經典控制理論中,如何通俗的解釋勞斯判據 根軌跡法 奈奎斯特判據?以及他們相比波德圖的侷限性或者優勢?

時間 2021-06-05 05:53:37

1樓:

Middlebrook判據

一種簡單的穩定性判據:

對於上兩節提到的最小環路增益,需要滿足:

在復平面上表示為:

優點:簡單,只需考慮子系統輸入、輸出阻抗的幅值缺點:過於保守,對於有無限相位裕度的系統來說,是一種保守的設計

2樓:皓月繁星

說說根軌跡吧,希望大家批評指正。經典理論中,主要研究的是二階線性系統,該模型很適用於PID控制方法。根軌跡和伯德圖一方面可以判據系統穩定性,更重要的是根據閉環系統的瞬態響應要求,對其根軌跡形態和頻率響應形態進行設計。

這裡一定要注意的是,根軌跡是根據開環傳遞函式零極點位置來繪製出,開環增益K從0到正無窮對應的閉環傳遞函式根軌跡影象。幾個要素,繪製的依據是開環傳遞函式,影象是閉環傳遞函式極點軌跡(這裡的極點又稱作系統特徵方程的根)。在設計時,首先保證主區域內的二階特性,然後可以增加靠近原點點附近的極點來減小穩態誤差,相應的增加原點附近的零點來減小該極點對軌跡形態的影響。

然後,可以根據閉環系統瞬態響應的要求,繪製出臨界阻尼比直線和固有頻率圓來判斷閉環系統在不同K值下的瞬態響應情況。這裡的阻尼比和固有頻率的臨界值,可以根據二階的穩定時間,峰值時間,超調量的公式分別求出來。如果發現,軌跡上的K值不能滿足要求,即比例和積分控制無法滿足,那麼必需修正軌跡的形狀來滿足要求,這裡可以通過增加主頻域左側較遠處的零極點數量來修正其形狀,使其滿足瞬態響應要求,這叫做PID控制。

總之,在設計時,要記住零點對主頻區的根軌跡有排斥作用,極點對主頻區的根軌跡有吸引作用。

3樓:星辰

狹義根軌跡發主要針對系統的根軌跡增益變化時,通過做出系統極點隨根軌跡增益的變化時,形成的軌跡線來判斷系統穩定性,系統若想穩定,則極點必須在S平面左側區域,通過計算出根軌跡和虛軸交點處根軌跡增益的大小,確定穩定時的最大根軌跡增益

4樓:

嚴格來說,「G(s)H(s)平面的D型曲線軌跡逆時針包圍(-1,j0)的圈數N等於G(s)H(s)在右邊平面的極點個數P,即N=-P知Z=0」 若改為:G(s)H(s)平面的D型曲線軌跡對映到G(jw)H(jw)平面的曲線逆時針包圍(-1,j0)的圈數N等於G(s)H(s)在右邊平面的極點個數P,即N=P知Z=P-N=0更為妥當。或者你原話中逆時針改為順時針也可。

5樓:風清

自己挖的坑,自己來埋。先說自己比較有把握的:對乙個確定的線性定常系統G(s)而言,當輸入訊號為諧波訊號()後,其輸出

一般而言(假定系統無重極點),上述可寫為(Laplace逆變換)

,式中為系統特徵值的根,、B、(與B互為共軛複數)為因式分解的待定係數。

對於穩定系統而言,必須保證有負實部,只有這樣輸出訊號才能衰減,趨於穩定。(上述公式也可看出,線性系統是否穩定取決於內部因素G(s),與輸入無關

對於高階系統,直接求解系統特徵值比較困難,因此衍生出一系列的不求特徵值即可以判定是否具有負實部的方法:

Routh判據:針對系統特徵方程序(閉環傳遞函式分母)根與係數關係,構造勞斯矩陣,即矩陣第一列元素全為正,則說明無正實部,另外第一列元素變號的次數等於正實部特徵根的個數。Routh判據最大的缺陷是,遇到前向通道有延遲環節的系統,無法判斷

且不能定量分析系統的穩定裕度。

Nyquist判據:其數學基礎是復變函式的幅角原理。即,[s]平面的封閉曲線包圍著單值連續正則函式F(s)的Z個零點(P個極點),則F(s)=1+G(s)H(s)平面內的對映曲線將繞原點順時針(逆時針)轉Z圈(P圈)。

分析閉環系統穩定充要條件:特徵方程1+G(s)H(s)=0的根只有負實部,等價於1+G(s)H(s)=0在[s]右半邊平面沒有零點。

應用幅角原理,假定F(s)=1+G(s)H(s) 有Z個零點與P個極點。在[s]平面做一條D型曲線(整個虛軸加右邊平面無窮大圓構成,順時針。遇極點在原點或虛軸上,做無窮小圓逆時針繞過),則當s在[s]平面繞D型曲線軌跡一圈,在[F(s)]平面上的對映曲線順時針包圍原點Z-P圈。

進一步分析,將[F(s)]平面虛軸右移乙個單位得到G(s)H(s)平面。得到Nyquist判據:G(s)H(s)平面的D型曲線軌跡逆時針包圍(-1,j0)的圈數N等於G(s)H(s)在右邊平面的極點個數P,即N=-P知Z=0。

易知,Nyquist針對開環傳遞函式G(s)H(s).此外,上述結論針對延遲環節併聯在前向通道的系統,Nyquist判據拓展為 G(s)H(s)平面(不考慮延遲環節)的D型曲線軌跡逆時針不包圍延遲環節(無交點)。若串聯,則正常適用普通Nyquist判據。

Bode圖判據:Bode圖與Nyquist圖是一一對應的對映關係。Nyquist圖單位圓對應Bode圖0分貝線; Nyquist圖負實軸對應Bode圖的-180°線。

因此,Nyquist判據進化為Bode圖判據:在

過程中,在開環幅頻特性為正值的範圍內(對應於Nyquist判據中軌跡在單位圓外),開環對數幅頻特性對-180°正負穿越次數之差為P/2(逆時針包圍(-1,j0)圈數) ,閉環系統穩定。其中,P為G(s)H(s)極點個數。

相比於Nyquist判據,Bode圖判據優點在於:Bode圖可以漸近線方式作出(因式分解);根據漸近線作圖,可粗略判定系統穩定性以及穩定裕度;可以明顯確定造成系統不穩定的環節,便於引數合適選取與校正;調節開環增益K,只需要幅頻特性上下平移即可。

根軌跡法,沒詳細了解,下次補上。

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