180根轨迹绘制法则
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4.2 绘制根轨迹的基本法则本节讨论根轨迹增益*K (或开环增益K )变化时绘制根轨迹的法则。
熟练地掌握这些法则,可以帮助我们方便快速地绘制系统的根轨迹,这对于分析和设计系统是非常有益的。
法则1 根轨迹的起点和终点:根轨迹起始于开环极点,终止于开环零点;如果开环零点个数m 少于开环极点个数n ,则有)(m n -条根轨迹终止于无穷远处。
根轨迹的起点、终点分别是指根轨迹增益0=*K 和∞→时的根轨迹点。
将幅值条件式(4-9)改写为∏∏∏∏==-==--=--=mi inj j mn m i i nj jsz sp sz s ps K 1111*|1||1||)(||)(|(4-11)可见当s=j p 时,0*=K ;当s=i z 时,∞→*K ;当|s|∞→且m n ≥时,∞→*K 。
法则2 根轨迹的分支数,对称性和连续性:根轨迹的分支数与开环零点数m 、开环极点数n 中的大者相等,根轨迹连续并且对称于实轴。
根轨迹是开环系统某一参数从零变到无穷时,闭环极点在s 平面上的变化轨迹。
因此,根轨迹的分支数必与闭环特征方程根的数目一致,即根轨迹分支数等于系统的阶数。
实际系统都存在惯性,反映在传递函数上必有m n ≥。
所以一般讲,根轨迹分支数就等于开环极点数。
实际系统的特征方程都是实系数方程,依代数定理特征根必为实数或共轭复数。
因此根轨迹必然对称于实轴。
由对称性,只须画出s 平面上半部和实轴上的根轨迹,下半部的根轨迹即可对称画出。
特征方程中的某些系数是根轨迹增益*K 的函数,*K 从零连续变到无穷时,特征方程的系数是连续变化的,因而特征根的变化也必然是连续的,故根轨迹具有连续性。
法则3 实轴上的根轨迹:实轴上的某一区域,若其右边开环实数零、极点个数之和为奇数,则该区域必是根轨迹。
设系统开环零、极点分布如图4-5 所示。
图中,0s 是实轴上的点,)3,2,1(=i i ϕ是各开环零点到0s 点向量的相角,)4,3,2,1(=j j θ是各开环极点到0s 点向量的相角。
第四章根轨迹分析法一、主要内容<1)根轨迹法的基本概念<2)绘制180o根轨迹的基本法则<3)绘制0o根轨迹的基本法则<4)参变量系统的根轨迹<5)非最小相位系统的根轨迹<6)控制系统的根轨迹分析二、基本要求<1)理解根轨迹法、根轨迹、根轨迹方程、180o根轨迹和0o根轨迹等概念。
<2)掌握180o根轨迹的绘制方法,理解和熟记根轨迹的绘制法则,会用幅值方程求对应的<或)值。
<3)了解闭环零、极点分布和系统阶跃响应的定性关系,掌握系统根轨迹分析的基本思路。
<4)掌握0o根轨迹、参变量系统根轨迹和非最小相位系统根轨迹绘制的方法。
三、内容提要1、根轨迹法的基本概念<1)根轨迹:当系统开环传递函数中某参数<如根轨迹增益)在某一范围内<如)连续变化时,闭环特征根在S平面上移动的轨迹,称为根轨迹。
b5E2RGbCAP<2)根轨迹方程幅值方程:相角方程:。
相角方程是根轨迹的充分必要条件,而幅值方程的作用主要用来确定对应点的增益。
2、绘制180o根轨迹的基本法则法则1:根轨迹的起点和终点根轨迹起始于系统的开环极点<包括重极点),m条根轨迹终止于开环零点,条根轨迹分支终止于无穷远处。
法则2:根轨迹的连续性和分支数根轨迹具有连续性,且对称于实轴。
法则3:根轨迹的分支数根轨迹的分支数等于,即系统的阶数。
法则4:根轨迹的渐近线有条渐近线,渐近线与实轴正方向的夹角为:,渐近线与实轴的交点为:法则5:实轴上根轨迹的分布实轴上某区域,若其右边的开环零点和开环极点个数之和为奇数,则该区域必是根轨迹。
法则6:根轨迹的分离<会合)点根轨迹的分离<会合)点实质上闭环特征方程的重根,因而可以用求解方程式重根的方法来确定其在复平面上的位置。
p1EanqFDPw 设系统闭环特征方程为:满足以下任何一个方程,且保证为正实数的解,即是根轨迹的分离<会合)点。