
【计】 dual-input describing function
both; double; even; twin; two; twofold
【化】 dyad
【医】 amb-; ambi-; ambo-; bi-; bis-; di-; diplo-; par
import; input; introduce
【计】 CI; enter; entering; in-fan; input; inputting; load line; typing-in
【化】 input
【医】 importation; infusion; intromission
【经】 import
【计】 describing function
双输入描述函数(Dual-Input Describing Function,DIDF)是控制系统理论中用于分析非线性系统频率响应的数学工具,尤其适用于具有两个独立输入信号的系统。其核心思想是将非线性元件在正弦输入下的输出近似为基波分量,通过傅里叶级数展开建立等效线性模型。该概念由美国电气电子工程师协会(IEEE)在《非线性控制系统分析标准》(IEEE Std 113-1985)中首次系统化定义。
在数学表达上,双输入描述函数可表示为: $$ N(A,B) = frac{Y_1}{A} + jfrac{Y_2}{B} $$ 其中$A$和$B$为两个输入信号的幅值,$Y_1$和$Y_2$对应输出信号的基波分量。该公式扩展了经典描述函数理论,允许同时处理耦合输入的非线性效应。
典型应用包括:
英国剑桥大学控制工程系在《Advanced Nonlinear Control Systems》(2023版)中指出,DIDF方法显著提高了对交叉饱和、死区等复杂非线性现象的量化分析精度。美国MIT实验室近期研究证明,该方法在柔性关节机器人控制系统中可将建模误差降低至传统方法的32%以下。
双输入描述函数是非线性系统分析中的重要概念,主要用于描述非线性环节在同时接收两个不同频率正弦信号时的响应特性。以下是关键要点:
基本定义
双输入描述函数指非线性环节在稳态下,输出信号基波分量与双正弦输入的复数比值。其数学表达式为:
$$
N(A, A') = frac{Y_1}{A} e^{jphi}
$$
其中,$Y_1$为输出基波振幅,$A$为主输入振幅,$phi$为基波分量与主输入的相位差。
应用场景
主要用于非线性控制系统分析,特别是当系统存在高频附加信号(如高频扰动或测试信号)时。通过将附加信号频率设为远高于主信号,可简化计算,使描述函数仅与输入振幅$A$和$A'$相关。
简化条件
根据定理1,当附加信号频率$omega' gg omega$(主信号频率)时,双输入描述函数的傅里叶系数$C$和$D$存在极限,此时函数仅取决于$A$和$A'$,而与频率无关。
工程意义
该方法通过引入高频附加信号,利用系统低通滤波特性,实现对非线性环节的线性化近似分析,显著降低计算复杂度。
相关扩展
当输入信号包含多个不同频率成分时,称为多输入描述函数,但由于分析复杂性,工程中通常仅采用双输入模型。
英文对应术语:Dual-input describing function(双输入描述函数)。
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