Ist das Nyquist-Diagramm in der tatsächlichen Elektrotechnik nützlich?

Ich mache gerade einen Kurs über lineare Kontrolltheorie, und wir behandeln Nyquist Plot, um Phase zu studieren und Marge zu gewinnen.

Ich finde mich nicht in der Lage, dieses Konzept zu schätzen. Erstens ist der Beweis des Nyquist-Kriteriums für mich sehr nicht intuitiv, etwas über das Einkreisen des Ursprungs, jedoch viele Male. Zweitens wird es außerhalb eines Kurses über grundlegende Steuerungstheorie in allen anderen Kursen, die ich bisher besucht habe, fast nie verwendet. Ich habe die Lehrassistenten nach dem Kurs gefragt und sie haben mir gesagt, dass sie noch nie eine Anwendung des Nyquist-Plots im wirklichen Leben oder in ihrer persönlichen Forschung gesehen haben.

Ich habe schnell einige potenzielle Anwendungen auf dem Nyquist-Plot in Datenbanken wie IEEE Explore nachgeschlagen. Von 1948 bis 2018 wurden nur 272 Fälle, in denen der Nyquist-Plot in einer veröffentlichten Arbeit verwendet wurde

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Ähnlich für das Nyquist-Diagramm

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Und wir sprechen nur über Papiere, die theoretischer Natur sind, und nur sehr wenige dieser Papiere werden zu einer nützlichen technischen Hardware. Um nicht zu sagen, dass viele dieser Papiere von extrem niedriger Qualität sind.

Im Vergleich dazu wird das viel spätere Konzept der linearen Matrixungleichheit (das auch in der Kontrolltheorie verwendet wird - was uns nicht beigebracht wird) über zehntausend Mal zitiert.

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Einige Kommentatoren sagten auch, dass mein Suchergebnis für LMI voreingenommen sei, da es sich eher um eine mathematische Eigenschaft als um ein Kontrolltool handelt, das Papiere enthalten kann, die sich nicht auf Kontrolle beziehen. Wie wäre es mit „modellprädiktiver Regelung“?

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Ich kann nicht umhin, mich zu fragen, ob der Nyquist-Plot in der modernen Elektrotechnik überhaupt so nützlich ist oder nicht.

Sicher, wenn ich eine Schaltung mit einem einzelnen Kondensator und einer einzelnen Induktivität entwerfen wollte, könnte ich möglicherweise das Nyquist-Diagramm verwenden, um die Parameter einzustellen, um die Stabilität zu gewährleisten. Aber im Zeitalter von Supercomputern, GPUs, CPUs mit Milliarden von Transistoren scheint dieses ganze Konzept veraltet und, um es klar zu sagen, nutzlos.

Hat jemand eine Nyquist-Verschwörung beim Entwurf eines tatsächlichen Steuersystems wie eines humanoiden Roboters gesehen? Für einen Schwarm Quadrocopter? Hat jemand einen Nyquist-Plot beim Design von selbstfahrenden Autos oder Rovern zum Mars verwendet? Es scheint, dass das, was uns in der Schule beigebracht wird, die realen Anwendungen nicht eingeholt hat.

Kann jemand bitte auf eine realistische Anwendung des Nyquist-Plots und des Nyquist-Stabilitätskriteriums (falls vorhanden) hinweisen?

Ich bin mir nicht sicher, was Ihre Frage ist, aber Nyquist-Plots sind mehr als nützlich
@JonRB Was sind das für Anwendungen?
Stabilitätsspielraum, Frequenzgang
Ich habe sie auch nie benutzt, hätte sie aber haben können oder sollen. Aufgrund von Nichtlinearitäten habe ich andere Methoden verwendet.
Vielleicht ist Ihre Suche voreingenommen? Wie viele Ergebnisse würden Sie für "Quadratwurzel" oder für "Superpositionsprinzip" erhalten?
@SredniVashtar Wie voreingenommen kann es sein, wenn ich es in der IEEE-Datenbank suche? Wenn die IEEE-Datenbank über ein halbes Jahrzehnt nur etwa 200-300 Artikel zum Nyquist-Plot anzeigt, was kann das möglicherweise bedeuten?
Dass sie weder im Titel noch im Abstract auftauchen, aber trotzdem in den Beiträgen verwendet werden könnten?
@SredniVashtar So können Nyquist-Plot und Nyquist-Diagramm.
"Überlagerungsprinzip" liefert 365 Ergebnisse (817, wenn Sie nach "Überlagerung" und "Prinzip" suchen). Sollten wir folgern, dass das Superpositionsprinzip fast überhaupt nicht verwendet wird?
@SredniVashtar Es wird implizit verwendet, wie bei vielen mathematischen Eigenschaften, z. B. der Annahme eines realen Felds oder der Kontinuität eines zugrunde liegenden Signals. Während der Nyquist-Plot immer explizit verwendet wird. Niemand verbirgt die Tatsache, dass sie den Nyquist-Plot in ihren Papieren verwendet haben, oder erwähnt beiläufig, dass einige Ergebnisse durch den Nyquist-Plot erzielt wurden. Sie beinhalten es immer. Verwenden Sie den Nyquist-Plot für irgendetwas? Wenn ja, lass es mich bitte wissen, sonst verstehe ich deinen Punkt nicht.
Mein Punkt ist, dass sie nicht auftauchen, weil sie diese Wörter nicht in den Titel und die Zusammenfassung einfügen. Gehen Sie zur Seite Erweiterte Suche, und Sie werden feststellen, dass Sie beim Durchsuchen des Textes etwa 25.000 Referenzen für Nyquist-Plots finden, ieeexplore.ieee.org/search/…
@SredniVashtar Das Suchergebnis wurde noch schlechter! Ich habe auf der ersten Seite Ihres Links einen Artikel mit dem Titel "Challenges in Achieving High Performance in Boost PFC Converter" geöffnet, den ich für interessant hielt. Die einzige Stelle, an der sie auf das Nyquist-Diagramm verweisen, war der Satz: "Klassische Steuerungstechniken wie Bode-Diagramm, Wurzelort, Nyquist-Kriterien usw. können nur auf lineare zeitinvariante Systeme angewendet werden." Es hat nichts mit Nyquist-Verschwörungen zu tun. Oder wie wäre es mit dem allerersten Artikel in Ihrem Link. Die einzige Referenz war "Amplitudengang des Splines über der Nyquist-Grenze".
Pech gehabt. Versuchen Sie es mit den verbleibenden 23.000 Papieren.
@SredniVashtar Warum bist du so defensiv? Sind Sie so defensiv wie bei Triboelektrizität oder Vakuumröhren? Bitte teilen Sie mir mit, wenn Sie anfangen, mit Nyquist-Plots zu arbeiten.
Ich bin nicht defensiv, ich habe nur auf den Fehler in Ihrer Argumentation hingewiesen: Die Tatsache, dass sie nicht in den Metadaten auftauchen, bedeutet nicht, dass sie nicht verwendet werden. Nyquist-Diagramme sind nur Werkzeuge, die mehr oder weniger Bode-Diagrammen und Nichols-Diagrammen entsprechen. Es ist meist Geschmackssache, welchen man verwendet - in der Elektrotechnik werden Bode-Diagramme verwendet, um die Stabilität von rückgekoppelten Verstärkern abzuleiten. Da sie leichter zu verstehen sind und auch einen besseren Überblick über die Bandbreite des Verstärkers bieten, ist es nicht verwunderlich, dass ihre Verwendung weiter verbreitet ist. Steuerungsingenieure könnten im Nyquist- oder Nichols-Diagramm ein besseres Werkzeug finden.
@SredniVashtar Es ist nur eine Metrik. Was ist mit den beiden Kommentatoren „Tony Stewart EE Since 1975“ und „Sparky256“, die uns ausdrücklich sagen, dass sie niemals Nyquist-Plot verwendet haben? Was ist mit meinen TAs, die noch nie Nyquist-Plot verwendet haben? Was ist mit der Tatsache, dass es in diesem Forum nur 70 Fragen zum Nyquist-Plot gibt und sie alle theoretisch sind? Die IEEE-Metrik dient nur dazu, meinen bestehenden Verdacht zu bestätigen. Es hat keinen Zweck, etwas zu verteidigen, das nicht nützlich ist. Meine Frage ist, ob meine Vermutung über die Nützlichkeit des Nyquist-Plots gültig ist oder nicht.
Wie ich schon sagte, entsprechen sie größtenteils denen von Bode und Nichols. Aber um sie zu verstehen, braucht man eine solidere Grundlage der komplexen Analyse (dh um zu verstehen, warum dieses "Einkreisen" wichtig ist, was ein Rest ist, wie man in die komplexe Ebene integriert). Da diese Grundlage möglicherweise fehlt, ist es einfacher, sich den mehr oder weniger gleichwertigen Bode-Plots zuzuwenden, um mehr oder weniger die gleichen Dinge zu tun. Besonders wenn es Computer gibt, die mit hoher Genauigkeit plotten können, und Systeme wie Rückkopplungsverstärker zu einfachen Übertragungsfunktionen mit leicht lesbarem Phasenabstand führen.

Antworten (4)

Kurze Antwort (Grundüberlegungen):

(1) Das Nyquist-Diagramm zeigt, warum es auf den LOOP GAIN ankommt (was die Stabilität betrifft).

(2) Es ist das Nyqist-Diagramm, das erklärt, WARUM wir so etwas wie eine Stabilitätsgrenze haben (Anwendung des Cauchy-Residuensatzes)

(3) Die Stabilitätskriterien nach BODE-Plot werden aus dem Nyquist-Plot abgeleitet (getrennte Darstellung von Betrag und Phase)

(4) Nur das Nyquist-Diagramm zeigt, warum wir so etwas wie "bedingte" Stabilität haben (offene Schleifenübertragungsfunktion mit einem Pol in der rechten Halbebene)

(5) Neben der Phase bzw. Gewinnspanne haben wir eine andere Spanne (Kombination aus beidem): Vektorspanne. Dieser Spielraum kann nur anhand des Nyquist-Plots definiert und erklärt werden.

(6) Wir brauchen das Nyquist-Diagramm, um den Punkt (die Frequenz) zu finden, an dem negative Rückkopplung in positive Rückkopplung übergeht.

Wenn Sie Steuersysteme beherrschen möchten, die viel komplizierter sind als ein Operationsverstärker oder ein SMPS, sollten Sie die Nyquist-Stabilitätskriterien beherrschen. Aber Sie müssen es vielleicht nicht jetzt tun, sondern wenn jemand Sie für die Nutzung bezahlt. Aber dann haben Sie vielleicht aus Zeitdruck nicht die Zeit, es zu lernen, also wenn es Ihnen gefällt, lernen Sie es jetzt.

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Referenzlink

Vielleicht können Sie in Ihrer Antwort auf Brian Douglas verweisen, da seine Videos äußerst hilfreich sind, um die Grundlagen der Steuerungssystemtheorie abzudecken, und Sie bereits Material von ihm bereitgestellt haben? Persönlich denke ich, dass es der Antwort einen Mehrwert verleihen würde.
Den Link hatte ich bereits eingefügt.
aber hier sind mehr google.com/…

Die Übertragungsfunktion eines "Systems" kann verwendet werden, um zu erzeugen: -

  • Ein Bode-Diagramm (Amplitude und Phase über der Frequenz)
  • Ein Nyquist-Diagramm (Komplexe Amplitude und Phase)

Beide können verwendet werden, um die gleichen Dinge vorherzusagen, außer dass ich dazu neige, echte Nyquist-Plots mit fehlenden Informationen zu sehen, dh manchmal werden keine Notizen hinzugefügt, die Ihnen sagen, dass eine bestimmte "Nuance" des Diagramms mit dieser und jener Häufigkeit vorliegt. Das kann frustrierend sein.

Aus diesem Grund scheue ich mich vor ihnen und bleibe beim Bode-Plot, weil er für mich alles ausdrückt, was ein Nyquist-Plot ausdrücken sollte, und außerdem arbeite ich lieber direkt mit numerischen Werten von: -

  • Phasenrand
  • Marge gewinnen

Beide sind direkt aus dem Bode-Diagramm extrahierbar.

Von 1948 bis 2018 wurden nur 272 Fälle, in denen der Nyquist-Plot in einer veröffentlichten Arbeit verwendet wurde

Es überrascht mich überhaupt nicht, aber es wäre interessant, dies mit einer Suche nach der Verwendung von Bode-Plots im gleichen Zeitraum zu vergleichen.

Ich verstehe Ihre Frage, da ich auch die gleiche Technik der Reduction ad absurdum verwende, um die Debatte anzuregen. Ein Nyquist-Plot definiert eindeutig nicht die Betriebseigenschaften der 2 Millionen Zeilen C-Code für (Mars) Curiosity.

Aber fällt Ihnen eine Möglichkeit ein, eine Milliarde Transistor-GPU zu verwenden, um die Spannung eines sinusförmigen Kleinsignals von 1 MHz zu verdoppeln? Könnten stabile Operationsverstärker geeigneter sein? Und wäre eine einfache Induktor-Kondensator-Anordnung geeignet, um die Stromversorgung Ihrer unangemessen spezifizierten GPU zu glätten?

„Kleine Bewegungen, Roy. Kleine Bewegungen.“

Was meinst du mit reductio ad absurdum? Der Nyquist-Plot ist ein grafisches Verfahren zur Bestimmung der Stabilität eines Systems. Kümmern sich Ingenieure nicht um Stabilität, wenn sie Transistorschaltkreise oder Mars-Rover entwerfen? Wenn sie es tun, und ich erwarte, dass sie es tun, wo sind die Anwendungen von Nyquist-Plot für diesen Zweck?
Bei der Suche nach Systemintegrität, nach Systemen, die auch nach 10 Jahren auf dem Mars nicht ausfallen, dem Verständnis der Grundlagen ----- der verschiedenen Knöpfe und Hebel und wie die Systemverschlechterung im Laufe der Jahre verlaufen kann ----- und der Auswahl des Betriebs Bedingungen mit hoher Robustheit erfordert eine subtile Kompetenz.
obwohl die Modelle der Batterielebensdauer die berechnete Lebensdauer auf dem Mars nicht erreichten
Ist das Nyquist-Diagramm in der tatsächlichen Elektrotechnik nützlich?
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