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2.8系统的稳定性
开场白(案例导入)
同学们好,今天我们共同学习自动控制系统的稳定性,系统的稳定是实现系统功能的先决条件,研究系统稳定性判据,稳定控制意义重大。
学习目标和任务
掌握系统稳定性的概念,能够通过系统特征方程的极点分布或用代数的方法判断线性系统的稳定性,重点是劳斯稳定判据以及分析系统参数变化对稳定性的影响。;2.8系统的稳定性;系统的稳定性分析;2.系统稳定的充要条件
系统稳定的充要条件是系统所有特征根的实部全都小于零,或系统传递函数的所有极点均分布在[s]平面的左半平面内。
若系统传递函数的所有极点中,只有一个位于虚轴(原点除外)上,而其他极点均分布在[x]平面的左半平面内,则系统临界稳定。而临界稳定的系统极易因为系统的结构或参数的细微变化而变成不稳定的系统。因此,临界稳定往往也归结为不稳定的一种。
若系统传递函数的所有极点中,只有一个为原点,而其他极点均分布在[s]平面的左面内,则系统稳定;若存在多个极点位于原点上,则系统不稳定。
系统是否稳定,取决于系统本身(结构、参数),与输入无关。不稳定现象的存在是由于反馈作用,稳定性是指自由响应的收敛性。;线性定常系统:
得到
式中,si为系统的特征根。
1)当系统所有的特征根si(i=1,2,…,n)均具有负实部(位于[s]平面的左半平面)。
由
可得其自由响应收敛,系统稳定。;2)若有任一sk具有正实部(位于[s]平面的右半平面)。
由
可得其为自由响应发散,系统不稳定。
3)若有特征根sk=±jω(位于[s]平面的虚轴上),其余极点位于[s]平面的左半平面。
由简谐运动可得其为自由响应等幅振动,
系统临界稳定。;小结:
1)线性定常系统是否稳定,完全取决于系统的特征根。
2)线性定常系统稳定的充要条件:若系统的全部特征根(传递函数的全部极点)均具有负实部(位于[s]平面的左半平面),则系统稳定。;课后习题
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