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傳遞函數矩陣 - 维基百科,自由的百科全书 とべ转到内容ないよう

つて遞函すうのりじん

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つて遞函すうのりじん(transfer function matrix)あるつて遞矩じん(transfer matrix)これひかえせい系統けいとう以及許多きょた工程こうてい領域りょういきてき名詞めいししょうSISO系統けいとうなかてき传递函数かんすう擴展いたMIMO系統けいとう[1]のり表示ひょうじ系統けいとう輸出ゆしゅつ輸入ゆにゅうあいだてき關係かんけいざいせんせい非時ひじへん系統けいとうちゅう格外かくがい有用ゆうようてき工具こうぐいんため其傳遞函すうのりじん以用S平面へいめんらい表示ひょうじ

ざいいち些只ゆかりどうもとけん組成そせいてき系統けいとうちゅう以清すわえてき區分くぶん哪些變數へんすう輸入ゆにゅう,哪些輸出ゆしゅつざい電子でんし系統けいとうちゅうてき作法さほうはた所有しょゆう電壓でんあつ變數へんすうぐみ合成ごうせいいちくみためでん遞函すうのりじんてき輸出ゆしゅつさいしょう電流でんりゅう變數へんすうぐみ合成ごうせい另外いちくみおこりらいため輸入ゆにゅう。這樣形成けいせいてきつて遞函すうのりじんちゅうまい元素げんそ阻抗。這種阻抗(及阻こうのりじんてき概念がいねん也用いた其他のう量的りょうてき學科がっかちゅう特別とくべつ力學りきがく及聲がく

許多きょたひかえせい系統けいとう包括ほうかつ不同ふどうてきのうりょう形式けいしき,其傳遞函すうのりじん也會ゆう不同ふどうてき單位たんい,一方面需要描述其中在各能量形式之間轉換的换能,另一方面也要描述整體的系統。わか系統けいとう中有ちゅうう適當てきとうのうりょう流動的りゅうどうてき模型もけい需要じゅよう選擇せんたく對應たいおうてき變數へんすう,以方便びん模型もけいてき建立こんりゅう

一般いっぱん[编辑]

ゆうm輸出ゆしゅつn輸入ゆにゅうてきMIMO系統けいとう以用m × nのりじんらい表示ひょうじ,其中てきごと一個元素都是由一個輸入轉換到一個輸出的傳遞函數。れい如針たいさん輸入ゆにゅう輸出ゆしゅつてき系統けいとう以寫なり

其中un輸入ゆにゅうym輸出ゆしゅつ,而gmnでん遞函すうわかうつしなりのりじん運算うんざんてき形式けいしき以寫なり

其中Y輸出ゆしゅつてきむこうりょうGでん遞函すうのりじん,而U輸入ゆにゅうこうりょう

ざい許多きょた應用おうようちゅうよう分析ぶんせきてき系統けいとう线性时不变(LTI)系統けいとう。此時,以將でん遞函すうのりじんひしげひろしひしげ斯变换連續れんぞく時間じかん系統けいとうてきれいあるZ轉換てんかん離散りさん時間じかん系統けいとうてきれいらい表示ひょうじよし此可以寫なり

其中變數へんすう及矩じんsらい表示ひょうじsよし於拉轉換てんかん所產しょさんせい,S平面へいめんてきふくへんしきりつ。此條ちゅうてきれい假設かせつ此情がたざい離散りさん時間じかん系統けいとうsかいZ轉換てんかんてきzところ代替だいたいただしざい分析ぶんせきぼつゆう影響えいきょうわかのりじんしんぶん有理ゆうりのりじん(proper rational matrix),也就ごといち元素げんそしんぶんでん遞函すうとき格外かくがい有用ゆうよう應用おうようじょう态空间てき概念がいねん[2]

ざい系統けいとう工程こうていちゅう系統けいとうでん遞函すうのりじんG (s)かいぶんため份:H (s)まてはかてき系統けいとうC(s)ひかえせいC (s)てき輸入ゆにゅうG (s)てき輸入ゆにゅうC (s)てき輸出ゆしゅつH (s)てき輸入ゆにゅうH (s)てき輸出ゆしゅつG (s)てき輸出ゆしゅつ[3]

電子でんし系統けいとう[编辑]

電子でんし系統けいとうちゅうてき輸入ゆにゅう變數へんすう輸出ゆしゅつ變數へんすう往往おうおう容易ようい區分くぶん可能かのうかいいん環境かんきょう及觀てん不同ふどうざい這種じょうがたひょうたちのうりょうりゅうしんある流出りゅうしゅつ系統けいとう位置いちてきえいPort (circuit theory)可能かのうかい輸入ゆにゅうある輸出ゆしゅつさら理想りそうつね常會じょうかいはりたいいち埠(p定義ていぎ變數へんすう:埠的電壓でんあつVp)及流すすむてき电流れい如,そう埠網定義ていぎ如下:

其中zmnこれ阻抗さんすうあるzさんすう。如此名稱めいしょうてき原因げんいんいんため其中ごといち元素げんそてき單位たんい阻抗,而且表示ひょうじ一個埠的電壓及另一埠電流之間的關係。zまいりすうひょうたちそう埠網唯一ゆいいつてき方式ほうしきゆうろくしゅ基本きほんてきのりじん表示ひょうじしきまい一種都有適用的特定網路拓樸[4]わか超過ちょうか二埠的多埠網路,ただゆう二種矩陣表示式可以適合,分別ふんべつ前面ぜんめんひっさげいたてきzさんすう,以及其倒すうしるべおさめさんすうあるyさんすう[5]

ぶんあつ電路でんろ

ためりょう說明せつめい埠電あつ電流でんりゅう。以及輸入ゆにゅう輸出ゆしゅつあいだてき關係かんけい考慮こうりょ以下いか簡單かんたんてきぶんあつ電路でんろわかただ要用ようよう輸入ゆにゅう電壓でんあつ(V1らい表示ひょうじ輸出ゆしゅつ電壓でんあつV2以寫なりしき

以視ため1×1つて遞函すうのりじんてき特例とくれいわか埠2ぼつゆう電流でんりゅう流出りゅうしゅつ,此表示ひょうじしき以正かくあずかはか埠2てき電壓でんあつただしわかまけ電流でんりゅう增加ぞうかあずかはかてき電壓でんあつ就會越來ごえくえつじゅんわか希望きぼうはんらい使用しよう這個電路でんろよう電壓でんあつ驅動くどう埠2,計算けいさん埠1てき電壓でんあつ,就算埠1完全かんぜんぼつゆうまけ電流でんりゅう結果けっか也不正確せいかく。其預はかてき結果けっかかい埠1てき輸出ゆしゅつ電壓でんあつ埠2てき輸入ゆにゅう電壓でんあつようだいざい這種じゅんでん阻電不可能ふかのうてきためりょうよう正確せいかくてきあずかはか電路でんろてき行為こうい,也需よう考慮こうりょしたがえ埠流てき電流でんりゅう,這也就是でん遞函すうのりじんてき目的もくてき[6],其阻こうのりじんため

以在かく輸入ゆにゅう輸出ゆしゅつ條件下じょうけんか完全かんぜん描述其行為こうい[7]

ざいほろなみしきりつ,很難使用しようよう電流でんりゅう及電あつ組成そせいてきつて遞矩じん電壓でんあつ很難直接ちょくせつりょうはか電流でんりゅう不可能ふかのう。而量はか技術ぎじゅつちゅう需要じゅようてきひらき及短也無ほう實現じつげんわかようなみ导管實現じつげん電路でんろてき電壓でんあつ及電りゅうぼつ有意義ゆういぎてきよし此傳遞函すうのりじんかいよう其他てき變數へんすうれい使用しよう傳送でんそう進入しんにゅうてきこうりつ以及反射はんしゃてきこうりつ,這個ようほろなみしきりつ分布ぶんぷもとけん电路てき传输线模がた技術ぎじゅつそくもとめ。這類さんすうちゅうさいこうため人知じんちてきさんすうえいscattering parameters,也稱ためsさんすう[8]

力學りきがく系統けいとう及其系統けいとう[编辑]

はしてきひかえせいしつようてきぐみ輪組わくみそう系統けいとう

電路でんろじょう阻抗てき概念がいねん透過とうか力學りきがく-電子でんし類比るいひえいmechanical-electrical analogy轉換てんかん力學りきがく阻抗えいmechanical impedanceため應用おうようざい力學りきがく系統けいとうある其他系統けいとうじょういん此阻こうさんすう以及其他そう埠網てきまいりすう以用ざい其他力學りきがく領域りょういきちゅうざい此作ほうちゅう效果こうか變數へんすう(effort variable)ため電壓でんあつ,而流變數へんすう(flow variable)ため電流でんりゅうざいただ考慮こうりょひらうつりてき力學りきがく系統けいとうちゅう效果こうか變數へんすうりゅう變數へんすう分別ふんべつちから速度そくど[9]

もちいそう埠網表示ひょうじ機械きかいもとけんてき行為こういゆう其好しょいんためもとけん可能かのうかいはんこううんさく,其效果こうかまけざい輸入ゆにゅうはしある輸出ゆしゅつはしゆうせきれい如齒輪組わくみつね常會じょうかいよう其齒表示ひょうじSISO轉換てんかん函數かんすうただし輪組わくみ輸出ゆしゅつじくえいshaft (mechanical engineering)またもちいらい驅動くどう輸入ゆにゅうじく,就需ようMIMO分析ぶんせきざい此例ちゅう效果こうか變數へんすうちからのり T,而流變數へんすう(flow variable)これ角速度かくそくど ωおめが。其zまいりすうてきつて遞函すうのりじんため

,zさんすう可能かのうふとし適合てきごう描述ぐみ輪組わくみ变压てき類比るいひ,而hまいりすう適合てきごう描述变压いんため其中直接ちょくせつもちいいた匝數類似るいじ輪組わくみてき[10],其hまいりすうてきつて遞函すうのりじん

其中
h21輸出ゆしゅつまけときてき速度そくど
h12輸入ゆにゅうじく卡住はんむこうてきりょくじくとう理想りそうてきぜん速度そくど
h11輸出ゆしゅつじくぼつゆうまけときてき輸入ゆにゅう旋轉せんてん力學りきがく阻抗
h22輸入ゆにゅうじく卡住輸出ゆしゅつじくてき旋轉せんてん力學りきがく导纳

わかぼつゆう摩擦まさつりょくてき理想りそう以簡化成かせいしき

其中N [11]

かわりゅう及致どう[编辑]

打開だかいてき機械きかい濾波ざい兩頭りょうとうゆう機械きかい-電子でんしてきかわりゅう

ゆう系統けいとうちゅう利用りようりょう不同ふどう形式けいしきてきのうりょうれい如電じょでんのう機械きかいのう),なみ且在這些のうりょうあいだ進行しんこう轉換てんかんつて遞函すうのりじん需要じゅようのう透過とうか埠來處理しょり這些不同ふどうのうりょう領域りょういきちゅうてきなり份。ざいつくえじんがくつくえ械电がくなかかいよういた执行一般いっぱんかい包括ほうかついち换能はた電子でんし領域りょういきちゅうてきひかえせい系統けいとう信號しんごう轉換てんかんため力學りきがく領域りょういきちゅうてき運動うんどうひかえせい系統けいとう需要じゅよう传感偵測運動うんどうなみ轉換てんかんため電子でんし領域りょういきてき信號しんごう才能さいのう透過とうかかい系統けいとうひかえせい運動うんどう。其他系統けいとうちゅうてきかんはかうつわ可能かのうはた其他領域りょういきちゅうれい如光がく聲音こわねねつ流體りゅうたい流動りゅうどうある化學かがくてき信號しんごう轉換てんかんため電子でんし信號しんごうれい機械きかい濾波かい需要じゅようかわりゅうはた電子でんし訊號轉換てんかんため機械きかいてき訊號,さいしょう機械きかいてき訊號轉換てんかんため電子でんしてき訊號。

ざい电动つくえ械学なか,致動一般會由電子的控制器來驅動,需要じゅようかわりゅうてき輸入ゆにゅう電子でんし領域りょういき,其輸出ゆしゅつため力學りきがく領域りょういき簡單かんたんてきようSISO轉移てんい函數かんすうらい處理しょり可能かのう無法むほう考慮こうりょいた電流でんりゅうてき影響えいきょうよし此比較精じゅんてき表示法ひょうじほうかいよう輸入ゆにゅう輸出ゆしゅつてきMIMOでん遞函すうのりじん型式けいしき如下:

其中F致動てきほどこせりょくv致動てき速度そくどのりじんてき元素げんそかいゆう不同ふどうてき單位たんいz11電子でんしてき阻抗,z22機械きかいてき阻抗,另外阻抗またがゆう不同ふどうてき單位たんい[12]

こえがく系統けいとう[编辑]

こえがく系統けいとう流體りゅうたい動力どうりょくがくなかてき領域りょういき兩者りょうしゃせきちゅうてき輸入ゆにゅう輸出ゆしゅつ變數へんすう压强P,以及體積たいせきりゅうりつQわかさがせ討聲おんざい固體こたいちゅうてき傳播でんぱ可能かのう就要考慮こうりょ力學りきがく系統けいとうちゅうてき變數へんすうちから速度そくど)。ぞうざい排氣はいき系統けいとうなかてき消音しょうおん,就可以用ごえがく系統けいとうちゅうてき系統けいとうらい表示ひょうじ。其轉換てんかんのりじん表示ひょうじ如下:

此處ここてきTmnでん輸參すう(transmission parameters),しょうためABCDさんすう。也可以用zさんすうらい表示ひょうじ系統けいとうつて輸參すうざい數學すうがくてき計算けいさんゆう其方便びんしょわか一個網路的輸出連接另一個網路的輸入時,ただよう利用りようのりじん乘法じょうほう就可以得いたしんてき轉換てんかんのりじん[13]

不同ふどうてき變數へんすう轉換てんかん方式ほうしき[编辑]

どうじょう致動以控せいみずかんちゅうてきばつもん。致動りょう埠元けんしたがえどう系統けいとう轉換てんかんため機械きかい系統けいとう。致動あずかばつもん構成こうせいいちさん系統けいとうばつもんてきどうひかえせい埠和すいかんてき流體りゅうたい流量りゅうりょう輸入ゆにゅう埠和輸出ゆしゅつ

わか系統けいとうちゅう包括ほうかつりょう不同ふどうてきのうりょう系統けいとうざい考慮こうりょ不同ふどう系統けいとうてき類比るいひ需要じゅよう格外かくがい留意りゅうい選擇せんたくてき方式ほうしきかい分析ぶんせき希望きぼういたてき結果けっかゆうせきわか希望きぼう正確せいかくてきためせい系統けいとうちゅうてきのうりょうりゅうらいけんのり系統けいとうちゅうてき二個變數相乘後需要是功率(こうりつ共軛きょうやく變數へんすう),這兩個りゃんこ變數へんすう需要じゅよう以映いた另一個系統的功率共軛變數。一系統中的功率共軛變數不唯一,いん需要じゅようざいせい系統けいとうちゅうよう類似るいじてきうつ方式ほうしき[14]

一種常見映射方式(此條れい子中こなか所用しょようてき方式ほうしきこれはたかくのうりょう系統けいとうちゅうてき效果こうか變數へんすうかいさん生動せいどうさくてき變數へんすう)互相うつさいしょうかくのうりょう系統けいとうちゅうてきりゅう變數へんすう表示ひょうじ實際じっさい動作どうさてき變數へんすう)。まい一對效果變數及流變數都是功率共軛變數,此系統けいとうたたえため阻抗類比るいひえいimpedance analogyいん效果こうか變數へんすうりゅう變數へんすうてき比例ひれい類似るいじ電子でんし電路でんろちゅうてき阻抗[15]

じょりょう阻抗類比るいひがいかえゆう另外りょうたねこうりつ共軛きょうやく變數へんすうてき類比るいひ方式ほうしき流動りゅうどう類比るいひえいmobility analogyはた機械きかい系統けいとうちゅうてきりょく類似るいじため電路でんろちゅうてき電流でんりゅうわか阻抗類比るいひかい類比るいひため電壓でんあつ)。此一類比方式常用在機械濾波器的設計中,也常用じょうようざい音響おんきょう電子でんしがくちゅう。此映射的しゃてきこうしょ維持いじかく系統的けいとうてきもうつぶせしらきただし無法むほうはた阻抗類比るいひ。Trent類比るいひはたこうりつ共軛きょうやく變數へんすうぶんためacross變數へんすう及through變數へんすう其作ようかいざいもとけん兩端りょうたん作用さようかえかい穿ほじもとけん作用さよう而定。Trent類比るいひ大部たいぶ份的結果けっか都和つわ流動りゅうどう類比るいひしょうどうただし流體りゅうたい力學りきがく(及聲がく領域りょういき不同ふどう。Trent類比るいひかいはた流體りゅうたい力學りきがくちゅうてきあつきょう類比るいひため電壓でんあつ類似るいじ阻抗類比るいひてき作法さほう),而機械きかい系統けいとうちゅうてきりょくいんためかい穿ほじもとけん作用さよう,仍會類比るいひため電流でんりゅう[9]

ゆう些類かいようこうりつ共軛きょうやく變數へんすうれい如在かんはかうつわちゅう正確せいかくてき類比るいひのうりょう主要しゅよう目的もくてきかんじはかうつわてきのうりょうはん很小)。選擇せんたく方便ほうべんりょうはかてき變數へんすう可能かのう就是かんはかうつわようりょうはかてき物理ぶつりりょう可能かのうさら重要じゅうようれい如在ねつ類比るいひちゅうねつ阻會類比るいひためでん阻,いん溫度おんどねつのう變成へんせい電壓でんあつ及電りゅう。而溫度おんどてきこうりつ共軛きょうやくねつのう,而是ながれりつ無法むほう直接ちょくせつりょうはかてき物理ぶつりりょうざい系統けいとう中有ちゅうう類似るいじてきじょうがた磁阻かい類比るいひためでん阻,いん磁通りょうかい類比るいひため電流でんりゅう,而不はた單位たんい時間じかん磁通りょう類比るいひため電流でんりゅう[16]

歷史れきし[编辑]

线性代数だいすうほうほどてきのりじん表示ひょうじしきやめ使用しよういちだん時間じかん儒勒·のぼる·庞加莱ざい1907ねんくびよう電機でんき變數へんすう電壓でんあつ電流でんりゅうゆう關方せきがたほどらい表示ひょうじ機械きかい變數へんすうちから速度そくど)。Wegelざい1921ねんくびよう類似るいじ電機でんき阻抗てき方式ほうしきらい說明せつめい力學りきがく阻抗[12]

だい一個用傳遞函數矩陣來表示MIMOひかえせい系統けいとうざい1950年代ねんだいゆかりBoksenbom及Hoodしょ提出ていしゅつただしただざい們在ため美國びくに國家こっか航空こうくう諮詢しじゅん委員いいんかい研究けんきゅうもえうず發動はつどうしょ提出ていしゅつ[17]。Cruickshankざい1955ねん提出ていしゅつ較嚴謹的基礎きそただしかえぼっゆうかんせいてき通用つうようせい。1956ねんてきKavanaghだい一個完整處理通用性的人,建立こんりゅうりょう系統けいとうひかえせいてきのりじん關係かんけい,也提供ていきょうひかえせい系統けいとうぎょうせいてき判斷はんだん準則じゅんそく以讓受控系統けいとうゆう符合ふごうあずかてき行為こうい[18]

相關そうかん條目じょうもく[编辑]

參考さんこう資料しりょう[编辑]

  1. ^ Chen, p. 1038
  2. ^ Levine, p. 481
    • Chen, pp. 1037–1038
  3. ^ Kavanagh, p. 350
  4. ^ Chen, pp. 54–55
    • Iyer, p. 240
    • Bakshi & Bakshi, p. 420
  5. ^ Choma, p. 197
  6. ^ Yang & Lee, pp. 37–38
  7. ^ Bessai, pp. 4–5
  8. ^ Nguyen, p. 271
    • Bessai, p. 1
  9. ^ 9.0 9.1 Busch-Vishniac, pp. 19–20
  10. ^ Olsen, pp. 239–240
  11. ^ Busch-Vishniac, p. 20
    • Koenig & Blackwell, p. 170
  12. ^ 12.0 12.1 Pierce, p. 200
  13. ^ Munjal, p. 81
  14. ^ Busch-Vishniac, p. 18
  15. ^ Busch-Vishniac, p. 20
  16. ^ Busch-Vishniac, pp. 18, 20
  17. ^ Kavanagh, p. 350
    • Bokenham & Hood, p. 581
  18. ^ Kavanagh, pp. 349–350

文獻ぶんけん[编辑]

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  • Bakshi, A.V.; Bakshi, U.A., Network Theory, Technical Publications, 2008 ISBN 8184314027.
  • Boksenbom, Aaron S.; Hood, Richard, "General algebraic method applied to control analysis of complex engine types"页面そん档备份そん互联网档あん), National Advisory Committee for Aeronautics Report 980, 1950.
  • Busch-Vishniac, Ilene J., Electromechanical Sensors and Actuators, Springer, 1999 ISBN 038798495X.
  • Chen, Wai Kai, The Electrical Engineering Handbook, Academic Press, 2004 ISBN 0080477488.
  • Choma, John, Electrical Networks: Theory and Analysis, Wiley, 1985 ISBN 0471085286.
  • Cruickshank, A. J. O., "Matrix formulation of control system equations", The Matrix and Tensor Quarterly, vol. 5, no. 3, p. 76, 1955.
  • Iyer, T. S. K. V., Circuit Theory, Tata McGraw-Hill Education, 1985 ISBN 0074516817.
  • Kavanagh, R. J., "The application of matrix methods to multi-variable control systems", Journal of the Franklin Institute, vol. 262, iss. 5, pp. 349–367, November 1956.
  • Koenig, Herman Edward; Blackwell, William A., Electromechanical System Theory, McGraw-Hill, 1961 OCLC 564134
  • Levine, William S., The Control Handbook, CRC Press, 1996 ISBN 0849385709.
  • Nguyen, Cam, Radio-Frequency Integrated-Circuit Engineering, Wiley, 2015 ISBN 1118936485.
  • Olsen A., "Characterization of Transformers by h-Paraameters"页面そん档备份そん互联网档あん), IEEE Transactions on Circuit Theory, vol. 13, iss. 2, pp. 239–240, June 1966.
  • Pierce, Allan D. Acoustics: an Introduction to its Physical Principles and Applications, Acoustical Society of America, 1989 ISBN 0883186128.
  • Poincaré, H., "Etude du récepteur téléphonique", Eclairage Electrique, vol. 50, pp. 221–372, 1907.
  • Wegel, R. L., "Theory of magneto-mechanical systems as applied to telephone receivers and similar structures"页面そん档备份そん互联网档あん), Journal of the American Institute of Electrical Engineers, vol. 40, pp. 791–802, 1921.
  • Yang, Won Y.; Lee, Seung C., Circuit Systems with MATLAB and PSpice, Wiley 2008, ISBN 0470822406.