如何在 MIMO 系统中使用 scipy 信号

Question

我正在寻找一种方法来模拟各种输入信号的信号输出。更准确地说，我有一个由其传递函数 H 定义的系统，该系统接受一个输入并具有一个输出。我生成了几个信号（存储在一个 numpy 数组中）。我想做的是获得系统对每个输入信号的响应，而不使用 for 循环。有没有办法继续？下面是我目前写的代码。

from __future__ import division
import numpy as np
from scipy import signal

nbr_inputs = 5
t_in = np.arange(0,10,0.2)
dim = (nbr_inputs, len(t_in))

x = np.cumsum(np.random.normal(0,2e-3, dim), axis=1)
H = signal.TransferFunction([1, 3, 3], [1, 2, 1])
t_out, y, _ = signal.lsim(H, x[0], t_in) # here, I would just like to simply write x

感谢您的帮助

Answer 1

这不是 MIMO 系统，它是 SISO 系统，但您有多个输入。

您可以创建一个 MIMO 系统并一次性应用所有输入，这些输入将逐个通道但同时进行计算。此外，您还不能将scipy.signal.lsim 用于 MIMO 系统。您可以使用其他选项，例如python-control（如果您有slycot 扩展名，否则再次没有MIMO）或harold，如果您有Python 3.6 或更高版本（免责声明：我是作者）。

import numpy as np
from harold import *
import matplotlib.pyplot
nbr_inputs = 5
t_in = np.arange(0,10,0.2)
dim = (nbr_inputs, len(t_in))

x = np.cumsum(np.random.normal(0,2e-3, dim), axis=1)

# Forming a 1x5 system, common denominator will be completed automatically
H = Transfer([[[1, 3, 3]]*nbr_inputs], [1, 2, 1])

关键字per_channel=True 将第一个输入应用于第一个通道，将第二个输入应用于第二个，依此类推。否则返回组合响应。您可以通过玩弄它来检查形状以了解我的意思。

# Notice it is x.T below -> input shape = <num samples>, <num inputs>
y, t = simulate_linear_system(H, x.T, t_in, per_channel=True)

plt.plot(t, y)

这给了