正向系统

科技工作者之家 2020-11-17

正向系统(Positive systems)是指一种系统,在给定正的初始值下,其状态变数不会是负的。

定义在一些实务应用中常会用到正向系统,因为这些变数表示实际的物理量,而这些物理量(如浓度、水位、高度等)不会为负值。

正向系统在控制系统的设计中相当重要。在状态观测器设计中也需考虑系统是否是正向系统,因为状态观测器可能会出现不合理的负值。1

状态变数状态变数是指在动态系统中,可以描述系统数学状态的一组变数,可以在系统未受到外力干扰的情形下,预测系统未来的特性。若是系统是由一组互相耦合的一阶微分方程来表示,即称为是状态变数型的系统模型。

举例

在力学系统中,组件的位置座标及速度是典型的状态变数,知道这些资讯后,可能可以确认系统后续的状态。

热力学中的状态变数也称为态函数,像温度、压力、体积、内能、焓及熵等。相反的,像热及功都是过程函数,不是态函数。

在电路中,流经电子元件的电流以及电路节点的电压常常都是状态变数。

在生态系统模型中,植物、动物及资源(营养、有机物质)的数量(或是浓度)都是典型的状态变数。1

状态观测器状态观测器(state observer)是控制理论中配合实际系统的一种系统,在已知实际系统架构的情形下,可以根据一实际系统的输入及输出而估测其内部的状态,是许多实务应用的基础。

许多的控制理论都会假设可以知道系统的状态,例如利用全状态回授来稳定线性系统的例子。不过许多系统都无法直接量测到实际的状态,只能用状态对输出的影响来间接估计状态。像隧道中的车辆就是一个例子。车辆在隧道中的速度不易直接量测,只可以用隧道中的实际状态来估计。假如系统可观测,可以从输出配合状态观测器来完全估测系统的状态。2

正反馈正反馈(英语:positive feedback),是反馈的一种。是指一系统的输出影响到输入,使得输出变动后会影响到输入,造成输出变动持续加大的情形;同理,如果输出变动持续减少,就称为负反馈。

简单来说,当A产生了更多的B,B会回过来产生更多的A,这个过程就称为正反馈。在机械、电机、电子、化学、经济或是其他系统都会有类似的情形。2

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学

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