主要内容

diskmarginplot

可视化基于磁盘的稳定裕度

描述

裕度作为频率的函数

例子

diskmarginplot (l为SISO或MIMO负反馈环绘制基于磁盘的增益和相位裕度反馈(L,眼(N)),在那里N开环中输入和输出的数量是否响应l

对于MIMO响应,diskmarginplot绘制多循环磁盘边缘。每个频率上基于磁盘的增益裕度为±通用汽车,在那里通用汽车为图中所示值,单位为dB。类似地,基于磁盘的相位裕度为±度,是图上显示的值。有关基于磁盘的增益和相位裕度的详细信息,请参见diskmargin

例子

diskmarginplot (l1、……lN)在同一图上绘制基于圆盘的多个开环响应的增益和相位裕度。

例子

diskmarginplot (l1,LineSpec1、……lN,LineSpecN)为绘图中的每个系统指定颜色、线条样式和标记。

diskmarginplot (___σ绘制使用倾斜计算的基于磁盘的增益和相位边缘σ使增益变化偏向增益增加(σ> 0)或增益减少(σ< 0).如果您使用过diskmargin以获得基于磁盘的保证金σ,你可以使用这个语法来查看边缘的频率依赖关系σ价值。为σ≠0,则标绘值为(gmax,1/max(0,gmin)).换句话说,该图显示了最大的增益变化量(1 /通用汽车、通用)这符合基于盘面的收益边际[gmin, gmax]系统的σ

diskmarginplot (___w所指定的频率处绘制边缘w

  • 如果w单元格数组的形式是{wmin, wmax},则该图显示频率范围为wmin而且wmax

  • 如果w为频率向量,则该图显示每个指定频率处的裕度。

例子

diskmarginplot (___选择使用指定的选项自定义图元素,如标签、刻度和网格。您可以将此参数用于前面的任何语法。

增益和相位变化范围

例子

diskmarginplot (为副总经理绘制对应于基于磁盘的增益裕度的同步增益和相位变化的范围。该图还显示了最大增益和相位变化(这是基于圆盘的增益和相位裕度)。为副总经理是这个形式的向量吗[gmin, gmax].收益边际为副总经理也可以是标量,这相当于指定了对称增益的变化(1 /为副总经理,为副总经理).若要同时绘制多个基于磁盘的增益边际的范围,请使用如下形式的两列矩阵[gmin1, gmax1;…;gminN gmaxN].有关基于磁盘的增益边际的更多信息,请参见diskmargin

例子

diskmarginplot (为副总经理“磁盘”)绘制模型增益的复值盘和对应于基于盘的增益裕度的相位变化为副总经理.有关磁盘裕度分析模型如何增益和相位变化的详细信息,请参见利用盘边距进行稳定性分析

例子

diskmarginplot (为副总经理,“尼奎斯特”)绘制对应于磁盘边缘的奈奎斯特平面上的排除区为副总经理.要求闭环系统保持稳定的增益或相位变化的磁盘内对应为副总经理这相当于要求开环响应保持在奈奎斯特平面的圆盘形排除区之外。有关更多信息,请参见利用盘边距进行稳定性分析

例子

diskmarginplot (ασ___绘制增益和相位变化范围对应的磁盘大小α和斜σ.如果任何一ασ是向量,则绘图包括所有指定值的范围。如果两个α而且σ是向量,那么这个图包含了这些对的范围α1,sigma1;……;alphaN,西格曼

绘制对应于的建模不确定度盘ασ时使用此语法“磁盘”国旗。要绘制奈奎斯特平面中对应的排除盘,请将此语法用于“奈奎斯特”国旗。

指定轴上的图

diskmarginplot (斧头___在由坐标轴句柄(或者一个UIaxes对象)。在中创建应用程序时,使用此参数指定轴使用应用设计器开发应用程序.您可以将此参数与前面的任何语法一起使用,以绘制任何图形diskmarginplot可以生成。

例子

全部折叠

绘制开环响应系统的基于磁盘的增益和相位裕度l闭环响应反馈(L, 1)

L = tf(25,[1 10 10 10]);diskmarginplot(左)

图中包含2个轴对象。Axes对象1包含一个line类型的对象。该对象表示L. Axes对象2包含一个line类型的对象。这个对象表示L。

每个频率的基于磁盘的增益边际至少为±通用,在那里通用汽车为图中所示值,单位为dB。类似地,基于磁盘的相位裕度为±点度。方法返回的基于磁盘的页边距diskmargin命令是频率的最小裕度。(右键单击绘图并选择>硬盘最小裕量用于包含这些最小裕度信息的数据提示。)

比较同一图上两个开环响应的基于圆盘的增益和相位裕度。

L1 = tf(25,[1 10 10 10]);L2 = tf([1 100],[1 10 20 50]);diskmarginplot (L1, L2)

图中包含2个轴对象。坐标轴对象1包含2个line类型的对象。这些物体代表L1 L2。坐标轴对象2包含2个line类型的对象。这些物体代表L1 L2。

控件可以自定义图的外观LineSpec论点。再次绘制边缘,使用蓝色虚线L1红点表示L2

diskmarginplot (L1,“b——”L2,“r”。

图中包含2个轴对象。坐标轴对象1包含2个line类型的对象。这些物体代表L1 L2。坐标轴对象2包含2个line类型的对象。这些物体代表L1 L2。

由返回的基于盘的收益边际diskmargin假设没有相位变化,相位边缘假设没有增益变化。在实际应用中,系统同时经历增益和相位变化。圆盘裕度分析解释了这种同步增益和相位变化。

计算一个系统的基于磁盘的增益和相位裕度。然后,用diskmarginplot为了可视化相应的同时增益和相位变化的允许范围。

L = tf(25,[1 10 10 10]);DM = diskmargin(L);DGM = DM.GainMargin
为副总经理=1×20.6273 - 1.5942
DPM = DM.PhaseMargin
DPM =1×2-25.8017 - 25.8017
diskmarginplot(为副总经理)

图中包含一个轴对象。标题为Range of gain and phase variations的axis对象包含patch、text、line类型的5个对象。

图中的阴影区域显示了保持闭环系统稳定性的同时增益和相位变化的范围反馈(L, 1).当无相位变化时,系统可耐受全增益变化范围为副总经理,从- 4db到4db。如果允许相位变化约±20度,则允许增益变化范围下降到约-2.5 dB至2 dB。在±26度的全相位变化范围内,系统可以容忍无增益变化。

若要在同一绘图上显示多个范围,请将它们组合成一个两列向量。例如,计算L的正和负的磁盘边距然后把这三个变化范围画在一起。

DMn = diskmargin(L,-2);DGMn = DMn.GainMargin;DMp = diskmargin(L,2);DGMp = DMp.GainMargin;DGMall = [DGMn;DGM;DGMp];diskmarginplot (DGMall)

图中包含一个轴对象。标题为Range of gain and phase variations的坐标轴对象包含3个patch类型的对象。这些对象分别代表DGM = [0.401,1.37], DPM = 29.1, DGM = [0.627,1.59], DPM = 25.8, DGM = [0.772,1.72], DPM = 21。

该图表明,当增益减小时,反馈回路可以容忍更大的增益和相位变化。换句话说,环路稳定性对增益增加更敏感。有关如何变化的更多信息影响基于磁盘的增益和相位边际估计,请参见利用盘边距进行稳定性分析

基于圆盘的增益裕度分析将增益和相位变化作为一个不确定因素F,乘以开环增益l.(有关此模型的详细信息,请参见利用盘边距进行稳定性分析)。所返回的增益和相位变化的稳定范围diskmargin命令相当于一个磁盘F闭环稳定的值。当您获得系统的基于磁盘的增益和相位裕度时,您可以使用diskmarginplot来显示相应的磁盘F值。

L = tf(25,[1 10 10 10]);DM = diskmargin(L);DGM = DM.GainMargin
为副总经理=1×20.6273 - 1.5942
diskmarginplot(为副总经理,“磁盘”

图中包含一个轴对象。标题值为乘法因子F的axes对象包含8个类型为patch、line、text的对象。

该图显示了复平面上F的值,其中x-轴是实部,而y-axis是虚部。基于盘面的收益边际为副总经理唯一地决定了这个磁盘和相应的基于磁盘的相位裕度,DPM

不确定度盘F由两个值参数化:α,设置磁盘大小σ,使增益变化偏向增益增加或减少。这个参数化由:

F 1 + α 1 - σ / 2 δ 1 - α 1 + σ / 2 δ

在哪里δ是一个归一化不确定度。(具体请参见利用盘边距进行稳定性分析)。对于给定的增益变化范围,您可以使用gm2dm转换基于磁盘的增益边际为副总经理α而且σ对应磁盘的描述值。diskmarginplot可以画出F给定的圆盘ασ对。

DGM = [0.8,2]
为副总经理=1×20.8000 - 2.0000
[alpha,sigma] = gm2dm(DGM);diskmarginplot(ασ,“磁盘”

图中包含一个轴对象。标题值为乘法因子F的axes对象包含8个类型为patch、line、text的对象。该对象表示alpha = 0.333, skew = 3。

在这种情况下,σ大于零是因为基于磁盘的增益范围为副总经理=[0.8,2]的增益增加大于减少。σ= 0表示增益可以增加和减少一样多。σ< 0表示下降大于增加的范围。画出F磁盘为不同的值σ看增益范围(圆盘直径)如何随σ

Sigma = [-3,0,3];diskmarginplot(ασ,“磁盘”

图中包含一个轴对象。标题值为乘法因子F的坐标轴对象包含4个类型为patch、line的对象。这些对象表示alpha = 0.333, skew = -3, alpha = 0.333, skew = 0, alpha = 0.333, skew = 3。

对于固定的σα控制磁盘的大小,从而控制建模不确定性的数量。的几个值在磁盘上绘图ασ= 0。

σ = 0;Alpha = [0.1,0.333,0.5];diskmarginplot(ασ,“磁盘”

图中包含一个轴对象。标题值为乘法因子F的坐标轴对象包含4个类型为patch、line的对象。这些对象表示alpha = 0.1, skew = 0, alpha = 0.333, skew = 0, alpha = 0.5, skew = 0。

如在利用盘边距进行稳定性分析,在给定条件下σ为最大不确定度盘F其中为闭环系统反馈(L * F, 1)保持稳定可以解释为Nyquist曲线的一个排除区域l不能进入。对于任意值σ时,排除盘包含临界点(- 1,0),与Nyquist曲线相切。的调整切盘的大小和位置。你可以使用diskmarginplot来可视化这些排除盘,并将它们叠加在的奈奎斯特曲线上l

使用三种不同的方法计算系统的基于磁盘的增益边际值,1对应增益增加大于减少(σ> 0), 1对应增益减少多于增加(σ< 0),一个平衡(σ= 0)。

L = tf(25,[1 10 10 10]);DMdec =磁盘空间(L,-2);DGMdec = dm12 . gainmargin;DM = diskmargin(L,0);DGM = DM.GainMargin;DMinc = diskmargin(L,2);DGMinc = DMinc.GainMargin;

的Nyquist图来查看相应的排除区域l保持身材。然后使用diskmarginplot“奈奎斯特”标志,将排除区域添加到绘图中。

尼奎斯特(左)diskmarginplot ([DGMdec;为副总经理;DGMinc),“奈奎斯特”)举行

图中包含一个轴对象。axis对象包含8个line、patch类型的对象。这些对象代表L, DGM = [0.401,1.37], DPM = 29.1, DGM = [0.627,1.59], DPM = 25.8, DGM = [0.772,1.72], DPM = 21。

作为σ从-2增加到2,磁盘向右移动,每个磁盘提供较低的估计经典增益和相位裕度。

画出圆盘边距作为系统频率的函数,具有以下开环响应。

L = tf(25,[1 10 10 10]);

对于绘图,指定以下属性:

  • 频率单位:Hz

  • 以绝对单位为单位,在对数尺度上获得边际

  • 网格

Opts = diskmarginoptions;选择。FreqUnits =“赫兹”;选择。MagScale =“日志”;选择。MagUnits =“abs”;选择。网格=“上”;diskmarginplot (L,选择)

图中包含2个轴对象。Axes对象1包含一个line类型的对象。该对象表示L. Axes对象2包含一个line类型的对象。这个对象表示L。

输入参数

全部折叠

开环响应,指定为动态系统模型。l可以是SISO或MIMO,只要它有相同数量的输入和输出。diskmarginplot绘制负反馈闭环系统的基于圆盘的增益和相位裕度反馈(L,眼(N))

画出正反馈系统的边缘反馈(L,眼睛(N), + 1),使用diskmargin (- l)

如果l是一个不确定的状态空间模型(号航空母舰一族用不确定的块),然后diskmarginplot的随机样本的边缘l.为了可视化一个不确定系统的最坏情况的稳定裕度,使用wcdiskmarginplot

如果l是频率响应数据模型(如的朋友),然后diskmarginplot绘制模型中表示的每个频率的边缘。

如果l是一个模型数组吗diskmarginplot将数组中所有模型的页边距绘制在同一轴上并以相同的行样式绘制。

线条样式、标记和颜色,指定为一个、两个或三个字符的字符串或向量。字符可以以任何顺序出现。您不需要指定所有三个特征(线条样式、标记和颜色)。例如,如果省略了线条样式并指定了标记,那么绘图将只显示标记而不显示线条。有关配置此参数的详细信息,请参见LineSpec的输入参数。情节函数。

例子:“r——”指定一个红色虚线

例子:‘* b”指定蓝色星号标记

例子:“y”指定黄线

用于计算稳定裕度的不确定区域的倾斜,指定为实标量或向量(用于diskmarginplot(ασ)情节)。

该参数使用于建模增益和相位变化的不确定性偏向增益增加或增益减少。

  • 默认的σ= 0使用一个范围内增益变化的平衡模型[gmin, gmax],Gmin = 1/gmax

  • 积极的σ使用增益增加大于减少的模型(Gmin > 1/gmax).

  • σ使用增益降低大于增加的模型(Gmin < 1/gmax).

欲了解更多关于如何选择的详细信息σ影响保证金计算,请参见利用盘边距进行稳定性分析

倾斜的diskmargin (L,σ)语法

当绘制动态系统的增益裕度与频率的关系时,使用默认值σ= 0以获得增益和相位裕度的无偏估计。为σ= 0时,每个频率的盘面增益裕度为±通用汽车,在那里通用汽车为图中所示值,单位为dB。

如果你用过diskmargin以获得基于磁盘的保证金σ,你可以使用这个语法来查看边缘的频率依赖关系σ价值。为σ≠0,则标绘值为(gmax,1/max(0,gmin)).换句话说,该图显示了最大的增益变化量(1 /通用汽车、通用)这符合基于盘面的收益边际[gmin, gmax]系统的σ

对于语法diskmarginplot (L,σ),偏度σ必须是标量。

倾斜的diskmargin(ασ)语法

在语法上diskmargin(ασ)时,函数绘制以值为参数的不确定度盘α而且σ(见利用盘边距进行稳定性分析).在基于磁盘的收益边际和之间转换ασ参数化,使用dm2gm而且gm2dm.对于这个语法,diskmarginplot加强关系α* abs(1 +σ)< 2。

对于这个语法,是skewσ可以是矢量,允许您比较同一绘图上的多个磁盘。如果α是标量,且σ是向量,那么图中显示的磁盘对应的对α,sigma_k对于每一项σ.如果两个α而且σ都是向量,然后图上显示了这些对的圆盘α1,sigma1;……;alphaN,西格曼

绘制稳定边界的频率,指定为单元格数组{wmin, wmax}或者作为频率值的向量。

  • 如果w单元格数组的形式是{wmin, wmax},则该图显示频率之间的边缘wmin而且wmax

  • 如果w为频率向量,则该图显示每个指定频率处的裕度。例如,使用logspace生成具有对数间隔频率值的行向量。

以rad/为单位指定频率TimeUnit,在那里TimeUnitTimeUnit的属性l

绘图选项,指定为diskmarginplot用于创建的选项集diskmarginoptions.可以自定义的元素包括图标题、轴标签和网格。

基于磁盘的增益裕度,指定为标量,形式的两元向量[gmin, gmax],或这种形式的两列矩阵[gmin1, gmax1;…;gminN gmaxN]

用一个二元向量,为副总经理[gmin, gmax]绘制与基于圆盘的增益裕度相对应的同时增益和相位变化的允许范围[gmin, gmax].你可以获得[gmin, gmax]GainMargin属性的输出结构的diskmargin命令。你还可以获取[gmin, gmax]从经典增益和相位边缘使用getDGM

使用标量为副总经理等价于指定对称增益裕度吗(1 /为副总经理,为副总经理)

若要显示同一图上多个基于磁盘的增益边际的范围,请使用为副总经理[gmin1, gmax1;…;gminN gmaxN].对于对称增益边缘的形式(1 / gmax, gmax),你可以使用这种形式的列向量[gmax1; gmax2;……;gmaxN]

模型增益和相位变化的大小,指定为标量或矢量。基于圆盘的增益裕度分析将增益和相位变化建模为乘法不确定性F,它是一个包含F = 1的值的磁盘,对应于系统的标称值。磁盘参数化为α,设置磁盘大小σ,使增益变化偏向增益增加或减少。(有关此模型的详细信息,请参见利用盘边距进行稳定性分析)。

diskmarginplot画出圆盘F或增益和相位变化的区域表示为特定ασ对。对于语法diskmarginplot(ασ),磁盘大小α可以是向量。如果α是一个向量σ是标量,那么图中显示的区域对应的对_k,σ对于每一项α.如果两个α而且σ都是向量,然后绘图显示了这些对的区域α1,sigma1;……;alphaN,西格曼

diskmarginplot加强关系α* abs(1 +σ)< 2。在基于磁盘的收益边际和之间转换ασ参数化,使用dm2gm而且gm2dm

轴句柄,指定为对象或UIaxes对象。在中创建应用程序时,使用此参数指定轴使用应用设计器开发应用程序

参考文献

[1] Seiler, Peter, Andrew Packard, Pascal Gahinet。磁盘边距介绍[课堂讲稿]。IEEE控制系统杂志40,不。5(2020年10月):78-95。

R2020a中引入