根轨迹基本概念

根轨迹:系统开环传递函数某一参数从0到无穷大变化时,闭环极点即特征方程的根的轨迹。

相角条件与K无关,故为s是根轨迹上的点的充分必要条件;

而幅值条件则是用来确定,根所对应的K;

根轨迹的绘制规则(负反馈系统)

起于开环极点或无穷远处终于开环零点或无穷远处(利用K=0,与K=无穷即可证明,s分别对应极点和零点);

根轨迹的分支数=max{极点数,零点数},实轴上的根轨迹分支连续变化;

根轨迹渐近线条数=零点数与极点数之差。渐近线与实轴交点为:

(极点之和-零点之和)/(极点数-零点数);

根轨迹分会点:dK/ds=0(必要不充分条件,一般都符合);

起始角终止角:一般是共轭极点/零点时设定一个靠近该极点的点,利用相角条件,算出起始、终止角;

分会角:+-(2k+1)/(离开或聚合的根轨迹分支数);

根轨迹与虚轴交点:带jw入G(s),令实部为零,求得虚部即可;

根之和:大致是一部分极点向左移则一定有一部分极点向右移;

3.根轨迹分析系统性能

3.1根轨迹分析系统动态性能

闭环极点全部在左半平面的实轴上,则系统有两个不相等的负实根,为过阻尼状态,动态响应为非周期单调变化的;

若离虚轴最近的极点是一对共轭极点,则系统有一对共轭复根,为欠阻尼状态,单位阶跃响应为振荡衰减,且K越大,系统超调越大;

若仅一个负实轴上的点,则系统有两个相等的负实根,为临界阻尼状态,单位阶跃响应为非周期状态;

系统动态性能指标可采用主导极点来估算(主导极点为离虚轴最近且周围无零点的极点)。

3.2根轨迹分析系统稳定性与稳态性能

根轨迹确定后,K便确定,K确定后稳态误差即可确定,即稳态性能可以确定

稳定性:根轨迹全部在s平面左半平面则系统稳定

3.2开环零点对根轨迹及系统稳定性的影响

稳定系统的极点均在左半平面,故第一项小于零,当增加左半平面开环零点,第二项将减小,零点越大,减小的越小,与极点抵消的越少,a越小,系统根轨迹越往左,系统动态性能越好。

增加一个开环零点,将改变根轨迹中的减少渐近线条数,若增加一个左半平面零点,则零点越靠近虚轴,系统动态性能改善越显著,即:增加左半平面的开环零点,有利于系统的稳定。若增加右半平面的零点,系统将不稳定。

3.3开环极点对根轨迹及系统稳定性的影响

增加一个左半平面的开环极点,渐近线的分支多一条,开环极点越靠近虚轴,渐近线与虚轴的交点越靠近虚轴,系统稳定性越差,即增加一个左半平面的开环极点,根轨迹将随着极点向右移动而向右移动,系统的响应速度变差

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