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对奈奎斯特稳定判据的理解

时间:2023-05-04 08:12:06 阅读:260789 作者:2326

对cxdmb稳定判据的理解

设系统的开环传递函数为 G ( s ) H ( s ) G(s)H(s) G(s)H(s),引入辅助函数

F ( s ) = 1 + G ( s ) H ( s ) = 1 + M ( s ) N ( s ) = N ( s ) + M ( s ) N ( s ) ( 1 ) F(s) = 1 + G(s)H(s) = 1 + frac{M(s)}{N(s)} = frac{N(s) + M(s)}{N(s)}quadquadquadquadquad (1) F(s)=1+G(s)H(s)=1+N(s)M(s)​=N(s)N(s)+M(s)​(1)
由(1)式可知,辅助函数 F ( s ) F(s) F(s)的分子与分母多项式的阶次是相同的, F ( s ) F(s) F(s)的零点就是系统闭环传递函数的极点, F ( s ) F(s) F(s)的极点就是开环传递函数的极点,我们知道,系统稳定的充分必要条件是系统闭环传递函数的极点全部位于S平面的左半平面,因此判定系统稳定性的问题就可以化为寻找 F ( s ) F(s) F(s)的零点分布问题。前人提出的方案是寻找 F ( s ) F(s) F(s)在右半平面的零点数。
为此我们画出一个半径无穷大的(如图1),直径在虚轴上,圆弧是在右半平面的顺时针方向的圆,该圆足以包含 F ( s ) F(s) F(s)的所有在右半平面的零点(如果有的话),我们称该顺时针圆为cxdmb路径,马上, F ( s ) F(s) F(s)中的S将绕该路径一圈

图1

设 F ( s ) F(s) F(s)在右半平面的极点数为 N p N_p Np​,零点数为 N z N_z Nz​,

图2

由图2,根据对图2的理解我们看出当S绕cxdmb路径一圈时,如果 F ( s ) F(s) F(s)在圆内有一个零点,那么F(s)将会绕着原点逆时针一圈,如果 F ( s ) F(s) F(s)在圆内有一个极点,那么 F ( s ) F(s) F(s)将会绕着原点顺时针一圈,所以 F ( s ) F(s) F(s)绕原点的角度就可以表示为 − 2 π ( N z − N p ) -2pi(N_z - N_p) −2π(Nz​−Np​),我们知道系统稳定的充要条件在现在是 N z = 0 N_z = 0 Nz​=0,也就是说 F ( s ) F(s) F(s)逆时针绕原点的圈数要等于 N p N_p Np​,系统才会稳定,我们知道 F ( s ) F(s) F(s)逆时针绕原点的圈数也就等价于 G ( s ) H ( s ) G(s)H(s) G(s)H(s)绕 ( − 1 , j 0 ) (-1, j0) (−1,j0)的圈数。
综上所述,系统稳定的充要条件是:当S绕cxdmb路径一圈后,系统开环传递函数绕 ( − 1 , j 0 ) (-1, j0) (−1,j0)的圈数要等于该开环传递函数在右半平面的极点数。
感谢阅读,不对之处请指正,通俗的理解,没有严格的数学证明,望见谅。

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