Lập mô hình hệ thống tuyến tính bằng Python

Question

Tôi muốn mô phỏng/mô hình hóa một hệ thống vòng lặp, tuyến tính, bất biến thời gian (cụ thể là một xấp xỉ PLL đã khóa) với python.

Mỗi khối phụ trong mô hình có chức năng truyền đã biết được đưa ra dưới dạng tần số phức tạp H(s) = K/(s * tau + 1). Sử dụng mô hình, tôi muốn xem cách phản ứng của hệ thống cũng như phản hồi tiếng ồn bị ảnh hưởng như các tham số (ví dụ: tăng VCO) được thay đổi. Điều này sẽ liên quan đến việc sử dụng các ô Bode và các ô mẫu gốc.

Tôi nên tìm kiếm những mô-đun Python nào để hoàn thành công việc?

Answer 1

Tôi biết điều này hơi cũ nhưng tìm kiếm đã đưa tôi đến câu hỏi này. Tôi đặt nó lại với nhau khi tôi không thể tìm thấy một mô-đun tốt cho nó. Nó không nhiều, nhưng đó là một khởi đầu tốt nếu ai đó thấy mình ở đây.

import matplotlib.pylab as plt 
import numpy as np 
import scipy.signal 

def bode(G,f=np.arange(.01,100,.01)): 
    plt.figure() 
    jw = 2*np.pi*f*1j 
    y = np.polyval(G.num, jw)/np.polyval(G.den, jw) 
    mag = 20.0*np.log10(abs(y)) 
    phase = np.arctan2(y.imag, y.real)*180.0/np.pi % 360 

    plt.subplot(211) 
    #plt.semilogx(jw.imag, mag) 
    plt.semilogx(f,mag) 
    plt.grid() 
    plt.gca().xaxis.grid(True, which='minor') 

    plt.ylabel(r'Magnitude (db)') 

    plt.subplot(212) 
    #plt.semilogx(jw.imag, phase) 
    plt.semilogx(f,phase) 
    plt.grid() 
    plt.gca().xaxis.grid(True, which='minor') 
    plt.ylabel(r'Phase (deg)') 
    plt.yticks(np.arange(0, phase.min()-30, -30)) 

    return mag, phase 

f=scipy.signal.lti([1],[1,1]) 
bode(f) 

Chỉnh sửa: Tôi quay lại đây vì ai đó đã bình chọn câu trả lời này, bạn nên thử Control Systems Library. Họ đã triển khai phần lớn hộp công cụ hệ thống kiểm soát Matlab với cú pháp phù hợp và mọi thứ.

Answer 2

scipy và numpy mô-đun phù hợp cho ứng dụng của bạn.

Answer 3

Như @Matt đã nói, tôi biết điều này là cũ. Nhưng điều này đã trở thành hit google đầu tiên của tôi, vì vậy tôi muốn chỉnh sửa nó.

Bạn có thể sử dụng scipy.signal.lti để lập mô hình tuyến tính, các hệ thống bất biến thời gian. Điều đó cung cấp cho bạn lti.bode.

Để có phản hồi xung theo dạng H (s) = (Như^2 + Bs + C)/(Ds^2 + Es + F), bạn sẽ nhập h = scipy.signal.lti([A,B,C],[D,E,F]). Để có được âm mưu lô, bạn sẽ làm plot(*h.bode()[:2]).

Answer 4

Theo http://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.signal.bode.html bây giờ bạn có thể sử dụng này:

from scipy import signal 
import matplotlib.pyplot as plt 

s1 = signal.lti([1], [1, 1]) 
w, mag, phase = signal.bode(s1) 

plt.figure() 
plt.semilogx(w, mag) # bode magnitude plot 
plt.figure() 
plt.semilogx(w, phase) # bode phase plot 
plt.show() 

Answer 5

Tôi có lô Bode làm việc theo cách này, sử dụng python-kiểm soát.

from matplotlib.pyplot import * # Grab MATLAB plotting functions 
from control.matlab import * # MATLAB-like functions 


# Transfer functions for dynamics 
G_modele = tf([1], [13500, 345, 1]); 

# Use state space versions 
G_modele = tf2ss(G_modele); 

figure(1); 
bode(G_modele, dB=1); 
show(); 

Mã này đã được chủ yếu lấy từ ví dụ này là rất phong phú

http://www.cds.caltech.edu/~murray/wiki/index.php/Python-control/Example:_Vertical_takeoff_and_landing_aircraft