本学期-控制系统的根轨迹分析法.ppt

第五节 控制系统的根轨迹分析法
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利用根轨迹，可以对闭环系统的性能进行分析和校正
由给定参数确定闭环系统的零极点的位置；
分析参数变化对系统稳定性的影响；
分析系统的瞬态和稳态性能；
根据性能要求确定系统的参数；
对系统进行校正。
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一、 条件稳定系统的分析
[例4-11]：设开环系统传递函数为：
试绘制根轨迹并讨论使闭环系统稳定时 的区值范围。
开环极点：0，-4，-6， ，零点：
实轴上根轨迹区间：
渐进线：与实轴的交点：
倾角：
[解]根据绘制根轨迹的步骤，可得：
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分离角（点）：





3

0
-4
-
-3
-
-
-
-1
-
0
s
，这时s=-，是近似分离点。
由：
可以求得分离点。
近似求法：分离点在[-4，0]之间。
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入射角：
与虚轴的交点（略）。这时的增益值：
由图可知：当 和 时，系统是稳定的（为什么？）；当 时，系统是不稳定的。
左图是用Matlab工具绘制的。
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条件稳定系统：参数在一定的范围内取值才能使系统稳定，这样的系统叫做条件稳定系统。
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二、瞬态性能分析和开环系统参数的确定
利用根轨迹可以清楚的看到开环根轨迹增益或其他开环系统参数变化时，闭环系统极点位置及其瞬态性能的改变情况。
以二阶系统为例：开环传递函数为
闭环传递函数为
共轭极点为：
在s平面上的分布如右图：
闭环极点的张角 为：
所以 称为阻尼角。斜线称为等阻尼线。
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我们知道闭环二阶系统的主要的性能指标是超调量和调整时间。这些性能指标和闭环极点的关系如下：
的关系如下图
若闭环极点落在下图中红线包围的区域中，有：
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Matlab参考书推荐：
现代控制工程，[美]Katsuhiko Ogats,卢伯英译，
电子工业出版社
MATLAB控制系统设计，欧阳黎明著，
国防工业出版社
三、用Matlab绘制根轨迹
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num=[0 0 0 1];%开环传递函数分子系数，降幂排列
den=[1 3 2 0]; %开环传递函数分母系数，降幂排列
r=rlocus(num,den);
[例子]系统的开环传递函数为： ，试利用Matlab画出系统的根轨迹。
[解]打开Matlab,创建一个m文件，输入下列程序片段：
执行之，可得到根轨迹。
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