第四章
Download
1 / 126

第四章 - PowerPoint PPT Presentation


  • 136 Views
  • Uploaded on

第四章. 根轨迹法. 主要内容. 4-1 根轨迹与根轨迹方程. 4-2 绘制根轨迹的基本法则. 4-3 开环零、极点变化时的根轨迹. 4-4 系统闭环零、极点分布与阶跃 响应的关系. 4-5 系统阶跃响应的根轨迹分析. 返回主目录. 基本要求. 1. 正确理解开环零、极点和闭环零、极点以及主导极点、偶极子等概念。 2. 正确理解和熟记根轨迹方程 ( 模方程及相角方程 ) 。熟练运用模方程计算根轨迹上任一点的根轨迹增益和开环增益。

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' 第四章' - kimo


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

第四章

根轨迹法


主要内容

4-1 根轨迹与根轨迹方程

4-2 绘制根轨迹的基本法则

4-3 开环零、极点变化时的根轨迹

4-4 系统闭环零、极点分布与阶跃

响应的关系

4-5 系统阶跃响应的根轨迹分析

返回主目录


基本要求

1.正确理解开环零、极点和闭环零、极点以及主导极点、偶极子等概念。

2.正确理解和熟记根轨迹方程(模方程及相角方程)。熟练运用模方程计算根轨迹上任一点的根轨迹增益和开环增益。

3.正确理解根轨迹法则,对法则的证明只需一般了解,熟练运用根轨迹法则按步骤绘制反馈系统开环增益K从零变化到正无穷时的闭环根轨迹。

返回子目录


4.正确理解闭环零、极点分布和阶跃响应的定性关系,初步掌握运用根轨迹分析参数对响应的影响。能熟练运用主导极点、偶极子等概念,将系统近似为一、二阶系统给出定量估算。

5.了解绘制零度根轨迹的思路、要点和方法。


闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。

根轨迹法根据反馈控制系统的开、闭环传递函数之间的关系,直接由开环传递函数零、极点求出闭环极点(闭环特征根)。这给系统的分析与设计带来了极大的方便。


定义闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。:根轨迹是指系统开环传递函数中某个参数(如开环增益K)从零变到无穷时,闭环特征根在s平面上移动的轨迹。

根据根轨迹所满足相角的不同又可将其分为

根轨迹和零度根轨迹。

4-1 根轨迹与根轨迹方程

一、根轨迹

返回子目录


例子闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。

  • 如图所示二阶系统,系统的开环传递函数为

图 4-1

(4-1)


  • 开环传递函数闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。有两个极点 。

  • 没有零点,开环增益为K。

  • 闭环特征方程为

  • 闭环特征根为

闭环传递函数为

(4-2)

(4-3)


从特征根的表达式中看出每个特征根都随闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。K的变化而变化。例如,设


如果把不同闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。K值的闭环特征根布置在s平面上,并连成线,则可以画出如图所示系统的根轨迹。

图 4-2


二、闭环零、极点与开环零、极点之闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。 间的关系

  • 如图所示系统闭环传递函数为

图 4-3

(4-4)


  • 将前向通道传递函数 表示为闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。

(4-5)


闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。4-6)

(4-7)

为前向通道增益, 为前向通道根轨迹增益

式中: 为反馈通道的根轨迹增益。


闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。4-8)


闭环传递函数闭环控制系统的稳定性和性能指标主要由闭环系统极点在复平面的位置决定,因此,分析或设计系统时确定出闭环极点位置是十分有意义的。

(4-10)

式中:

分别为闭环零、极点。


4 8 4 10

根轨迹法的任务是在已知开环零、极点分布的情况下,如何通过图解法求出闭环极点。

比较式(4-8)和式(4-10)可得出以下结论:


三、根轨迹方程闭环系统根轨迹增益等于系统前向通道的根轨迹增益。

  • 闭环特征方程

  • D(s)=1+G(s)H(s)=0 (4-11)

  • 闭环极点就是闭环特征方程的解,也称为特征根。

  • 根轨迹方程

    G(s)H(s)=-1 (4-12)

    式中G(s)H(s)是系统开环传递函数,该式明确表示出开环传递函数与闭环极点的关系。


M n n m 4 12

闭环系统根轨迹增益等于系统前向通道的根轨迹增益。4-13)

设开环传递函数有m个零点,n个极点,并假定n≥m,这时式(4-12)又可以写成:

不难看出,式子为关于s的复数方程,因此,可把它分解成模值方程和相角方程。


闭环系统根轨迹增益等于系统前向通道的根轨迹增益。4-14)

相角方程

(4-15)

模值方程


  • 在实际应用中,用闭环系统根轨迹增益等于系统前向通道的根轨迹增益。相角方程绘制根轨迹, 而模值方程主要用来确定已知根轨迹上某一点的 值。

注意

  • 模值方程不但与开环零、极点有关,还与开环根轨迹增益有关;而相角方程只与开环零、极点有关。

  • 相角方程是决定系统闭环根轨迹的充分必要条件。


已知系统的开环传递函数闭环系统根轨迹增益等于系统前向通道的根轨迹增益。

试证明复平面上点

是该系统的闭环极点。

证明:该系统的开环极点

若系统闭环极点为

例4-1

它们应满足相角方程(4-15)


闭环系统根轨迹增益等于系统前向通道的根轨迹增益。4-4

例4-1开环零、极点分布图


以 为试验点,可得闭环系统根轨迹增益等于系统前向通道的根轨迹增益。

(k=0)

  • 以 为试验点,观察上图,可得


可见, 都满足相角方程,闭环系统根轨迹增益等于系统前向通道的根轨迹增益。

所以, 点是闭环极点。

证毕


  • 已知系统开环传递函数 闭环系统根轨迹增益等于系统前向通道的根轨迹增益。

  • 当 变化时其根轨迹如图4-5所示,求根轨迹上点 所对应的K值。

解 根据模值方程求解 值。

图4-5

例4-2

模值方程


闭环系统根轨迹增益等于系统前向通道的根轨迹增益。4-5

  • 根据图4-5可得

所以


  • 根轨迹法可以在已知开环零、极点时,迅速求出开环增益(或其他参数)从零变到无穷时闭环特征方程所有根在复平面上的分布,即根轨迹。


4 值。-2 绘制根轨迹的基本法则

  • 一、根轨迹的分支数

  • 分支数=开环极点数

    • =开环特征方程的阶数

    • 二、根轨迹对称于实轴

  • 闭环极点为

  • 实数→在实轴上

  • 复数→共轭→对称于实轴

  • 返回子目录


    由根轨迹方程有: 值。

    三、根轨迹的起点与终点

    起于开环极点,终于开环零点。


    起点 值。

    终点

    若开环零点数m < 开环极点数n (有 个开环零点在无穷远处),则有( )条根轨迹趋于无穷远点。


    四、实轴上的根轨迹 值。

    实轴上根轨迹区段的右侧,开环零、极点数目之和应为奇数。

    证明:

    设一系统开环零、极点分布如图。

    图 4-6


    所以相角方程成立,即 是根轨迹上的点。 值。

    在实轴上任取一试验点 代入相角方程则

    图 4-6


    一般,设试验点右侧有l个开环零点,h个开环极点,则有关系式

    证毕

    所以,l-h必为奇数,当然l+h也为奇数。


    值。4-3

    • 设一单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)=K(s+1)/[s(0.5s+1)],求

    • 时的闭环根轨迹。

    解:将开环传递函数写成零、极点形式


    按绘制根规迹法则逐步进行: 值。

    • 法则一,有两条根轨迹。

    • 法则二,根轨迹对称于实轴

    • 法则三,两条根轨迹分别起始于开环极点0、-2,一条终于有限零点-1,另一条趋于无穷远处。

    • 法则四,在负实轴上,0到-1区间和-2到负无穷区间是根轨迹。

    最后绘制出根轨迹如图4-7所示。


    值。4-7

    例4-3根轨迹


    五、根轨迹的渐近线 值。

    渐近线与实轴正方向的夹角为

    渐近线与实轴相交点的坐标为


    解: 值。

    零点

    极点

    例4-4

    已知系统的开环传递函数

    试根据法则五,求出根轨迹的渐近线。




    值。4-9


    (a) 值。

    (b)

    (c)

    (d)

    对应的开环传递函数


    六、根轨迹的起始角和终止角 值。

    根轨迹的 终止角 是指终止于某开环零点的根轨迹在该点处的切线与水平正方向的夹角。

    根轨迹的 起始角 是指根轨迹在起点处的切线与水平正方向的夹角。


    终止角计算公式: 值。

    起始角与终止角计算公式

    • 起始角计算公式:


    值。4-5

    • 设系统开环传递函数

    试绘制系统概略根轨迹。

    解:将开环零、极点画在图4-12的根平面

    上,逐步画图:


    值。4-12

    例4-5根轨迹


    • n=2 值。,有两条根轨迹。

    • 两条根轨迹分别起始于开环极点 (-1,-j2),

    • (-1,+j2) ,终于开环零点 (-2-j) ,(-2+j)

    • 确定起始角、终止角。

    • 如图4-13所示。


    值。4-5根轨迹的起始角和终止角

    图4-13


    七、根轨迹的分离点坐标 值。d

    • 定义:几条(两条或两条以上)根轨迹在s平面上相遇又分开的点。

    • 若根轨迹位于实轴两相邻开环极点之间,则此二极点之间至少存在一个分离点。

    • 若根轨迹位于实轴两相邻开环极点之间,则此二极点之间至少存在一个会合点。


    式中: 为各开环零点的数值; 值。

    为各开环极点的数值。

    分离点的坐标d可由下面方程求得


    值。4-6

    • 已知系统的开环传递函数

    试求闭环系统的根轨迹分离点坐标d,并概略绘制出根轨迹图。


    解: 值。根据系统开环传递函数求出开环极点

    • 按步骤:

    • n=2,m=1,有两条根轨迹。

    • 两条根轨迹分别起于开环极点,终于开环零点和无穷远零点。

    • 实轴上根轨迹位于有限零点-1和无穷零点之间,因此判断有分离点。



    ⑥求分离点坐标d

    (舍去)


    此系统根轨迹如图 值。4-15所示。

    图4-15


    值。4-45)

    八、分离角与会合角

    所谓分离角是指根轨迹离开分离点处的切线与实轴正方向的夹角。

    分离角计算公式


    所谓 值。会合角是指根轨迹进入重极点处的切线与实轴正方向的夹角。

    式中:



    若有 条根轨迹进入 值。d点,必有 条根轨迹离开d点;

    条进入d点的根轨迹与 条离开d点的根轨迹相间隔;

    任一条进入d点的根轨迹与相邻的离开d点的根轨迹方向之间的夹角为 。

    分离角与会合角不必经公式计算,可以用下列简单法则来确定:

    因此只要确定了d点附近的一条根轨迹的方向,由上述规律就可以方便地确定d点附近所有的根轨迹方向,而确定d点附近根轨迹方向的方法可根据法则2 、法则4 或取试验点用相角条件来验证。


    九、根轨迹与虚轴的交点 值。

    • 如根轨迹与虚轴相交,则交点上的 值和 值可用劳思判据判定,也可令闭环特征方程中的 ,然后分别令其实部和虚部为零求得。


    值。4-7

    • 设系统开环传递函数为

      试绘制闭环系统的概略根轨迹。


    值。:按步骤画图。

    • 有4条根轨迹。

    • 各条根轨迹分别起于开环极点(0),(-3),(-1+j1),( -1-j1) ;终于无穷远。

    • 实轴上的根轨迹在0到-3之间。

    • 渐近线


    解方程得 值。

    (舍去)

    确定分离点d



    令 代入上式 值。

    解得

    确定根轨迹与虚轴的交点。

    闭环系统的特征方程为


    值。4-17 例4-7根轨迹


    十、根之和与根之积

    • 如果系统特征方程写成如下形式


    • 在开环极点已确定不变的情况下,其和为常值,因此, 的系统,当增益K的变动使某些闭环极点在s平面上向左 移动时,则必有另一些极点向右移动,这样才能保证极点之和为常值。这对于判断根轨迹的走向很有意义。

    Tips


    试画出 时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。

    例4-8

    • 已知单位负反馈系统开环传递函数为


    解: 时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。根据根轨迹绘制法则,按步计算:

    • n=4,有四条根轨迹;

    • 起始于开环极点(0),(-20),(-2-j4),

      (-2+j4),终于无穷远处;

    • 实轴上的根轨迹在(0,-20)区间;

    • n=4,m=0,则有4条根轨迹趋于无穷远,它们的渐近线与实轴的交点和夹角为


    时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。


    解得 时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。

    根轨迹的起始角。

    • 分离点坐标 。


    系统特征方程 时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。

    代入

    解得

    则两个闭环极点

    根轨迹与虚轴交点。


    此时 时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。特征方程为

    利用综合除法,可求出其他两个闭环极点


    时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。4-19 例4-8根轨迹图


    常见闭环系统 时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。

    根轨迹图

    图 4-18


    设系统开环传递函数为 时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。

    闭环特征方程为

    (4-55)

    (4-56)

    4-3 开环零、极点变化时的根轨迹

    一、开环零点变化时的根轨迹

    等效变换成

    返回子目录


    时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。

    (4-57)

    显然,利用式(4-57)就可以画出关于零点变化的根轨迹,它就是

    开环零点变化的根轨迹。


    试画出 从 变化时的闭环概略根轨迹。 时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。

    例4-9

    已知负反馈系统的开环传递函数为


    系统的特征方程为: 时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。

    等效开环传递函数为

    绘出的根轨迹如右图所示。

    图 4-20


    现在研究 变化的根轨迹。 时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。

    根据上式可画出 变化时的根轨迹。

    二、开环极点变化时的根轨迹

    • 设一负反馈系统的开环传递函数为

    • 等效开环传递函数为


    时的闭环系统的概略根轨迹,并求出 时的闭环传递函数及闭环极点。4-10

    已知系统的开环传递函数为

    试绘制当开环增益K为 时,时间常数 变化时的根轨迹。

    解:


    按照常规根轨迹的绘制法则可绘制出根轨迹如图按照常规根轨迹的绘制法则可绘制出根轨迹如图4-21所示。

    系统特征方程为

    等效开环传递函数为

    等效开环传递函数有3个零点,即 0,0,

    -1 ;2个极点,不同K值可计算出不同极点。


    按照常规根轨迹的绘制法则可绘制出根轨迹如图4-21 例4-10根轨迹图


    三、按照常规根轨迹的绘制法则可绘制出根轨迹如图零度根轨迹

    如果系统的根轨迹方程的右侧不是“-1”而是“+1”,这时根轨迹方程的模值方程不变,而相角方程右侧不再 是 ,而是 ,因此这种根轨迹称为零度根轨迹。

    图 4-22


    特征方程按照常规根轨迹的绘制法则可绘制出根轨迹如图

    根轨迹方程

    设某正反馈系统如下所示。

    图 4-23


    从而相角方程及模值方程相应为按照常规根轨迹的绘制法则可绘制出根轨迹如图


    计算公式不变。按照常规根轨迹的绘制法则可绘制出根轨迹如图

    使用常规根轨迹法绘制零度根轨迹时,对于与相角方程有关的某些法则要修改

    • 实轴上某一区域,若其右方开环实数零、极点个数之和为偶数,则该区域必是根轨迹。

    • 根轨迹的渐近线


    除上述四个法则外,其他法则不变。按照常规根轨迹的绘制法则可绘制出根轨迹如图

    根轨迹的起始角与终止角

    • 分离角与会合角


    试绘制开环系统根轨迹增益 变化时的根轨迹。

    例4-11

    图 4-23

    • 正反馈系统的结构图如图所示,其中


    变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。

    • 实轴根轨迹在 区间内。

    起始于开环极点

    终止于开环零点

    解:

    该系统是正反馈系统。


    变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。4-24

    例4-11根轨迹图


    由开环 变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。

    →闭环极点的根轨迹

    确定闭环传函

    求闭环极点

    闭环系统动态性能

    4-4 系统闭环零、极点分 布与阶跃响应的关系

    主要任务:

    返回子目录


    一、用闭环零、极点表示的阶跃响应表达式 变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。

    N阶系统的闭环传递函数可写为:


    R t 1 t
    设输入为单位阶跃: 变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。r(t)=1(t),有:

    假设(s)中无重极点,上式分解为部分分式


    变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。4-74)

    将C(s)表达式进行拉式逆变换得

    • 从上式看出,系统单位阶跃响应将由闭环极点及系数决定,而系数也与闭环零、极点分布有关。


    • 稳定性 变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。

    所有闭环极点位于s平面的 左半部。

    • 复数极点设置在s平面中

    • 与负实轴成 夹角线附近;

    二、闭环零、极点分布与阶跃响应、 的定性关系

    平稳性


    动态过程尽快消失 变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。

    小,闭环极点之间间距大,零点与极点间间距小。

    快速性

    闭环极点远离虚轴;


    三、主导极点和偶极子 变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。

    • 主导极点:就是对动态过程影响占主导地位的极点,一般是离虚轴最近的极点。


    变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。

    • 偶极子:就是一对靠得很近的闭环零、极点。


    四、利用主导极点估算系统的性能指标 变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。

    • 既然主导极点在动态过程中起主要作用,那么,计算性能指标时,在一定条件下就可以只考虑暂态分量中主导极点对应的分量,将高阶系统近似看做一、二阶系统,直接应用第三章中计算性能指标的公式和曲线。


    试近似计算系统的动态性能指标 。 变化时的根轨迹是零度根轨迹。利用零度根轨迹法则绘制该系统的闭环根轨迹。

    解:

    这是三阶系统,有三个闭环极点

    其零、极点分布如图4-25所示。

    例4-12

    • 某系统的闭环传递函数为


    极点 离虚轴最近,所以系统的主导极点为 ,而其他两个极点可以忽略。

    图4-25


    这时系统可以看做是一阶系统。 ,而其他两个极点可以忽略。

    传递函数为

    式中:T=0.67s。

    根据时域分析可知:

    一阶系统无超调,

    调节时间


    ,而其他两个极点可以忽略。4-13

    • 系统闭环传递函数

    • 试估计系统的性能指标。


    解: ,而其他两个极点可以忽略。

    闭环零、极点分布如图(4-26)所示。

    图4-26


    系统近似为二阶系统 ,而其他两个极点可以忽略。

    对应性能指标


    ,而其他两个极点可以忽略。4-14

    • 已知系统开环传递函数为

    • 试应用根轨迹法分析系统的稳定性,并计算闭环主导极点具有阻尼比0.5时的性能指标。


    ,而其他两个极点可以忽略。4-27

    根轨迹图

    图4-27

    根轨迹图

    解:

    按步骤作出系统的根轨迹,如图4-27所示。


    在平面上画出 时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。

    已知系统闭环特征方程及两个极点,用长除法求出第三个极点 。

    分析系统稳定性

    • 使系统稳定的开环增益范围是


    系统闭环传递函数近似为二阶系统 时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。

    二阶系统在单位阶跃信号作用下的性能指标:


    • 时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。4-15已知系统结构如图所示。 试画出当 由 时的闭环根轨迹,并分析 对系统动态过程的影响。

    4-5 系统阶跃响应的根轨迹分析

    图 4-28

    返回子目录


    解: 时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。

    • 系统开环传递函数有两个极点0,-2;有一个零点-4。

    • 此类带零点的二阶系统的根轨迹,其复数部分为一个圆,其圆心在开环零点处,半径为零点到分离点的距离。

    • 根轨迹如图4-29所示。


    • 时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。4-29


    系统根轨迹分离点 时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。

    • 对应开环增益

    当开环增益在(0~0.686)内,闭环为两个负实数极点,系统在阶跃信号下响应为非周期的。

    当开环增益在(0.686~23.4)内,闭环为一对共轭复数极点,其阶跃响应为振荡衰减过程。


    3. 时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。当开环增益在 内,闭环又为负实数极点,其阶跃响应又为非周期的。

    下面求系统最小阻尼比对应的闭环极点。

    过原点做与根轨迹圆相切的直线,此切线与负实轴夹角的余弦即为系统的阻尼比。

    图 4-29


    系统阶跃响应具有较好的平稳性。 时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。

    对应闭环极点

    图 4-29


    时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。4-16

    单位反馈系统的开环传递函数

    试绘出闭环系统的根轨迹。


    0 0 10

    时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。4-30

    解:此系统开环有三个极点0, 0,和-10

    按步骤作出系统的根轨迹,如图4-30所示。


    图中两条根轨迹位于 时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。s平面右半部,即闭环始终有两个右极点。说明开环增益无论取何值,系统均不稳定。

    若在系统中附加一个负实数零点z1,用来改善系统的动态性能,则系统的开环传递函数为


    时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。4-31 附加零点后的根轨迹


    时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。4-31


    时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。4-32 附加零点后的根轨迹


    时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。

    使


    T 时的阻尼线。阻尼线与根轨迹交点的坐标设为 ,从图上测得 ,与之共轭的复数极点为 。

    简化处理

    法则

    系统性能指标

    一、二阶系统

    开环传递函数零、极点

    pi ,zi

    闭环根轨迹

    (加上闭环零点)

    定性分析,

    求K的取值范围

    本章总线索

    “法则”是指绘制根轨迹的基本法则,“简化处理” 是指利用主导极点和偶极子的概念,将高阶系统近似地看成一阶或二阶系统。“定性分析”可以包含阶跃响应的不同形式对K取值的要求,例如阶跃响应单调收敛,振荡收敛,最佳阻尼比,系统稳定等。


    ad