梅森增益公式
編輯梅森增益公式 (MGF) 是一種尋找線性信號流圖 (SFG) 的傳遞函數的方法。 該公式由塞繆爾·杰斐遜·梅森 (Samuel Jefferson Mason) 推導出來,并以他的名字命名。 MGF 是另一種方法,通過標記每個信號,寫下該信號如何依賴于其他信號的方程,然后根據輸入信號求解輸出信號的多個方程,以代數方式找到傳遞函數。 MGF 提供了一種從 SFG 獲得傳遞函數的逐步方法。 通常,MGF 可以通過檢查 SFG 來確定。 該方法可以輕松處理具有許多變量和循環(包括具有內部循環的循環)的 SFG。 MGF 經常出現在控制系統、微波電路和數字濾波器的上下文中,因為這些通常由 SFG 表示。
公式
編輯Δ = 圖形的行列式。
- yin = 輸入節點變量
- yout = 輸出節點變量
- G = yin 和 yout 之間的完全增益
- N = yin 和 yout 之間的前向路徑總數
- Gk = yin 和 yout 之間第 k 條前向路徑的路徑增益
- Li = 系統中每個閉環的環路增益
- LiLj = 任意兩個非接觸回路(無公共節點)的回路增益的乘積
- LiLjLk = 任意三個成對非接觸環路的環路增益的乘積
- Δk = 第 k 條前向路徑的 Δ 的余因子值,刪除了與第 k 條前向路徑接觸的環路。 *
定義
- 路徑:一組連續的分支,沿它們指示的方向遍歷。
- 前向路徑:從輸入節點到輸出節點的路徑,其中沒有節點被觸及超過一次。
- 循環:在同一節點上開始和結束的路徑,其中沒有節點被觸及超過一次。
- 路徑增益:路徑中所有分支增益的乘積。
- 回路增益:回路中所有分支增益的乘積。
尋找解決方案的過程
- 列出所有前向路徑及其增益,并標記這些 Gk。
- 列出所有循環及其收益,并標記這些 Li(for i 循環)。 列出所有非接觸循環對及其增益 (LiLj) 的乘積。 列出所有成對的非接觸循環,一次取三個 (LiLjLk),然后一次取四個,依此類推,直到沒有更多。
- 計算行列式 Δ 和輔助因子 Δk。
- 應用公式。
例子
編輯包含雙端口的電路
需要從 Vin 到 V2 的傳遞函數。
只有一條前向路徑:
- Vin 到 V1 到 I2 到 V2,增益 G 1 = ? y 21 R L {\\displaystyle G_{1}=-y_{21}R_{L}\\,}
一共有三個循環:
- V1 到 I1 到 V1,增益 L 1 = ? R in
- V2 到 I2 到 V2,增益 L 2 = ? R L
數字 IIR 雙二階濾波器
數字濾波器通常用信號流圖表示。
有兩個循環
- L 1 = ? a 1 Z ? 1 {\\displaystyle L_{1}=-a_{1}Z{-1}\\,}
- L 2 = ? a 2 Z ? 2 {\\displaystyle L_{2}=-a_{2}Z{-2}\\,}
Δ = 1 ? ( L 1 + L 2 ) {\\displaystyle \\Delta =1-(L_{1}+L_{2})\\,} 注意,這兩個環相接觸,所以它們的乘積沒有項 .
存在三個前進路徑
- G 0 = b 0 {\\displaystyle G_{0}=b_{0}\\,}
- G 1 = b 1 Z ? 1 {\\displaystyle G_{1}=b_{1}Z{-1}\\,}
- G 2 = b 2 Z ? 2 {\\displaystyle G_{2}=b_{2}Z{-2}\\,}
所有前向路徑都接觸所有循環
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