理论教育 根轨迹对系统性能的影响

根轨迹对系统性能的影响

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:下面内容将要指出,开环增益和根轨迹增益之间仅相差一个比例常数,很容易进行换算。上述分析表明,根轨迹与系统性能之间有着密切的联系。

根轨迹对系统性能的影响

根据根轨迹图可以分析系统的各种性能。下面仍以图4-2为例进行说明。

1.稳定性

当增益kg从零变到无穷时,图4-2上的根轨迹不会越过虚轴进入s右半平面,因此图4-1系统对所有的kg值都是稳定的,这与第3章所得出的结论完全相同。如果分析高阶系统的根轨迹图,根轨迹有可能越过虚轴进入s右半平面,此时根轨迹与虚轴交点处的kg值,就是临界增益值。

2.稳态性能(www.daowen.com)

由图4-2可见,开环系统在坐标原点有一个极点,所以系统属Ⅰ型系统,因而根轨迹上的kg值就是稳态速度误差系数。如果给定系统的稳态误差要求,则由根轨迹图可以确定闭环极点位置的容许范围。在一般情况下,根轨迹图上标注出来的参数不是开环增益,而是所谓根轨迹增益。下面内容将要指出,开环增益和根轨迹增益之间仅相差一个比例常数,很容易进行换算。对于其他参数变化的根轨迹图,情况是类似的。

3.动态性能

由图4-2可见,当0<kg<1时,所有闭环极点位于实轴上,系统为过阻尼系统,单位阶跃响应为非周期过程;当kg=1时,闭环两个实数极点重合,系统为临界阻尼系统,单位阶跃响应仍为非周期过程,但响应速度较0<kg<1情况为快;当kg>1时,闭环极点为复数极点,系统为欠阻尼系统,单位阶跃响应为阻尼振荡过程,且超调量将随kg值的增大而增大,但调节时间的变化不会显著。

上述分析表明,根轨迹与系统性能之间有着密切的联系。然而,对于高阶系统,由于其特征方程的根往往很难具体求出,用解析的方法绘制系统的根轨迹图,显然是不适用的。希望能有简便的图解方法,可以根据已知的开环传递函数迅速绘出闭环系统的根轨迹。下面对一般控制系统进行分析。

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