4第四节控制系统根轨迹绘制`.pptVIP

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第四节 控制系统根轨迹的绘制 小结 * * 前面学习了根轨迹的基本概念和绘制基本准则(性质),这里将手工绘制控制系统根轨迹的步骤罗列如下: 标注开环极点“ ”和零点 “ ”; ○ 画出n-m条渐进线。其与实轴的交点(称为重心)和倾角分别为: 确定实轴上的根迹区间; 计算极点处的出射角和零点处入射角: 计算根轨迹和虚轴的交点; 计算会合点和分离点: 利用前几步得到的信息绘制根轨迹。 注意: 后两步可能不存在; 在判断大致形状时,需知道根轨迹的支数、连续性和对称性。 一、 单回路负反馈系统的根轨迹 前面所讨论的根轨迹(180度根轨迹)是基于单回路负反馈系统的。 [例]开环传递函数为: ,画根轨迹。 ②实轴上根轨迹区间是:[-2,0]; ③渐进线倾角: 与实轴的交点为: [解] :①标出四个开环极点:0,-2, 。有四条根轨迹。 ④-3+4j处的出射角 : 根据对称性,可知-3-j4处的出射角 为: ⑤与虚轴的交点:闭环特征方程为: 劳斯阵为: 当劳斯阵某一行全为零时,有共轭虚根。这时, 。 辅助方程为: ,解得共轭虚根为: 即为根轨迹与虚轴的交点。 ⑥会合点与分离点(重根点):分离角为 由 得: 由上式可求出分离点。但高阶方程求解困难,可采用下述近似方法: 我们知道,分离点在负实轴[-2,0]区间上,所以当s在实数范围内变化时, 最大时为分离点。 6.28 11.49 15.59 18.47 20.0 20.01 18.28 14.57 8.58 -2.0 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 s 可见分离点在-0.8~-1.0之间,近似取-0.9。 ⑦绘制根轨迹,如下图所示。 -4 -3 -2 -1 0 1 2 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Real Axis Imag Axis [解]:⑴开环零点 ,开环极点 根轨迹有两支。起点在极点处,终点一支在开环零点处。一支在无穷远处。 ⑵实轴上根轨迹区间: 例4-4中已求得,分别为分离点= -0.33,会合点=-1.67,分离角 ⑶分离点和会合点: ⑷绘制根轨迹。 [例4-7]设开环系统传递函数为: 试绘制根轨迹。 [例4-8]设系统开环传递函数为: 试绘制系统的根轨迹。 [解]:开环零,极点分别为: ⑴根轨迹有四支。 ⑵渐近线倾角 重心: ⑶实轴上根轨迹区间 ⑷实轴上无分离点和会合点。 ⑹与虚轴的交点: 闭环系统的特征方程为: 劳斯阵列: 劳斯阵有一行全为0,表示有共轭虚根。令: 辅助方程为: ⑸出射角: 对 ⑺绘制根轨迹图,见下图 -4 -3 -2 -1 0 1 2 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Real Axis Imag Axis 特殊情况:对于开环传递函数 有零极点相对消的情况。 - 如: 则: ,引起特 征方程阶数的下降。处理方法见下图: - 式中: 以开环传递函数 绘制根轨迹可得 的极点。闭环 系统 的极点由 和 组合而成。 由零极点相对消减少的极点由 的极点来补充。见下页图。 二、 多回路系统的根轨迹 简单处理办法:将多回路系统等效为单回路系统,再绘制180度根轨迹或参量根轨迹。 三、 正反馈系统的根轨迹 以上我们讨论的都是闭环负反馈系统的根轨迹绘制准则。在实际的复杂系统中,可能有局部的正反馈的结构。正反馈系统的根轨迹绘制准则与负反馈系统根轨迹略有不同。如下图所示系统: + 开环传递函数为: 闭环传递函数为: 相应的跟轨迹方程为: 幅值条件和相角条件为: 与负反馈系统根轨迹比较,幅值条件相同,相角条件不同。负反馈系统的相角条件 是180度等相角条件;而正反馈系统的相角条件 是0度等相角条件。 注意: 负反馈系统根轨迹称为180度根轨迹或简称为根轨迹; 正反馈

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