LLRFLibsPy库中ss_freqresp函数解读

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用于计算和绘制状态空间系统的频率响应

source code: Github

这个函数 ss_freqresp 用于计算和绘制状态空间系统的频率响应。它适用于连续系统（当 Ts 为 None 时）和离散系统（当 Ts 具有非零浮点值时）。

参数

  • A, B, C, D: 状态空间模型的矩阵（复杂矩阵），定义系统的动力学。
  • Ts: 采样时间，单位为秒。如果为 None，表示系统是连续的。
  • plot: 布尔值，是否绘制频率响应图。
  • plot_pno: 绘图点的数量。默认值为 1000。
  • plot_maxf: 要绘制的频率范围（+/-），单位为赫兹。默认值为 1 MHz。
  • title: 绘图标题。

返回值

  • status: 布尔值，表示计算是否成功。
  • f_wf: 频率波形，单位为赫兹。
  • A_wf_dB: 幅度响应波形，单位为分贝（dB）。
  • P_wf_deg: 相位响应波形，单位为度（degree）。
  • h: 复杂响应。

函数逻辑

  1. 输入检查与默认值设定：

    • 检查 plot_pno 和 plot_maxf 的值，如果它们小于或等于 0，则分别设为默认值 1000 和 1 MHz。
    • 如果 Ts 不为 None，则检查 Ts 是否大于 0。如果不大于 0，则返回失败状态。

  2. 计算频率响应：

    • 如果 Ts 为 None，则系统是连续的：
      • 使用 signal.freqresp 计算频率响应。
    • 如果 Ts 不为 None，则系统是离散的：
      • 使用 signal.dfreqresp 计算频率响应。

  3. 计算显示结果：

    • 将频率从弧度每秒转换为赫兹。
    • 计算幅度响应（单位为分贝）和相位响应（单位为度）。

  4. 绘制频率响应图（如果 plot 为 True）：

    • 调用 rf_plot 模块中的 plot_ss_freqresp 函数绘制频率响应图。

  5. 返回计算结果：

    • 返回计算状态、频率波形、幅度响应波形、相位响应波形和复杂响应。

示例使用

假设有一个状态空间模型，其矩阵为 A, B, C, D，采样时间为 Ts，想要计算并绘制其频率响应：

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A = np.array([[0, 1], [-2, -3]])
B = np.array([[0], [1]])
C = np.array([[1, 0]])
D = np.array([[0]])
Ts = 0.1  # 采样时间

status, f_wf, A_wf_dB, P_wf_deg, h = ss_freqresp(A, B, C, D, Ts, plot=True)
if status:
    print("Frequency response calculated successfully.")
    print("Frequency (Hz):", f_wf)
    print("Amplitude (dB):", A_wf_dB)
    print("Phase (deg):", P_wf_deg)
else:
    print("Failed to calculate frequency response.")

example-ss-freqresp.png

这个示例展示了如何使用 ss_freqresp 函数计算状态空间模型的频率响应，并选择性地绘制响应图。