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第四篇_根轨迹法4-1.ppt

发布:2018-06-16约2.66千字共31页下载文档
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第四章 根轨迹法 ; 二阶系统标准式: 系统的两个特征根(闭环极点)为 ;特征根的[s]平面的分布情况见图;4.1.1 根轨迹的定义 例 设一系统 闭环传递函数 特征方程 特征方程的根: ;若 K 从零到无穷大变化时,特征方程根的变化情况如表;动态特性 当0 K 0.25时,闭环极点位于实轴上,为过阻尼状态; 当K =0.25时,两个闭环实极点重合,为临界阻尼系统; 当K 0.25时,闭环系统是复极点,为欠阻尼状态,单位 阶跃响应为衰减振荡过程。 ;; 分析表明,根轨迹与系统性能之间有着较密切的联系。然而,对于高阶系统,用解析的方法绘制系统根轨迹图,显然是不适用的。我们希望能有简便的图解方法,迅速绘出闭环系统的根轨迹。;闭环传递函数: 闭环特征方程: 或 由于 是复数,可以用向量表示: 幅角条件: 幅值条件: ;设 相角条件: 幅值条件: ;则上式改写为:;*;幅值条件:;绘制根轨迹步骤;图4-6;例4-5 已知一单位反馈控制系统的开环传递函数为;*;4.2 绘制根轨迹图的基本规则; 以根轨迹增益K0为参变量绘制根轨迹的一些基本规则。 1. 根轨迹的起点和终点 起点( ): 起始于开环传递函数的极点(n个); 终点( ):终止于开环传递函数的零点。包括m个 有限远的零点(简称有限零点)和(n-m) 个无限远的零点(简称无限零点)。 当 变化时,整个根轨迹的趋向由起点移向终 点,即由开环的极点移向开环的零点。 ;起点: 因为 当 时, 说明根轨迹起始于开环传递函数的极点,n阶系 统共有n个开环极点,每个开环极点都对应根轨迹 的一个起点,所以共有n个起点。;终点: (1)有m条根轨迹终止于系统开环传递函数的m个有限零点。 当 时, 我们把这m个零点称之为系统的有限零点。 (2)有(n-m)条根轨迹终止于开环传递函数??(n-m)个无限零点。 当 时, 当 nm时, 条件 也成立 上式表明:有n-m条根轨迹的终点在无穷远处。我们把无穷远处 的零点称之为无限零点。 ; 综上所述:系统共有n个开环零点,其中m个为有限 零点,(n-m)个为无限零点。每个开环零点都对应根轨 迹的一个终点,所以共有n个终点。 2、根轨迹的分支数 根轨迹的分支数等于开环的极点数。 我们把一条完整的根轨迹称之为根轨迹的一个分支,由 前面 的分析可知,n阶系统有n个根轨迹的起点和终点。所 有的根轨迹都是有头有尾 、有始有终。所以其分支数必等 于开环的极点数或系统的阶数。;3、根轨迹的对称性 根轨迹对称于实轴。 特征方程的根或为实数,或为复数。必对称于实轴。 4、根轨迹的渐近线(s=∞处的根轨迹特征) 渐近线共有(n-m)条,且相交于实轴上的同一点。 渐近线于实轴的夹角: (k=0,1,2……) 渐近线与实轴的交点: ;(1)根轨迹渐近线的倾角 根据幅角条件: 当 时,零点 、极点 与 矢量复角可近似看成相等 得到 所以渐近线的倾角: 因共有(n-m)条渐近线,所以只要取(n-m)个不同的倾角即可。;(2)渐近线与实轴的交点 幅值条件: 当 ,则对应于 ,此时 ,上式可写成: 上式左边展开: 上式右边展开 比较对应s幂项系数相等,求得: 所以渐近线相交于同一点 ;5、根轨迹在实轴上的分布
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