第一节根轨迹的基本概念.ppt

2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,1,第四章 根轨迹法,由时域分析法可以知道，闭环系统的稳定性及其他性能指标主要由闭环系统的极点的分布确定，因此要分析系统就必须求解特征方程的根，然而这是比较困难的。 1948年，伊文斯根据反馈控制系统中开、闭环传递函数之间的内在联系，提出了求解闭环特征方程的根的图解方法-根轨迹法。利用这种方法，可在已知系统开环零、极点分布的情况下，绘制出闭环特征根随系统参数（比如开环增益、时间常数等）变化而在s平面上移动的轨迹（简称根轨迹）。 根轨迹法具有直观、简便等优点，发展很快，在工程中获得了广泛的应用。,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,2,本章主要内容,根轨迹的基本概念根轨迹的绘制准则特殊根轨迹利用根轨迹分析闭环系统用MATLAB绘制根轨迹,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,3,根轨迹意义,概述,我们知道，闭环系统的稳定性取决于闭环系统的极点分布，其它性能取决于其零极点分布。因此，可以用系统的零极点分布来间接地研究控制系统的性能。W.R.伊文思提出了一种在复平面上由开环零、极点确定闭环零、极点的图解方法根轨迹法，将系统的某一个参数（比如开环放大系数）的全部值与闭环特征根的关系表示在一张图上。,利用根轨迹法，可以： 分析系统的性能 确定系统的结构和参数 对系统进行设计和综合,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,4,第一节 根轨迹的基本概念,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,5,根轨迹定义（以二阶系统为例，说明用解析法绘制根轨迹的过程）,根轨迹定义：系统开环传递函数的某一个参数变化时，系统闭环特征方程的根在复平面上变化的轨迹。,例：如图所示二阶系统，,特征方程为：,闭环传递函数：,系统开环传递函数为：,特征根为：,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,6,根轨迹定义（以二阶系统为例，说明用解析法绘制根轨迹的过程）,特征根为：,讨论： 当K=0时，s1=0,s2=-2, 是开环传递函数的极点, 当K=0.32时，s1=-0.4,s2=-1.6, 当K=0.5时，s1=-1,s2=-1, 当K=1时，s1=-1+j,s2=-1-j, 当K=5时，s1=-1+3j,s2=-1-3j, 当K=时，s1=-1+j,s2=-1-j,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,7,根轨迹方程,闭环传递函数为：,开环传递函数为：,将 写成以下标准型，得：,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,8,根轨迹方程,闭环传递函数的极点就是闭环特征方程： 的根。,根轨迹定义：系统开环传递函数的某一个参数变化时，系统闭环特征方程的根在复平面上变化的轨迹。,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,9,根轨迹的幅值条件方程和相角条件方程,上述两式分别称为满足根轨迹方程的幅值条件和相角条件。,我们先以根轨迹增益 （当然也可以用其它变量）作为变化量来讨论根轨迹。,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,10,例4-1如图二阶系统，当Kg从0时绘制系统的根轨迹。,解闭环传递函数：,特征方程和特征根：,讨论：,根轨迹解析法绘制,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,11,根轨迹解析法绘制,总结当 从0变化到 时，系统的根轨迹是连续的。 的点称为起点， 的点称为终点。本例中有两个分支，终点都在无穷远处。,这里是用解析法画出的根轨迹，但对于高阶系统，求根困难，需用图解法画图。,显然，只有三角形OAB是等腰三角形时， ，A点在根轨迹上。 点显然不在根轨迹上。,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,12,定义：满足相角条件的点连成的曲线称为180度等相角根轨迹。同样，满足幅值条件的点连成的曲线称为等增益根轨迹（它是在某一增益的情况下绘制的）。,180度等相角根轨迹和等增益根轨迹是正交的，其交点满足根轨迹方程，每一点对应一个 。由于180度等相角根轨迹上的任意一点都可通过幅值条件计算出相应的 值，所以直接称180度等相角根轨迹为根轨迹。,在根轨迹上的已知点求该点的 值的例子。上例中，若A点的坐标是 - 0.5+j2，则根据幅值条件：,2019/9/29,根轨迹分析法-根轨迹的基本概念,13,小结,根轨迹定义根轨迹的幅值条件和相角条件180度等相角根轨迹，等增益根轨迹相角条件的表示，幅值条件的使用用解析法画根轨迹的方法,