这不是bug,而是帕德近似的本质特性。[n/n] 帕德近似的分子中有 n 个「右半平面零点」。拥有右半平面零点的系统叫做「非最小相位系统」,加入阶跃输入后,输出会先向反方向运动,这叫做「逆响应」。真实死区时间在 t
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那提高阶次 n,那个「凹陷」就会消失,变得接近真实的吗?
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对,提高 n,欠调量会变小、持续时间会缩短,阶跃响应和相位特性都会接近真实死区时间。你可以在左边把 n 从1改到5,会看到上面「有效带宽」的数字(相位误差首次超过5°的频率)单调增加。但提高 n 的代价是右半平面零点也增加,系统阶次变高。所以实际中应该选择「在所需控制带宽内相位足够精确的最小阶次」。对大多数PID设计,一阶或二阶就够了。
纯死区时间 e^(−sT) 是 s 的指数函数,不是分母和分子都是多项式的有理传递函数。由于它是没有根和极点的无理函数,不能直接应用根轨迹法、伯德图设计、状态空间模型等以「有理传递函数为前提」的控制设计方法。帕德近似用分子 Nₙ(s) 和分母 Dₙ(s) 的比来近似 e^(−sT)。这样就能定义出极点和零点,从而把死区时间纳入常规的控制器设计和数值模拟。
提高阶次 n,可以在更宽的频率范围内准确再现真实死区时间的相位 −ωT。本工具的「有效带宽」是相位误差首次超过5°的频率。将 n 从1增加到5,有效带宽会单调增加。另一方面,[n/n] 帕德近似导入 n 个右半平面(不稳定)零点,所以阶次越高,阶跃响应的初期欠调量(逆响应)的形状就越复杂。在实际应用中,应选择使死区时间的相位在所需控制带宽内足够准确的最小阶次。对于大多数PID设计,一阶或二阶就足够了。
[n/n] 帕德近似在分子中有 n 个右半平面零点(s 平面右侧的零点)。具有右半平面零点的系统称为「非最小相位系统」,在加入阶跃输入后,输出会在初期向目标的反方向运动,表现出「逆响应(欠调量)」。而真正的死区时间在 t
首先常见误解是「阶次 n 越高越好」。虽然相位的准确帯宽会扩大,但 [n/n] 帕德近似必然导入 n 个右半平面零点。用包含这些零点的模型设计控制器时,会试图补偿近似带来的非最小相位特性,反而使设计变难。而且模型阶次上升会增加计算负荷。原则是选择「在目标控制带宽内死区时间相位足够准确的最小阶次」,盲目高阶化是禁忌。