线性系统稳定性分析.ppt

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1、前1~4节基本要求一阶系统特征参数（时间常数T）与动态指标之间的关系。复极点位置的表示方法及其关系。典型欠阻尼二阶系统特征参数与动态指标间的关系（计算公式）。系统动态性能随极点位置变化的规律。附加开环零极点与附加闭环零极点的区别及对系统性能的影响。附加闭环零点、闭环极点对系统性能的影响。主导极点、非主导零极点和偶极子的概念及其对系统动态指标估算方法。3.5线性系统稳定性分析系统稳定性概念稳定的充要条件稳定性判断方法1.系统稳定性概念李亚普诺夫稳定性叙述:若线性控制系统在扰动影响下其动态过程随着时间的推移逐渐衰减并趋于零（原平衡点），则称系统渐近稳定，简称稳定。若系统在扰动影响下，其动态过

2、程随着时间的推移而发散，则称系统不稳定。系统受扰动偏离了平衡状态，当扰动消除后系统能够恢复到原来的平衡状态，则称系统稳定，反之称系统不稳定。2.线性系统稳定的充要条件线性系统稳定的充要条件：闭环系统特征方程的所有根均具有负实部；或者说闭环传递函数的极点均严格位于左半平面。系统的稳定性只与系统自身结构参数有关，而与初始条件、外作用大小无关；系统稳定性只取决于系统特征根（闭环极点），而与系统零点无关。S平面特征根分布与稳定性关系3.稳定性判断方法线性系统稳定充要条件奈奎斯特稳定性判据对数频率稳定性判据李亚普诺夫稳定性判据代数稳定判据赫尔维茨稳定判据劳斯稳定判据4.劳斯稳定判据线性系统稳定的充

3、要条件：系统特征方程D(s)=a0sn+a1sn-1+…+an-1s+an=0(a0>0)各项系数构成的劳斯表第一列各值均为正值。ROUTH表中第一列出现变号的次数即是系统所包含的右半平面极点数。例3-1试用劳斯判据判别系统的稳定性。解：列劳斯表该表第一列系数符号不全为正，因而系统是不稳定的；且符号变化了两次，所以该方程中有二个根在S的右半平面。已知一调速系统的特征方程式为劳斯判据特殊情况劳斯表某一行中的第一项等于零，而该行的其余各项不等于零或没有其余项。若劳斯表第一列中系数的符号有变化，其变化的次数就等于该方程在S右半平面上根的数目，相应的系统为不稳定。如果第一列上面的系数与下

4、面的系数符号相同，则表示该方程中有一对共轭虚根存在，相应的系统也属不稳定。是以一个很小的正数来代替为零的这项1解决的办法据此算出其余的各项，完成劳斯表的排列已知系统的特征方程式为试判别相应系统的稳定性。例3-2由于表中第一列上面的符号与其下面系数的符号相同，表示该方程中有一对共轭虚根存在，相应的系统为（临界）不稳定。解：列劳斯表改变一次改变一次例3-3改变一次改变一次解法2:劳斯表中出现全零行用系数全为零行的上一行系数构造一个辅助多项式，并以这个辅助多项式导数的系数来代替表中系数为全零的行。完成劳斯表的排列。2解决的办法这些大小相等、径向位置相反的根可以通过求解这个辅助方程式得到，而且其

5、根的数目总是偶数的。相应方程中含有一些大小相等符号相反的实根或共轭虚根。相应的系统为不稳定。一个控制系统的特征方程为列劳斯表显然这个系统处于临界(不)稳定状态。例3-4实际系统希望S左半平面上的根距离虚轴有一定的距离。为变量的特征方程式，然后用劳斯判据去判别该方程中是否有根位于垂线此法可以估计一个稳定系统的各根中最靠近右侧的根距离虚轴有多远，从而了解系统稳定的“程度”。代入原方程式中，得到以稳定判据能回答特征方程式的根在S平面上的分布情况，而不能确定根的具体数据。12解决的办法设右侧。Ruoth判据的应用例题例题3－5例3-6C(S)R(S)-解⑴解⑵5.赫尔维茨稳定判据稳定必要条件：特

6、征多项式各项系数均大于零。赫尔维茨稳定判据：线性系统稳定的充要条件：由系统特征方程D(s)=a0sn+a1sn-1+…+an-1s+an=0(a0>0)各项系数构成的主行列式及其顺序主子式全部为正。赫尔维茨主行列式及其顺序主子式例3-73-5总结：ROUTH表中第一列出现0用极子数代替首列0元素，继续列写routh表。用全0行上一行系数构造辅助方程；对辅助方程求导，用求导后的系数作为全零行系数，继续列写routh表。劳斯稳定判据：ROUTH表中第一列不变号。若变号，变号的次数即为右半平面极点数。ROUTH表中出现全为0的行用劳斯判据去判别该方程中是否有根位于垂线右侧。线性系统稳定充要条件

7、：闭环系统所有极点均具有负实部或着说所有极点均位于左半s平面。作业3-12（1）ROUTH判据3-13ROUTH判据应用3-14ROUTH判据应用