia de muestreo es una buena idea para un controlador en tiempo discreto, el control de un tiempo continuo de la planta. Eso es porque usted puede reducir el efecto de la frecuencia en la deformación en el modelo de conversiones de continuo a discreto.

Sin embargo, a pesar de todo eso, la mayoría de los aspectos importantes que no están cubiertos por ninguna de la discusión anterior. Usted realmente necesita saber lo que usted está controlando, ya que varios factores pueden influir en el ancho de banda del controlador así como el tipo y estructura. Es un estable sistema de lazo abierto? Si no, entonces este lazo abierto ancho de banda debe ser significativamente mayor que la frecuencia de la inestable modo. Es lineal? Si no, entonces un controlador lineal puede ser inadecuado. Usted puede necesitar algo así como la Retracción de Horizonte de Control (que no tiene un ancho de banda como tal). Es de fase mínima? Si no es el de lazo abierto de ancho de banda se requiere generalmente para ser menos de la RHP cero frecuencias.

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