Abbiamo già detto più volte
che la funzione di trasferimento G(p) di un sistema lineare è, per
definizione, il rapporto dei polinomi N(p) e D(p) che identificano il modello
ARMA del sistema
Il Teorema 23 permette di concludere che G(p) è la funzione di trasferimento della sola parte raggiungibile e osservabile del sistema, cioè ![]() dove Nb(p) e lb(p) sono i polinomi che individuano il modello ARMA della parte raggiungibile e osservabile. Gli zeri dei polinomi Nb(.) e lb(.) si chiamano, rispettivamente, zeri e poli della funzione di trasferimento (o del sistema) e sono indicati con zi e pi. La funzione di trasferimento di un sistema proprio con parte raggiungibile e osservabile di dimensione n può allora essere scritta nella forma dove dove rsi chiama costante di trasferimento. Poli e zeri hanno grande importanza in tutta una serie di problemi relativi alla teoria dei sistemi e del controllo. Vedremo tra poco che è di particolare interesse sapere se in un sistema a tempo continuo [discreto] poli e zeri hanno parte reale negativa [modulo minore di 1]. Come si dice in gergo, interessa cioè sapere se poli e zeri sono "stabili". Da quanto detto sulla scomposizione in parti, segue
che i poli della funzione di trasferimento sono gli autovalori della parte
raggiungibile e osservabile, per cui (vedi Teorema 22) un sistema
risulta esternamente
stabile se e solo se i suoi poli sono stabili. È questo il criterio
universalmente usato per discutere la stabilità dei sistemi descritti
in termini di funzioni di trasferimento. Inoltre, l'uscita di un sistema
risulta limitata per ogni ingresso limitato e per ogni stato iniziale se
e solo se i suoi poli sono stabili e la parte (d) non raggiungibile e osservabile
è asintoticamente stabile. In tali condizioni, risolvendo rispetto
a ![]() per diverse condizioni iniziali, si ottengono diverse soluzioni se e solo se i poli del sistema sono stabili. Per comprendere il ruolo degli zeri
nella dinamica di un sistema lineare è necessario far riferimento
a un risultato decisamente meno noto di quelli appena ricordati per
i poli. Questo risultato afferma che un sistema lineare
Dette G1(p) e G2(p) le funzioni di trasferimento dei due sottosistemi, dalla formula si deduce allora che i poli di G2(p)
sono gli zeri di G(p). Pertanto, se Se il sistema in linea di andata è inizialmente
scarico ( Sistemi senza zeri o con zeri stabili sono sistemi senza ingressi nascosti o con ingressi nascosti che tendono asintoticamente a zero (con rapidità legata allo zero "dominante"). Questi sistemi sono anche detti "a sfasamento minimo". Sistemi a sfasamento non minimo hanno, invece, zeri instabili e, quindi, ingressi nascosti illimitati (o, comunque, non tendenti a zero). Dalla conoscenza della sola uscita di un sistema
lineare completamente raggiungibile e osservabile si può così
ricostruire l'ingresso, a meno degl ingressi nascosti. Ma poichè
questi tendono a zero per che questa volta deve però essere risolto rispetto ad u(t). Nel caso di un sistema a tempo discreto, ciò corrisponde a risolvere ricorsivamente l'equazione ![]() rispetto a Naturalmente il problema degli ingressi
nascosti e della ricostruzione dell'ingresso dall'uscita si pone anche
nel caso il sistema abbia la parte non raggiungibile e osservabile. In
questo caso, ricordando quanto detto nel secondo paragrafo (cioè
tenendo presente la Fig. 2 oltre che la Fig. 19), si perviene
allo schema di Fig. 20.
Tale schema a blocchi mostra che gli ingressi nascosti sono di due tipi: quelli "generati" dagli zeri del sistema (poli di G2(p)) e quelli "generati" dagli autovalori della parte non raggiungibile e osservabile (zeri del polinomio Dd(p). Pertanto, affinché gli ingressi nascosti tendano a zero al passare del tempo, è necessario che il sistema, oltre ad essere a sfasamento minimo, abbia anche la parte non raggiungibile e osservabile asintoticamente stabile. In queste condizioni l'ingresso può essere ricostruito risolvendo rispetto ad u(t) l'equazione del modello ARMA non ridotto ![]() o, alternativamente, quella del modello ARMA ridotto Quanto visto in questo paragrafo si può riassumere notando che poli e zeri hanno ruoli in un certo senso duali. Infatti, sui tempi lunghi, l'uscita di un sistema completamente raggiungibile e osservabile si può calcolare, a partire dal suo ingresso, anche senza conoscere lo stato iniziale purché i poli del sistema siano stabili (esterna stabilità). Dualmente, sui tempi lunghi, l'ingresso di un sistema completamente raggiungibile e osservabile si può calcolare, a partire dalla sua uscita, anche senza conoscere lo stato iniziale purché gli zeri del sistema siano stabili (sfasamento minimo). Detto in altre parole, la stabilità dei poli fa sì che diventi trascurabile al passare del tempo il movimento libero, mentre la stabilità degli zeri fa sì che diventino trascurabili gli ingressi nascosti. Il lettore è invitato a riformulare queste osservazioni per il caso più generale dei sistemi con parte non raggiungibile e osservabile. |
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