न्यूनतम चरण: Difference between revisions
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[[नियंत्रण सिद्धांत]] और संकेत प्रसंस्करण में, एक रेखीय, समय-अपरिवर्तनीय प्रणाली को न्यूनतम-चरण कहा जाता है यदि प्रणाली और इसका प्रतिलोम कारणात्मक और स्थिर हैं।<ref>{{cite book |author1=Hassibi, Babak |author2=Kailath, Thomas |author3=Sayed, Ali H. |title=रैखिक अनुमान|publisher=Prentice Hall |location=Englewood Cliffs, N.J |year=2000 |pages=193 |isbn=0-13-022464-2}}</ref><ref>J. O. Smith III, ''[http://ccrma.stanford.edu/~jos/filters/Definition_Minimum_Phase_Filters.html Introduction to Digital Filters with Audio Applications]'' (September 2007 Edition).</ref> | [[नियंत्रण सिद्धांत]] और संकेत प्रसंस्करण में, एक रेखीय, समय-अपरिवर्तनीय प्रणाली को न्यूनतम-चरण कहा जाता है यदि प्रणाली और इसका प्रतिलोम कारणात्मक और स्थिर हैं।<ref>{{cite book |author1=Hassibi, Babak |author2=Kailath, Thomas |author3=Sayed, Ali H. |title=रैखिक अनुमान|publisher=Prentice Hall |location=Englewood Cliffs, N.J |year=2000 |pages=193 |isbn=0-13-022464-2}}</ref><ref>J. O. Smith III, ''[http://ccrma.stanford.edu/~jos/filters/Definition_Minimum_Phase_Filters.html Introduction to Digital Filters with Audio Applications]'' (September 2007 Edition).</ref> | ||
सबसे सामान्य कारण [[एलटीआई प्रणाली सिद्धांत|एलटीआई]] स्थानांतरण फलन को विशिष्ट रूप से ऑल-पास और न्यूनतम-चरण प्रणाली की एक श्रृंखला में | सबसे सामान्य कारण [[एलटीआई प्रणाली सिद्धांत|एलटीआई]] स्थानांतरण फलन को विशिष्ट रूप से ऑल-पास और न्यूनतम-चरण प्रणाली की एक श्रृंखला में सम्मिलित किया जा सकता है। प्रणाली फलन तब दो भागों का उत्पाद है, और समय डोमेन में, प्रणाली की प्रतिक्रिया दो-भाग की प्रतिक्रियाओं का दृढ़ संकल्प है। एक न्यूनतम चरण और एक सामान्य हस्तांतरण समारोह के बीच का अंतर यह है कि एक न्यूनतम चरण प्रणाली में एस-प्लेन प्रतिनिधित्व के बाएं आधे हिस्से में इसके स्थानांतरण समारोह के सभी ध्रुव और शून्य होते हैं। (असतत समय में, जेड-प्लेन के [[यूनिट सर्कल|यूनिट वृत्त]] के अंदर क्रमशः)। चूंकि प्रणाली फलन को उलटने से पोल शून्य में बदल जाते हैं और इसके विपरीत, और दाहिनी ओर (एस-प्लेन काल्पनिक रेखा) या कॉम्प्लेक्स प्लेन के बाहर (जेड-प्लेन यूनिट वृत्त) के पोल अस्थिर प्रणाली की ओर ले जाते हैं, केवल का वर्ग न्यूनतम चरण प्रणाली उलटा के तहत बंद है। सहजता से, एक सामान्य कारण प्रणाली का न्यूनतम चरण भाग न्यूनतम [[समूह विलंब]] के साथ अपनी आयाम प्रतिक्रिया को लागू करता है, जबकि इसके सभी-पास भाग मूल प्रणाली फलन के अनुरूप होने के लिए अकेले अपने [[चरण प्रतिक्रिया]] को सही करता है। | ||
ध्रुवों और शून्यों के संदर्भ में विश्लेषण केवल अंतरण फलनों के मामले में सटीक है जिसे बहुपदों के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। निरंतर समय के मामले में, ऐसी प्रणालियाँ पारंपरिक, आदर्शीकृत एलसीआर नेटवर्क के नेटवर्क में परिवर्तित हो जाती हैं। असतत समय में, वे इसके अलावा, गुणन और इकाई विलंब का उपयोग करके आसानी से अनुमानों में अनुवाद करते हैं। यह दिखाया जा सकता है कि दोनों ही मामलों में, बढ़ते क्रम के साथ तर्कसंगत रूप के प्रणाली कार्य का उपयोग किसी अन्य प्रणाली कार्य को कुशलतापूर्वक अनुमानित करने के लिए किया जा सकता है; इस प्रकार यहां तक कि प्रणाली कार्य में एक तर्कसंगत रूप की कमी है, और इसलिए ध्रुवों और/या शून्यों की अनंतता को व्यवहार में किसी भी अन्य के रूप में कुशलता से कार्यान्वित किया जा सकता है। | ध्रुवों और शून्यों के संदर्भ में विश्लेषण केवल अंतरण फलनों के मामले में सटीक है जिसे बहुपदों के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। निरंतर समय के मामले में, ऐसी प्रणालियाँ पारंपरिक, आदर्शीकृत एलसीआर नेटवर्क के नेटवर्क में परिवर्तित हो जाती हैं। असतत समय में, वे इसके अलावा, गुणन और इकाई विलंब का उपयोग करके आसानी से अनुमानों में अनुवाद करते हैं। यह दिखाया जा सकता है कि दोनों ही मामलों में, बढ़ते क्रम के साथ तर्कसंगत रूप के प्रणाली कार्य का उपयोग किसी अन्य प्रणाली कार्य को कुशलतापूर्वक अनुमानित करने के लिए किया जा सकता है; इस प्रकार यहां तक कि प्रणाली कार्य में एक तर्कसंगत रूप की कमी है, और इसलिए ध्रुवों और/या शून्यों की अनंतता को व्यवहार में किसी भी अन्य के रूप में कुशलता से कार्यान्वित किया जा सकता है। | ||
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एक मिश्रित-चरण प्रणाली में इसके कुछ शून्य (जटिल विश्लेषण) यूनिट वृत्त के अंदर होते हैं और अन्य यूनिट वृत्त के बाहर होते हैं। इस प्रकार, इसका समूह विलंब न तो न्यूनतम या अधिकतम है, बल्कि कहीं न कहीं न्यूनतम और अधिकतम चरण समतुल्य प्रणाली के समूह विलंब के बीच है। | एक मिश्रित-चरण प्रणाली में इसके कुछ शून्य (जटिल विश्लेषण) यूनिट वृत्त के अंदर होते हैं और अन्य यूनिट वृत्त के बाहर होते हैं। इस प्रकार, इसका समूह विलंब न तो न्यूनतम या अधिकतम है, बल्कि कहीं न कहीं न्यूनतम और अधिकतम चरण समतुल्य प्रणाली के समूह विलंब के बीच है। | ||
उदाहरण के लिए, ट्रांसफर फलन द्वारा वर्णित निरंतर-समय एलटीआई प्रणाली<math display="block">\frac{ (s + 1)(s - 5)(s + 10) }{ (s+2)(s+4)(s+6) }</math>स्थिर और कारण है; हालाँकि, इसमें जटिल तल के बाएँ और दाएँ दोनों ओर शून्य हैं। इसलिए, यह एक मिश्रित चरण प्रणाली है। इन प्रणालियों को | उदाहरण के लिए, ट्रांसफर फलन द्वारा वर्णित निरंतर-समय एलटीआई प्रणाली<math display="block">\frac{ (s + 1)(s - 5)(s + 10) }{ (s+2)(s+4)(s+6) }</math>स्थिर और कारण है; हालाँकि, इसमें जटिल तल के बाएँ और दाएँ दोनों ओर शून्य हैं। इसलिए, यह एक मिश्रित चरण प्रणाली है। इन प्रणालियों को सम्मिलित करने वाले स्थानांतरण कार्यों को नियंत्रित करने के लिए कुछ तरीके जैसे आंतरिक मॉडल नियंत्रक (IMC),<ref>{{Cite book |title=मजबूत प्रक्रिया नियंत्रण|author =Morari, Manfred |date=2002| publisher=PTR Prentice Hall|isbn=0137821530|oclc=263718708}}</ref> सामान्यीकृत स्मिथ के भविष्यवक्ता (जीएसपी)<ref>{{Cite journal|last1=Ramanathan|first1=S. |last2=Curl|first2=R. L.| last3=Kravaris|first3=C.|date=1989 | title=क्वासरेशनल सिस्टम की गतिशीलता और नियंत्रण|journal=AIChE Journal |language=en |volume=35 |issue=6 |pages=1017–1028 |doi=10.1002/aic.690350615 |issn=1547-5905 |url=https://semanticscholar.org/paper/197f86efaa4adb04c8287652c4389e80b4060818 |hdl=2027.42/37408 |s2cid=20116797|hdl-access=free}}</ref> और व्युत्पन्न (पीएफसीडी) के साथ समानांतर फीडफॉर्वर्ड नियंत्रण<ref>{{Cite book|title=गैर-न्यूनतम चरण प्रणालियों के लिए समानांतर फीडफॉरवर्ड कम्पेसाटर को स्थिर करने की कक्षा|last=Noury|first=K. |date=2019|doi = 10.1115/DSCC2019-9240|chapter = Class of Stabilizing Parallel Feedforward Compensators for Nonminimum-Phase Systems |isbn = 978-0-7918-5914-8|s2cid=214440404 }}</ref> प्रस्तावित हैं। | ||
=== [[रैखिक चरण]] === | === [[रैखिक चरण]] === |
Revision as of 17:09, 21 April 2023
नियंत्रण सिद्धांत और संकेत प्रसंस्करण में, एक रेखीय, समय-अपरिवर्तनीय प्रणाली को न्यूनतम-चरण कहा जाता है यदि प्रणाली और इसका प्रतिलोम कारणात्मक और स्थिर हैं।[1][2]
सबसे सामान्य कारण एलटीआई स्थानांतरण फलन को विशिष्ट रूप से ऑल-पास और न्यूनतम-चरण प्रणाली की एक श्रृंखला में सम्मिलित किया जा सकता है। प्रणाली फलन तब दो भागों का उत्पाद है, और समय डोमेन में, प्रणाली की प्रतिक्रिया दो-भाग की प्रतिक्रियाओं का दृढ़ संकल्प है। एक न्यूनतम चरण और एक सामान्य हस्तांतरण समारोह के बीच का अंतर यह है कि एक न्यूनतम चरण प्रणाली में एस-प्लेन प्रतिनिधित्व के बाएं आधे हिस्से में इसके स्थानांतरण समारोह के सभी ध्रुव और शून्य होते हैं। (असतत समय में, जेड-प्लेन के यूनिट वृत्त के अंदर क्रमशः)। चूंकि प्रणाली फलन को उलटने से पोल शून्य में बदल जाते हैं और इसके विपरीत, और दाहिनी ओर (एस-प्लेन काल्पनिक रेखा) या कॉम्प्लेक्स प्लेन के बाहर (जेड-प्लेन यूनिट वृत्त) के पोल अस्थिर प्रणाली की ओर ले जाते हैं, केवल का वर्ग न्यूनतम चरण प्रणाली उलटा के तहत बंद है। सहजता से, एक सामान्य कारण प्रणाली का न्यूनतम चरण भाग न्यूनतम समूह विलंब के साथ अपनी आयाम प्रतिक्रिया को लागू करता है, जबकि इसके सभी-पास भाग मूल प्रणाली फलन के अनुरूप होने के लिए अकेले अपने चरण प्रतिक्रिया को सही करता है।
ध्रुवों और शून्यों के संदर्भ में विश्लेषण केवल अंतरण फलनों के मामले में सटीक है जिसे बहुपदों के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। निरंतर समय के मामले में, ऐसी प्रणालियाँ पारंपरिक, आदर्शीकृत एलसीआर नेटवर्क के नेटवर्क में परिवर्तित हो जाती हैं। असतत समय में, वे इसके अलावा, गुणन और इकाई विलंब का उपयोग करके आसानी से अनुमानों में अनुवाद करते हैं। यह दिखाया जा सकता है कि दोनों ही मामलों में, बढ़ते क्रम के साथ तर्कसंगत रूप के प्रणाली कार्य का उपयोग किसी अन्य प्रणाली कार्य को कुशलतापूर्वक अनुमानित करने के लिए किया जा सकता है; इस प्रकार यहां तक कि प्रणाली कार्य में एक तर्कसंगत रूप की कमी है, और इसलिए ध्रुवों और/या शून्यों की अनंतता को व्यवहार में किसी भी अन्य के रूप में कुशलता से कार्यान्वित किया जा सकता है।
कार्य-कारण, स्थिर प्रणालियों के संदर्भ में, हम सैद्धांतिक रूप से यह चुनने के लिए स्वतंत्र होंगे कि क्या सिस्टम फ़ंक्शन के शून्य स्थिर सीमा के बाहर हैं (दाईं ओर या बाहर) यदि बंद करने की स्थिति कोई समस्या नहीं थी। हालाँकि, व्युत्क्रमण का बड़ा व्यावहारिक महत्व है, ठीक वैसे ही जैसे सैद्धांतिक रूप से पूर्ण गुणनखंड अपने आप में होते हैं। (सीएफ एक अन्य महत्वपूर्ण उदाहरण के रूप में वर्णक्रमीय सममित / एंटीसिमेट्रिक अपघटन, उदाहरण के लिए हिल्बर्ट ट्रांसफॉर्म तकनीक।) कई भौतिक प्रणालियाँ भी स्वाभाविक रूप से न्यूनतम चरण प्रतिक्रिया की ओर प्रवृत्त होती हैं और कभी-कभी उसी बाधा का पालन करने वाली अन्य भौतिक प्रणालियों का उपयोग करके व्युत्क्रमण किया जाना है।
अंतर्दृष्टि नीचे दी गई है कि इस प्रणाली को न्यूनतम चरण क्यों कहा जाता है, और मूल विचार तब भी क्यों लागू होता है जब सिस्टम फ़ंक्शन को एक तर्कसंगत रूप में नहीं डाला जा सकता है जिसे कार्यान्वित किया जा सकता है।
व्युत्क्रम प्रणाली
एक प्रणाली व्युत्क्रम है अगर हम इसके आउटपुट से इसके इनपुट को विशिष्ट रूप से निर्धारित कर सकते हैं। यानी, हम एक प्रणाली पा सकते हैं ऐसे कि अगर हम आवेदन करते हैं के बाद , हम पहचान प्रणाली प्राप्त करते हैं (परिमित-आयामी एनालॉग के लिए व्युत्क्रम मैट्रिक्स देखें)। अर्थात्,
असतत समय उदाहरण
मान लीजिए कि सिस्टम एक असतत-समय, रैखिक, समय-अपरिवर्तनीय (एलटीआई) प्रणाली है जो Z में n के लिए आवेग प्रतिक्रिया द्वारा वर्णित है। इसके अतिरिक्त, मान लें कि में एक आवेग प्रतिक्रिया है। दो एलटीआई सिस्टम का कैस्केड एक कुण्डलीकरण है। इस स्थिति में, उपरोक्त संबंध निम्नलिखित है:
न्यूनतम चरण प्रणाली
जब हम कार्य-कारण और स्थिरता की बाधाओं को लागू करते हैं, तो व्युत्क्रम प्रणाली अद्वितीय होता है; और प्रणाली और इसके व्युत्क्रम को न्यूनतम चरण कहा जाता है। असतत-समय के मामले में कार्य-कारण और स्थिरता की कमी निम्नलिखित है (समय-अपरिवर्तनीय प्रणालियों के लिए जहां h प्रणाली की आवेग प्रतिक्रिया है):
कारणता
आवृत्ति विश्लेषण
असतत-समय आवृत्ति विश्लेषण
असतत-समय के मामले के लिए आवृत्ति विश्लेषण करना कुछ अंतर्दृष्टि प्रदान करेगा। समय-क्षेत्र समीकरण निम्न है:
निरंतर-समय आवृत्ति विश्लेषण
निरंतर-समय के मामले का विश्लेषण एक समान तरीके से आगे बढ़ता है सिवाय इसके कि हम आवृत्ति विश्लेषण के लिए लाप्लास रूपांतरण का उपयोग करते हैं। समय-डोमेन समीकरण निम्नलिखित है।
जहां A(s) और D(s) में बहुपद हैं s. कार्य-कारण और स्थिरता का अर्थ है कि ध्रुव (जटिल विश्लेषण) - एक कार्य की वर्ग D(s) - बाएं-आधे s-प्लेन के अंदर होना चाहिए। हम यह भी जानते हैं
चरण प्रतिक्रिया के परिमाण प्रतिक्रिया का संबंध
एक न्यूनतम-चरण प्रणाली, चाहे असतत-समय या निरंतर-समय, में एक अतिरिक्त उपयोगी संपत्ति होती है जो आवृत्ति प्रतिक्रिया के परिमाण का प्राकृतिक लघुगणक ("लाभ" जो dB के आनुपातिक है) में मापा जाता है, चरण से संबंधित है हिल्बर्ट रूपांतरण द्वारा आवृत्ति प्रतिक्रिया (रेडियन में मापा गया) का कोण। यही है, निरंतर-समय के मामले में, चलो
समय डोमेन में न्यूनतम चरण
समान परिमाण प्रतिक्रिया वाले सभी कारण और स्थिर प्रणालियों के लिए, न्यूनतम चरण प्रणाली में इसकी ऊर्जा आवेग प्रतिक्रिया की शुरुआत के पास केंद्रित होती है। यानी, यह निम्न फ़ंक्शन को कम करता है जिसे हम आवेग प्रतिक्रिया में ऊर्जा की देरी के रूप में सोच सकते हैं।
न्यूनतम समूह विलंब के रूप में न्यूनतम चरण
सभी कारणात्मक और स्थिर प्रणालियों के लिए जिनके पास समान परिमाण प्रतिक्रिया है, न्यूनतम चरण प्रणाली में न्यूनतम समूह विलंब होता है। निम्नलिखित सबूत न्यूनतम समूह विलंब के इस विचार को दर्शाता है।
मान लीजिए हम एक शून्य पर विचार करते हैं (जटिल विश्लेषण) स्थानांतरण समारोह का . आइए इस शून्य को रखें (जटिल विश्लेषण) यूनिट वृत्त के अंदर () और देखें कि समूह विलंब कैसे प्रभावित होता है।
समूह विलंब में निम्नलिखित योगदान देता है।
गैर-न्यूनतम चरण
सिस्टम जो कारण और स्थिर हैं जिनके व्युत्क्रम कारण और अस्थिर हैं, उन्हें गैर-न्यूनतम-चरण सिस्टम के रूप में जाना जाता है। किसी दिए गए गैर-न्यूनतम चरण प्रणाली में समकक्ष परिमाण प्रतिक्रिया के साथ न्यूनतम चरण प्रणाली की तुलना में अधिक चरण योगदान होगा।
अधिकतम चरण
एक अधिकतम-चरण प्रणाली न्यूनतम-चरण प्रणाली के विपरीत है। एक कारण और स्थिर एलटीआई प्रणाली एक अधिकतम-चरण प्रणाली है यदि इसका व्युत्क्रम कारणात्मक और अस्थिर है। अर्थात्,
- डिस्क्रीट-टाइम प्रणाली के शून्य यूनिट वृत्त के बाहर हैं।
- निरंतर-समय प्रणाली के शून्य जटिल तल के दाईं ओर हैं।
ऐसी प्रणाली को अधिकतम-चरण प्रणाली कहा जाता है क्योंकि इसमें प्रणाली के सेट का अधिकतम समूह विलंब होता है जिसकी समान परिमाण प्रतिक्रिया होती है। समान-परिमाण-प्रतिक्रिया प्रणालियों के इस सेट में, अधिकतम चरण प्रणाली में अधिकतम ऊर्जा विलंब होगा।
उदाहरण के लिए, स्थानांतरण कार्यों द्वारा वर्णित दो निरंतर-समय एलटीआई प्रणाली
मिश्रित चरण
एक मिश्रित-चरण प्रणाली में इसके कुछ शून्य (जटिल विश्लेषण) यूनिट वृत्त के अंदर होते हैं और अन्य यूनिट वृत्त के बाहर होते हैं। इस प्रकार, इसका समूह विलंब न तो न्यूनतम या अधिकतम है, बल्कि कहीं न कहीं न्यूनतम और अधिकतम चरण समतुल्य प्रणाली के समूह विलंब के बीच है।
उदाहरण के लिए, ट्रांसफर फलन द्वारा वर्णित निरंतर-समय एलटीआई प्रणाली
रैखिक चरण
एक रेखीय-चरण प्रणाली में लगातार समूह विलंब होता है। गैर-तुच्छ रैखिक चरण या लगभग रैखिक चरण प्रणाली भी मिश्रित चरण हैं।
यह भी देखें
- ऑल-पास फिल्टर – एक विशेष गैर-न्यूनतम-चरण मामला।
- क्रेमर्स-क्रोनिग संबंध – भौतिकी में न्यूनतम चरण प्रणाली
संदर्भ
- ↑ Hassibi, Babak; Kailath, Thomas; Sayed, Ali H. (2000). रैखिक अनुमान. Englewood Cliffs, N.J: Prentice Hall. p. 193. ISBN 0-13-022464-2.
- ↑ J. O. Smith III, Introduction to Digital Filters with Audio Applications (September 2007 Edition).
- ↑ Noury, K. (2019). "Analytical Statistical Study of Linear Parallel Feedforward Compensators for Nonminimum-Phase Systems". गैर-न्यूनतम चरण प्रणालियों के लिए रैखिक समानांतर फीडफॉरवर्ड कम्पेसाटर का विश्लेषणात्मक सांख्यिकीय अध्ययन. doi:10.1115/DSCC2019-9126. ISBN 978-0-7918-5914-8. S2CID 214446227.
- ↑ Morari, Manfred (2002). मजबूत प्रक्रिया नियंत्रण. PTR Prentice Hall. ISBN 0137821530. OCLC 263718708.
- ↑ Ramanathan, S.; Curl, R. L.; Kravaris, C. (1989). "क्वासरेशनल सिस्टम की गतिशीलता और नियंत्रण". AIChE Journal (in English). 35 (6): 1017–1028. doi:10.1002/aic.690350615. hdl:2027.42/37408. ISSN 1547-5905. S2CID 20116797.
- ↑ Noury, K. (2019). "Class of Stabilizing Parallel Feedforward Compensators for Nonminimum-Phase Systems". गैर-न्यूनतम चरण प्रणालियों के लिए समानांतर फीडफॉरवर्ड कम्पेसाटर को स्थिर करने की कक्षा. doi:10.1115/DSCC2019-9240. ISBN 978-0-7918-5914-8. S2CID 214440404.
अग्रिम पठन
- Dimitris G. Manolakis, Vinay K. Ingle, Stephen M. Kogon : Statistical and Adaptive Signal Processing, pp. 54–56, McGraw-Hill, ISBN 0-07-040051-2
- Boaz Porat : A Course in Digital Signal Processing, pp. 261–263, John Wiley and Sons, ISBN 0-471-14961-6