引言
根轨迹分析法是在1948年由W.R.Evans提出的一种图解法,主要用于分析高阶系统。
根轨迹法是用于分析和设计线性定常控制系统的一种工程方法。具有简便、直观及物理概念明确等特点,因此在工程实践中获得广泛应用。
本章重点研究的5个问题:
根轨迹法的概念、绘制根轨迹的规则、增加开环极、零点对根轨迹的影响、用根轨迹分析系统性能。;1.定义:系统的一个(一般为根轨迹增益K*,即自变量)或多个参数由零变到无穷大时,系统闭环特征根s在复平面上移动的轨迹称系统的根轨迹。根据根轨迹分析和设计系统的方法称为根轨迹分析法。
2.主要内容:研究s平面上闭环特征根的位置随开环参数K*变化的规律及其与系统性能的关系。;4.根轨迹方程—闭环特征方程;上式可分解为:;K*s1s2
00-2
-1-1
-1+j-1-j
∞-1+j∞-1+j∞;利用根轨迹的性质(规则),可以绘制根轨迹的大致图形(草图),基本能满足工程需求。;规则3:实轴上的根轨迹分布。
由实数开环零、极点将实轴分为若干段,如某段右边开环零、极点(包括该段的端点)数之和为奇数,则该段就是根轨迹,否则不是。如下图所示。;(2)位置:大部分的分离点和汇合点在实轴上,若出现在复平面内时,则成对出现。
(3)特点:分会点和汇合点对应于闭环特征方程有重根的点;根轨迹离开或进入实轴的方向均为垂直方向。即分离角和汇合角均为90°。;规则5:根轨迹的渐近线;规则6:根轨迹与虚轴的交点
意义:是系统的临界稳定点。
特点:对应于系统闭环特征方程有纯虚根的点。;解:G(s)H(s)有3条根轨迹,
分别起于0,-2,-4,终止于无穷远处。;(3)分会点:由开环传递函数得:
A(s)=s(s+2)(s+4)=s3+6s2+8s,B(s)=1
A′(s)=3s2+12s+8,B′(s)=0
则,分会点方程为:3s2+12s+8=0
s1=-3.1(不在根轨迹上,舍去)。s2=-0.9为分会点。;0;解:G(s)H(s)
有3条根轨迹,分别起于0,-1,-2,-5,终止于无穷远处。;(4)与虚轴的交点:;注:根轨迹是圆的特例。
凡是由两个极点和一个或两个零点组成的系统,只要没有零点位于极点之间,则其根轨迹在复平面内的部分是圆或圆的一部分。(证明略);规则7:根轨迹的出射角α和入射角β。
定义:出(入)射角是根轨迹离开(进入)复极点(复零点)的切线与实轴正方向的夹角。;出射角:;规则8:根之和与根之积——闭环极点的性质