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繪制根軌跡的數學依據及其性質

作者: 時間:2012-03-17 來源:網絡 收藏
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                4.2.1.的二種表達式


                ⒈系統方塊圖:如圖4-3 所示。

                圖4-3

                2.:

                注:
                (1).………開環放大系數,增益,傳遞系數。

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

                (2).與關系:

                4.2.2 特征方程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繪制根跡的

                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. 幅角條件是繪制根跡的根本依據
                --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于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,相應于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,并用幅值條件確定使閉環系統的一對共軛復數極點的阻尼比ξ等于0.707時的K值。
                對于上述給定系統,其幅角條件為:


                (k=0,1,2,3,……)
                其幅值條件為:


                綜上可知,在作圖時,只需應用幅角條件,即可畫出根的軌跡,然后利用幅值條件可求出根軌跡上某一點的相應的K值。因為在圖紙上繪制根軌跡的過程中,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.繪制根軌跡步驟如下:

                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。

                圖4-4

                ⑵.確定實軸上的根軌跡:
                如果試驗點位于正實軸上,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,存在于負實軸上之間。

                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 位于根軌跡上,則應滿足幅角條件,即Λ1+Λ2=180L。顯然,只有位于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,根據幅角條件求得并畫出當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,明顯優于后者。


                ⑷.確定一對阻尼比ξ為0.707的共軛復數閉環極點:


                這對閉環極點,位于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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