Método de desacoplamiento del sistema MIMO (entrada múltiple - salida múltiple)


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En muchos artículos y libros se describe un sistema MIMO con método de desacoplamiento de 2 entradas y 2 salidas a un sistema SISO . ¿Qué hay de los sistemas de funciones de transferencia de tamaño m * n ? ¿Cómo podemos generalizar el método, por ejemplo, a sistemas MIMO 3 * 3 o 3 * 7?

Aquí hay una descripción del sistema 2 * 2 MIMO:

con al formularioD11(s)=D22(s)=1

D(s)=[D11(s)D12(s)D21(s)>D22(s)]

Aquí especificamos una respuesta desacoplada y el desacoplador con la estructura en la ecuación

Gp(s)D(s)=[G11(s)00G22(s)>][G11(s)G12(s)G21(s)>G22(s)][1D12(s)D21(s)1>]>=[G11∗(s)00G22∗(s)]

Y podemos resolver cuatro ecuaciones en cuatro incógnitas para encontrar

D12(s)=−G12(s)G11(s)D21(s)=>−G21(s)G22(s)Gl1(s)=G11(s)=−G12(s)G21(s)G22(s)Gl2(s)=G22(s)=−G21(s)G12(s)G11(s)

Debe buscar posiblemente en un análisis de red y libros de texto de síntesis, por ejemplo, Kuo o Brian DO Anderson y Sumeth Vongpanitlerd. No es una asignatura que se enseñe mucho en estos días.
— Mi otra cabeza

Creo que estás buscando la forma de espacio de estado.
— leCrazyEngineer

Este tema sobre el intercambio de pila de matemáticas podría ayudar a math.stackexchange.com/questions/1297659/…
— jos

Respuestas:


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No puedo darle la solución usando las funciones de transferencia. Sin embargo, puedo darle una forma general utilizando la representación del espacio de estados. Lo haré para un sistema cuadrado , es decir, el número de entradas y salidas es igual. Para un sistema con entradas salidas, se está volviendo más complicado y mucho más difícil resolver el problema.nm

El sistema con salidas

x˙=f(x)+g1(x)u1+…+gm(x)um
y1=h1(x),…,ym=hm(x)

Primero introduciendo el derivado de mentira. La derivada de mentira de con respecto a o a lo largo de es Por ejemplo, se usa la siguiente notación: hff

Lfh(x)=∂h∂xf(x)
LgLf=∂(Lfh)∂xg(x)Lf2h(x)=LfLfh(x)=∂(Lfh)∂xf(x)Lfkh(x)=LfLfk−1h(x)=∂(Lfk−1)∂xf(x)

Introducir la noción de grado relativo con respecto a cada salida. Considere la salida -ésima y diferencie con respecto al tiempo: Esta expresión depende explícitamente en al menos una entrada if (para todo ): If así, el salida ésimo tiene grado relativo .i

y˙i=Lfhi(x)+Lg1hi(x)u1+…Lgmhi(x)um
x
(Lg1hi(x),…,Lgmhi(x))≠(0,…,0)
iki=1

En general, el grado relativo por salida if para todas las .ki

(Lg,Lfki−1hi(x),…,LgmLfki−1hi(x))≠(0,…,0)
x

El sistema ahora está linealizado de entrada-salida (por lo tanto, desacoplado) al aplicar la siguiente retroalimentación con el desacoplamiento matriz , vector y nuevo vector de entrada . Donde .

u(x)=−A−1(x)N(x)+A−1(x)v
A(x)N(x)v
A(x)=(Lg1Lfk1−1h1(x)…LgmLfk1−1h1⋮⋮Lg1Lfkm−1hm(x)…LgmLFkm−1hm),N(x)=(Lfk1h1(x)⋮Lfkmhm(x))

Por lo tanto, debe ser invertible para todas las . Si desea las funciones de transferencia, simplemente aplique Laplace.A(x)x

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