繪製根軌跡的數學依據及其性質

2021-01-10 電子產品世界
4.2.1.的二種表達式


⒈系統方塊圖:如圖4-3 所示。


2.:

註:
(1).………開環放大係數,增益,傳遞係數。

……時間常數。
………開環零極點形式的傳遞係數。
……開環零點、極點的負值。

(2).與關係:

4.2.2 特徵方程D(s)=0 的幾種表達形式:


⒈.閉環傳遞函數的幾種形式:


⑴.


⑵.

⒉" " 的幾種形式:

⑴.


⑵.


⑶.

⑷.


⑸.(k=0,1,2,3,……)


⑹.


4.2.3繪製根跡的數學依據:

⒈. 幅角條件,幅值條件--幅相條件:


⑴.所謂幅角條件(相角條件):


①.(k=0,1,2,3,……) (4-1)
②. 幅角條件是繪製根跡的根本依據
--根平面上凡是滿足幅角條件的點的全體就是根跡。
③.可利用幅角條件畫根跡。

⑵.所謂幅值條件:


①.(4-2)
②.根跡上凡是滿足幅值條件的點,就是相應K值的閉環極點sb,即的根。
③.可利用幅值條件確定相應於sb的K。

⑶. 幅角條件與幅值條件不同點:


①幅角條件與K無關。
②.據幅值條件可知,幅值改變,相應於K在改變。


⑷.例

仍以圖4-1所示的系統為例,用幅角條件來求 由0→+∞變化時根軌跡,並用幅值條件確定使閉環系統的一對共軛複數極點的阻尼比ξ等於0.707時的K值。
對於上述給定系統,其幅角條件為:


(k=0,1,2,3,……)
其幅值條件為:


綜上可知,在作根軌跡圖時,只需應用幅角條件,即可畫出根的軌跡,然後利用幅值條件可求出根軌跡上某一點的相應的K值。因為在圖紙上繪製根軌跡的過程中,需要對幅角和幅值進行圖解測量,故必須將橫坐標軸與縱坐標軸按同樣的尺度進行等分。


⒉.繪製根軌跡步驟如下:

⑴.在S平面上畫出開環極點:
有兩個開環極點,以×表示。
見圖4-4。

⑵.確定實軸上的根軌跡:
如果試驗點位於正實軸上,則這表明不滿足幅角條件。因此,在正實軸上沒有根軌跡。 若將試驗點選在負實軸上,之間。
這時因此
即滿足幅角條件。

因此, 在負實軸上之間這一段是根軌跡一部分。

如果把試驗點選在負實軸上之間。這時 此顯然不滿足幅角條件。故在負實軸上從之間這一段,不是根軌跡一部分。


綜上,實軸上的根軌跡,存在於負實軸上之間。

⑶.確定S平面上,除了實軸以外的其它根軌跡:
在S平面上任取一點 (見圖4-4),令╱s =Λ1, ╱s+p =Λ2 。如果 位於根軌跡上,則應滿足幅角條件,即Λ1+Λ2=180L。顯然,只有位於坐標原點之間線段的垂直平分線上的點,才能滿足幅角條件,因此S平面上,該垂直平分線也是根軌跡的一部分。


綜上所述,根據幅角條件求得並畫出當K由0→+∞變化時根軌跡與圖 4-2按公式直接計算根的值所畫出的根軌跡是完全一樣的,且前者不受系統方程階次的限制,明顯優於後者。


⑷.確定一對阻尼比ξ為0.707的共軛複數閉環極點:


這對閉環極點,位於通過原點且與負實軸夾角為 的直線上.由圖可以求出,當ξ=0.707時, 這一對閉環極點為


與這對極點相應的 值,可用幅值條件確定為




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