理论教育 如何识别网络函数极点以确保网络稳定性

如何识别网络函数极点以确保网络稳定性

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:一般情况下h的特性就是时域响应中自由分量的特性,而h=L-1[H],因此,分析网络函数的极点位置与冲激响应的关系可以分析网络的稳定性。RLC 串联电路接通恒定电压源US,如图9-21所示,根据网络函数的极点分布情况分析uC的变化规律。

如何识别网络函数极点以确保网络稳定性

根据网络函数的定义可知,电路的零状态响应的象函数为

式中,,而N(s)、D(s)、P(s)、Q(s)都是s的多项式。用部分分式法求响应的原函数时,D(s)Q(s)=0的根将包含D(s)=0 和Q(s)=0的根。响应中包含Q(s)=0的根的那些项属于时域分析中的强制分量,而包含D(s)=0的根(即网络函数的极点)的那些项则是自由分量或瞬态分量。

一般情况下h(t)的特性就是时域响应中自由分量的特性,而h(t)=L-1[H(s)],因此,分析网络函数的极点位置与冲激响应的关系可以分析网络的稳定性。

1.极点全部位于s 平面的左半平面

设网络函数H(s)为真分式且具有单阶极点,则单位冲激响应为

式中,Ki为常数,pi(i=1,2,…,n)为极点。

从式(9-40)可以看出,零点在s 平面上的位置只影响Ki的大小,极点在s 平面上所处位置影响单位冲激响应h(t)的变化规律。

当pi为负实数时,设,则极点p=-a,h(t)=e-at,h(t)按衰减的指数规律变化,当t→∞时,单位冲激响应将趋于零,这时称对应的网络是非振荡渐近稳定的,其波形及极点在s 平面上的位置如图9-20 所示。

当极点为共轭复数时,设,则极点p1=-a+jω,p2=-a-jω,h(t)=e-atsin ωt,当t→∞时,单位冲激响应也将趋于零,这时称对应的网络是振荡渐近稳定的,其波形及极点在s 平面上的位置如图9-20 所示。

前面假设的网络极点是单阶极点,实际上,当网络函数H(s)的极点全部位于s的左半平面时,单位冲激响应均是有界的。例如,设,极点p1=p2=-a<0 为二阶极点,,称网络是渐近稳定的。

2.极点位于s 平面的右半开平面(www.daowen.com)

假设网络函数为真分式且具有单阶极点,但至少有一个极点位于s 平面的右半平面,当极点位于右半平面时,设,极点p=a >0,h(t)=eat,当t→∞时,h(t)→∞,所以电路网络不稳定。若设,则极点p1,2=a±jω,Re[p1]=Re[p2]=a>0,h(t)=eatsin ω t,网络函数的单位冲激响应波形都是随时间增长且无界的,称网络是不稳定,其波形如图9-20 所示。

3.极点位于虚轴上

虚轴上存在共轭单阶极点。例如,,极点p1,2=±jω,h(t)=Asin(ωt),网络函数的单位冲激响应是等幅正弦波,其波形如图9-20 所示。

4.极点为零

当网络函数的极点为零,即p=0 时,网络函数为,网络函数的单位冲激响应为h(t)=ε(t),其波形是单位阶跃函数,这时也称网络是不稳定的。

【例9-26】 RLC 串联电路接通恒定电压源US,如图9-21(a)所示,根据网络函数的极点分布情况分析uC(t)的变化规律。

讨论:

这时网络函数H(s)的极点位于s 左半平面,如图9-21(b)中的p1、p2,根据图9-20 可知,uC(t)的自由分量(t)为衰减的正弦振荡,其包络线为e-δt,振荡角频率为ωd,而且极点离开虚轴越远,振荡衰减越快。

②当R=0 时,δ=0,ωd=ω0,故=±jω0,H(s)的极点位于虚轴上,因此,uC(t)的自由分量(t)为等幅振荡且ωd的绝对值越大,等幅振荡的振荡频率越高。

③当,H(s),的极点位于负实轴上,因此,uC(t)的自由分量u″C(t)由两个衰减速度不同的指数函数组成,且极点离原点越远,(t)衰减越快。uC(t)的强制分量u′C(t)取决于激励US

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈