¿Es útil el diagrama de Nyquist en la ingeniería eléctrica real?

Actualmente estoy haciendo un curso sobre teoría de control lineal, y estamos cubriendo Nyquist Plot para estudiar la fase y el margen de ganancia.

Me encuentro incapaz de apreciar este concepto. Uno, la prueba del criterio de Nyquist es muy poco intuitiva para mí, algo sobre rodear el origen muchas veces. En segundo lugar, casi nunca se usa fuera de un curso sobre teoría básica de control en cualquier otro curso que haya tomado hasta ahora. He preguntado a los profesores asistentes por el curso y me han dicho que nunca han visto ninguna aplicación de la trama de Nyquist en la vida real o en su investigación personal.

Rápidamente busqué algunas aplicaciones potenciales en el diagrama de Nyquist en bases de datos como IEEE Explore. Desde 1948 hasta 2018, solo 272 casos en los que se utilizó la trama de Nyquist en un artículo publicado

ingrese la descripción de la imagen aquí

De manera similar para el diagrama de Nyquist

ingrese la descripción de la imagen aquí

Y solo estamos hablando de documentos, que son de naturaleza teórica, y muy pocos de estos documentos se convierten en un hardware de ingeniería útil. No quiere decir que muchos de estos papeles sean de muy baja calidad.

En comparación, el concepto mucho más reciente de Desigualdad de matriz lineal (también utilizado en la teoría de control, que no se nos enseña) se cita más de diez mil veces.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Un comentarista también dijo que mi resultado de búsqueda de LMI está sesgado, porque se parece más a una propiedad matemática que a una herramienta de control, que puede incluir documentos que no están relacionados con el control. ¿Qué hay del "control predictivo del modelo"?

ingrese la descripción de la imagen aquí

No puedo dejar de preguntarme si el gráfico de Nyquist es o no tan útil en la ingeniería eléctrica moderna.

Claro, si quisiera diseñar un circuito con un solo capacitor y un solo inductor, potencialmente podría usar el diagrama de Nyquist para establecer los parámetros para garantizar la estabilidad. Pero en la era de las supercomputadoras, GPU, CPU con miles de millones de transistores, todo este concepto parece estar desactualizado y, para decirlo sin rodeos, inútil.

¿Alguien ha visto un complot de Nyquist en el diseño de un sistema de control real como un robot humanoide? ¿Para un enjambre de quadrocopters? ¿Alguien ha usado un diagrama de Nyquist en el diseño de autos sin conductor, o rover a Marte? Parece que lo que nos enseñan en la escuela no se ha puesto al día con las aplicaciones del mundo real.

¿Puede alguien señalar alguna aplicación realista de la trama de Nyquist y el criterio de estabilidad de Nyquist (si corresponde)?

No estoy seguro de cuál es tu pregunta, pero las tramas de Nyquist son más que útiles.
@JonRB ¿Cuáles son esas aplicaciones?
Margen de estabilidad, respuesta de frecuencia
Nunca los usé tampoco, pero podría haberlo hecho o tal vez debería haberlo hecho. Debido a las no linealidades, utilicé otros métodos.
¿Quizás tu búsqueda está sesgada? ¿Cuántos resultados obtendrías para "raíz cuadrada" o para "principio de superposición"?
@SredniVashtar ¿Qué tan sesgado puede ser si lo busco en la base de datos IEEE? Si la base de datos IEEE solo muestra alrededor de 200-300 artículos para el diagrama de Nyquist durante media década, ¿qué puede significar esto?
¿Que no aparecen en el título ni en el resumen, pero que, sin embargo, podrían usarse dentro de los artículos?
@SredniVashtar Lo mismo ocurre con la trama de Nyquist y el diagrama de Nyquist.
"Principio de superposición" devuelve 365 resultados (817 si busca "superposición" y "principio"). ¿Deberíamos deducir que el principio de superposición casi no se utiliza en absoluto?
@SredniVashtar Se usa implícitamente, como con muchas propiedades matemáticas, como la suposición de un campo real o la continuidad de una señal subyacente. Mientras que el diagrama de Nyquist siempre se usa explícitamente. Nadie oculta el hecho de que usaron el diagrama de Nyquist en sus trabajos ni hace una referencia de pasada para decir que se obtuvo algún resultado a través del diagrama de Nyquist. Siempre lo incluyen. ¿Usas el diagrama de Nyquist para algo? Si es así, házmelo saber, de lo contrario, no veo tu punto.
Mi punto es que no aparecen porque no ponen esas palabras en el título y el resumen. Ve a la página de búsqueda avanzada y descubrirás que si buscas en el texto encontrarás unas 25 mil referencias de gráficos nyquist ieeexplore.ieee.org/search/…
@SredniVashtar ¡El resultado de la búsqueda empeoró aún más! Abrí un artículo en la primera página de su enlace que me pareció interesante titulado "Desafíos para lograr un alto rendimiento en Boost PFC Converter". El único lugar donde hacen referencia al diagrama de Nyquist fue en la oración, "Las técnicas de control clásicas como el diagrama de Bode, el lugar geométrico de las raíces, los criterios de Nyquist, etc., solo se pueden aplicar en sistemas lineales invariantes en el tiempo". No tiene nada que ver con las tramas de Nyquist. O qué tal el primer artículo en su enlace. La única referencia fue "respuesta de amplitud de la spline por encima del límite de Nyquist"
Mala suerte. Prueba con los 23 mil papeles restantes.
@SredniVashtar ¿Por qué estás tan a la defensiva? ¿Estás tan a la defensiva con respecto a la triboelectricidad o los tubos de vacío? Por favor, hágamelo saber cuando empiece a trabajar con diagramas de Nyquist.
No estoy a la defensiva, solo señalé la falla en su razonamiento: el hecho de que no aparezcan en los metadatos no significa que no se usen. Los gráficos de Nyquist son solo herramientas, más o menos equivalentes a los gráficos de Bode y los gráficos de Nichols. Es principalmente una cuestión de gustos cuál usar: en ingeniería electrónica, los diagramas de Bode se usan para deducir la estabilidad de los amplificadores de retroalimentación. Dado que son más fáciles de entender y también brindan una mejor vista del ancho de banda del amplificador, no sorprende que su uso esté más extendido. Los ingenieros de control pueden encontrar una mejor herramienta en el diagrama de Nyquist o Nichols.
@SredniVashtar Es solo una métrica. ¿Qué pasa con los dos comentaristas "Tony Stewart EE desde 1975" y "Sparky256" que nos dicen explícitamente que nunca han usado la trama de Nyquist? ¿Qué pasa con mis TA que nunca han usado el diagrama de Nyquist? ¿Qué pasa con el hecho de que solo hay 70 preguntas sobre la trama de Nyquist en este mismo foro y todas son teóricas? La métrica IEEE solo sirve para confirmar mi sospecha existente. No tiene sentido defender algo que no es útil. Mi pregunta es si mi corazonada sobre la utilidad de la trama de Nyquist es válida o no.
Como dije, en su mayoría son equivalentes a los de Bode y Nichols. Pero para comprenderlos se necesita una base más firme de análisis complejo (es decir, comprender por qué es importante ese "envolvimiento", qué es un residuo, cómo integrarse en el plano complejo). Dado que puede faltar esa base, es más fácil recurrir a los diagramas de Bode más o menos equivalentes para hacer más o menos las mismas cosas. Especialmente cuando hay computadoras capaces de graficar con alta precisión y sistemas como amplificadores de retroalimentación conducen a funciones de transferencia simples con un margen de fase fácilmente legible.

Respuestas (4)

Respuesta corta (consideraciones básicas):

(1) El diagrama de Nyquist demuestra por qué lo que importa es la GANANCIA DE BUCLE (en lo que respecta a la estabilidad)

(2) Es el gráfico de Nyqist el que explica POR QUÉ tenemos algo así como un límite de estabilidad (aplicación del teorema del residuo de Cauchy)

(3) Los criterios de estabilidad basados ​​en el gráfico BODE se derivan del gráfico de Nyquist (dibujo separado de magnitud y fase)

(4) Solo el gráfico de Nyquist muestra por qué tenemos algo así como estabilidad "condicional" (función de transferencia de bucle abierto con un pol en el semiplano derecho)

(5) Además de la fase resp. margen de ganancia tenemos otro margen (combinación de ambos): Margen vectorial. Este margen puede definirse y explicarse únicamente sobre la base del diagrama de Nyquist.

(6) Necesitamos el diagrama de Nyquist para encontrar el punto (la frecuencia) donde la retroalimentación negativa se convierte en retroalimentación positiva.

Si planea dominar los sistemas de control que son mucho más complicados que un amplificador operacional o un SMPS, querrá dominar los criterios de estabilidad de Nyquist. Pero es posible que no tengas que hacerlo ahora, sino cuando alguien te paga para usarlo. Pero es posible que no tenga tiempo para aprenderlo, debido a las presiones del tiempo, así que si le gusta, aprenda ahora.

ingrese la descripción de la imagen aquíingrese la descripción de la imagen aquíingrese la descripción de la imagen aquíingrese la descripción de la imagen aquíingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquíingrese la descripción de la imagen aquí

Link de referencia

Tal vez pueda vincular a Brian Douglas en su respuesta, ya que sus videos son extremadamente útiles para cubrir los conceptos básicos de la teoría del sistema de control y ya proporcionó material de él. Personalmente, creo que agregaría valor a la respuesta.
Ya incluí el enlace.
pero aquí hay más google.com/…

La función de transferencia de un "sistema" se puede utilizar para generar: -

  • Un diagrama de Bode (amplitud y fase versus frecuencia)
  • Un gráfico de Nyquist (amplitud y fase complejas)

Cualquiera de los dos puede usarse para predecir las mismas cosas, excepto que tiendo a ver diagramas de Nyquist reales con información faltante, es decir, a veces no se agregan notas que le indiquen que un "matiz" particular del diagrama está en tal o cual frecuencia. Esto puede ser frustrante.

Por esta razón, me alejo de ellos y me quedo con el diagrama de Bode porque para mí expresa todo lo que debe expresar un diagrama de Nyquist y, además, prefiero trabajar directamente con valores numéricos de: -

  • Margen de fase
  • Margen de ganancia

Ambos son directamente extraíbles del diagrama de Bode.

Desde 1948 hasta 2018, solo 272 casos en los que se utilizó la trama de Nyquist en un artículo publicado

No me sorprende en absoluto, pero sería interesante comparar esto con una búsqueda de uso de diagramas de Bode durante el mismo período.

Entiendo su pregunta porque también uso la misma técnica de reducción al absurdo para estimular el debate. Claramente, un diagrama de Nyquist no define las características operativas de los 2 millones de líneas de código C para (Mars) Curiosity.

Pero, ¿puede pensar en una forma de usar una GPU de mil millones de transistores para duplicar el voltaje de una pequeña señal sinusoidal de 1MHz? ¿Podrían ser más apropiados los amplificadores operacionales estables? ¿Y sería adecuada una disposición simple de condensadores inductores para suavizar la potencia de su GPU especificada de manera inapropiada?

“Pequeños movimientos, Roy. Pequeños movimientos.

¿A qué te refieres con reducción al absurdo? El diagrama de Nyquist es un método gráfico para determinar la estabilidad de un sistema. ¿A los ingenieros no les importa la estabilidad cuando diseñan circuitos de transistores o vehículos exploradores de Marte? Si lo hacen, y espero que lo hagan, ¿dónde están las aplicaciones de la trama de Nyquist para este propósito?
En la búsqueda de la integridad del sistema, de sistemas que no fallen incluso después de 10 años en Marte, la comprensión de los fundamentos ----- las diversas perillas y palancas, y cómo la degradación del sistema puede fluir a lo largo de los años ----- y elegir la operación condiciones con alta robustez requiere una competencia sutil.
a pesar de que los modelos de duración de la batería no alcanzaron la vida útil calculada en Marte
¿Es útil el diagrama de Nyquist en la ingeniería eléctrica real?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v