《机械工程控制基础》版配套ppt课件routh判据.ppt

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《机械工程控制基础》版配套ppt课件routh判据

5.1.2 关于稳定性的一些提法 1、Ляпунов(李亚普诺夫)意义下的稳定性 由上分析可知,对于定常性系统而言,系统由一定初态此起的响应随着时间的推移只有三种:衰减到零;发散到无穷大;趋于等幅谐波振荡。从而定义了系统是稳定的;不稳的;临界稳定的。 但对于非线性系统而言,这种响应随着时间的推移不仅可能有上述三种情况,而且还可能趋于某一非零的常值或作非谐波的振荡,同时还可能由初态不同,这种响应随着时间推移的结果也不同。 俄国学者A.M.Ляпунов在统一考虑了线性与非线性系统稳定性问题后,于1882年对系统稳定性提出了严密的数学定义,这一定义可以表述如下—— 如图5.1.4所示,若o为系统的平衡工作点,扰动使系统偏离此工作点心起始偏差(即初态)不超过域 ,由扰动引起的输出(这种初态引起的零输入响应)及其终态不超过预先给定的某值,即不超出域 ,则系统称为稳定的,或称为Ляпунов意义下稳定。 这也就是说,若要求系统的输出不能超出任意给定的正数,能在初态为 式中 则系统称为在Ляпунов意义下稳定;反之,若要求系统的输出不能超出任意给定的正数 ,但却不能找到不为零的正数 来满足式(5.1.6),则系统称为在Ляпунов意义下不稳定。 2、渐近稳定性 渐近稳定性就是前面对线性系统定义的稳定性,它要求由初态引起的响应最终衰减到零,一般所讲的线性系统的稳定性,也就是渐近稳定性,当然,也是Ляпунов意义下的稳定性;但对非线系统而言,这两种稳定性是不同的。 比较渐近稳定性与Ляпунов意义下的稳定性可知,前者比后者对系统的稳定性的要求高,系统若是渐近稳定的则一定是Ляпунов意义下稳定的,反之则不尽然。 3、“小偏差”稳定性 “小偏差”稳定性又称“小稳定”或“局部稳定性”。 由于实际系统往往存在非线性,因此系统的动力学方程往往是建立在“小偏差”线性化的基础之上的。在偏差较大时,线性化带来的误差太大,因此,用线性化方程来研究的稳定性时,就只限于讨论初始偏差(初态)不超出某一微小范围时的稳定性,称之为“小偏差”稳定性。初始偏差大时,就不能用来讨论系统的稳定性。 已知一调速系统的特征方程式为 例题:P185 5.5 系统的传递函数方框图如图所示。试确定K和取何值时,系统将维持以角频率 的持续振荡。 解法: 由题意知 系统处于等幅振荡状态,这说明系统是临界稳定的,又振荡频率为2rad/s,即闭环系统必具有共轭虚根+-j2. 劳斯表: 依据: 等幅振荡状态?临界稳定?有纯虚根。 (1)P157最后一段话 (2)P164 第2点 (3)P165 5.2节最后一句话。 另解:将+-jW代入闭环特征方程式,得到关于实部和虚部的两个方程。可求解出未知参数。 (简便) 补充题: 某系统闭环特征方程如下: 试判断系统不在左半平面的极点数。 劳斯表: * * * * (5.1.6) 稳定的基本概念和系统稳定的充要条件 设一线性定常系统原处于某一平衡状态,若它瞬间受到某一扰动作用而偏离了原来的平衡状态,当此扰动撤消后,系统仍能回到原有的平衡状态,则称该系统是稳定的。反之,系统为不稳定。 线形系统的稳定性取决于系统的固有特征(结构、参数),与系统的输入信号无关。 闭环特征方程式的根须都位于S的左半平面 系统稳定 充要条件 5.2劳斯稳定判据(Routh’s stability criterion) 5.2.1劳斯表 线性系统稳定 闭环特征方程式的根必须都位于S的左半平面。 充要条件 稳定判据 令系统的闭环特征方程为 如果方程式的根都是负实部,或实部为负的复数根,则其特征方程式的各项系数均为正值,且无零系数。 证明 设 为实数根, 为复数根 不会有系数为零的项 线性系统稳定 必要条件 将各项系数,按下面的格式排成老斯表 这样可求得n+1行系数 ?如果劳斯表中第一列的系数均为正值,则其特征方程式的根都在S的左半平面,相应的系统是稳定的。 ?如果劳斯表中第一列系数的符号有变化,其变化的次数等于该特征方程式的根在S的右半平面上的个数,相应的系统为不稳定。 劳斯稳定判据 例5-1 试用劳斯判据判别系统的稳定性。 解:列劳斯表 结论: (1)该表第一列系数符号不全为正,因而系统是不稳定的;(2) 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。 ? ? 已知某调速系统的特征方程式为 例5-2 求该系统稳定的K值范围。 解:列劳斯表 由劳斯判据可知,若系统稳定,则劳斯表中第一列的系数必须全为正值。 可得: 5.2.2 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

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