对于负反馈系统,假设系统的简图如下,

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教材中几种判定系统稳定性的方法,奈奎斯特图、波特图、根轨迹、特征方程。

Nyquist稳定性判据

通过开环系统的频率特性来判断闭环系统的稳定性。如果开环传递函数的Nyquist图在复平面上不包围点−1,则闭环系统是稳定的。

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幅值裕度和相角裕度

幅值裕度和相角裕度是衡量系统相对稳定性的两个重要指标。它们分别表示在伯德图中,系统在穿越频率处的幅值与0dB的差值,以及在截止频率处的相角与−180∘的差值。

幅值裕度:要求在穿越频率处的幅值大于0dB。

相角裕度:要求在截止频率处的相角大于0度。

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在工程设计中,为了保证系统具有一定的相对稳定性,通常要求相角裕度大于30度(一般选取40°~60°),幅值裕度大于6dB(一般选取10~20dB)。

特征方程

闭环传递函数的特征方程1+ ( ) ( )=0的根全部位于复平面的左半平面时,系统是稳定的。通过开环传递函数,可以直接写出特征方程,从而判断系统的稳定性。

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根轨迹

根轨迹法通过开环传递函数 ( ) ( ))的零点和极点,判断闭环传递函数的极点位置。闭环极点的位置决定了系统的稳定性和性能。根轨迹法的基本公式是G (s )H (s )=−1。

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使用开环传递函数有以下优点:

简化计算:特别是在根轨迹法中,不需要重复求解高阶代数方程

直接配置:开环传递函数是各个环节传递函数的乘积,可以直接配置开环零点和极点,从而决定闭环系统的性能。

易于测量:实际系统中的输出往往难以直接测量,而相反开环特性容易测量;可以参考下面文章的内容讲述。

https://www.sohu.com/a/254655299_654340

参考链接

https://eng./Bookshelves/Industrial_and_Systems_Engineering/Introduction_to_Control_Systems_(Iqbal)/04%3A_Control_System_Design_Objectives/4.01%3A_Stability_of_the_Closed-Loop_System

https://ctms.engin./CTMS/?example=Introduction&section=ControlFrequency