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计算机控制系统 稳定性分析.ppt

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计算机控制系统 稳定性分析

eg:在s平面上有三个点,分别是s1=-1,s2=-1+j10,s3=-1-j10,若ωs=10,试求它们在z平面上的点。 s平面上的主频区与辅频区的映射 s平面上被分成了许多平行带子,其宽度为ωs 。 的带子(σ任意变化)称为主频区。其余部分,均称为辅频区。 主带映射为整个z平面,而其余每一个旁带也都重叠映射在整个z平面上。 s平面的点沿主频区左半平面的周边走1圈时,其映射关系可用图5.1表示. s平面的点沿主带右平面的周边走1圈时,其映射关系可用下图表示。 * * 复习: 1.Z传递函数的串联 (掌握) “开关隔开分别Z,没有开关乘后Z” 2.闭环Z传递函数Gc(z)与输出Y(z) (掌握) 3.离散系统的动态特性 (掌握) 第5章 计算机控制系统特性分析 ▲稳定性分析 ▲稳态误差 ▲动态响应分析 §5.1计算机控制系统的稳定性分析 回顾:连续系统的稳定性 所有特征根均具有负实部;[s]平面左半部 问题:离散系统的稳定性条件? 二.[s]平面到[z]平面的映射 (理解) 1.数学关系 ∴z的模 z的相角 2.映射关系 (1) 虚轴 单位圆周r=1 (2)左半平面 单位圆内r1 (3)右半平面 单位圆外r1 (4)左半平面上的竖直线 单位圆内的圆周 [S] [Z] 说明 (5)右半平面上的竖直线 单位圆外的圆周 (6)平行于实轴的直线(等频率线)ω=ωc (Z平面的等幅角线):幅角∠z=θ=ωcT 从原点出发的射线 特别地: s平面上频率相差采样频率ωs整数倍的所有点,映射到z平面上同一点。 在s平面虚轴上从-∞变化到+∞时,z平面上相角将转无穷多圈。即每当ω变化一个ωs时,z平面相角转了一周。 主频区 辅频区 主频区映射 辅频区映射 三、线性离散系统的稳定条件 (掌握) 充要条件: 系统Z传递函数的全部极点,都分布在 Z平面上以原点为圆心的单位圆内。 即,它们的模都小于1 注意:是模,不是实部和虚部分别小于1。 说明:设闭环系统的输出Y(z)没有重极点。 离散系统的脉冲传递函数为 若系统输入为 函数(代表瞬时扰动), ,系统输出为 反变换后得 根据系统稳定性定义,如果系统的δ函数响应c(k),在 时衰减为零,即 则离散系统是稳定的。为此,要求每一个分量都要衰减为零,即 例: T=1秒, 判断稳定性。 解: 特征方程: 特征根:p1=-0.237, p2=-1.555 不稳定 如果,T=0.1秒 不稳定吗 ? 四. 系统稳定性判别方法 (掌握) 1.劳斯判据: (1)双线性变换 (2)劳斯判据的表述 稳定的充要条件是w劳斯表 第一列元素均为正。 例:确定图示系统的稳定性条件。 被控对象的Z传递函数 闭环传函: 特征方程: 稳定条件: 讨论: (1)离散系统中,稳定的二阶系统的增益取值与 采样周期有关: 当采样周期比系统时间常数小得多时, 离散系统还原成连续系统; (2)减小采样周期,有利于系统稳定。 2. 舒尔-科恩判据 (理解) 判据:舒尔-科恩表中第一列单数行各元素为正。 例:A(z) =z3+0.7z2+0.5z-0.3 z3 1 0.7 0.5 -0.3 -0.3 0.5 0.7 1 z2 0.91 0.85 0.71 0.71 0.85 0.91 z1 0.356 0.187 0.187 0.356 z0 0.258 3.二阶系统的稳定性判据 说明: (1) A(0)=p1p2, (2) A(1)=(1-p1)(1-p2), (3) A(-1)=(-1-p1)(-1-p2), (掌握) 必要条件! 若两根均为正,且p11,,p21 必要条件! 若两根为负,均处于单位圆内的条件为 必要条件! 首一化!

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