简而言之,极点和零点是分析反馈系统稳定性的一种方式。
我会尽量不让数学太重,但我不确定如何在没有至少一些数学的情况下进行解释。
以下是反馈系统的基本结构:
在这种形式中,反馈路径中没有增益或补偿,它完全放置在正向路径中,但是,更通用系统的反馈部分可以转换为看起来像这样并以相同的方式进行分析。
框中的传递函数称为,因为分析通常在拉普拉斯变换空间中完成。拉普拉斯变换类似于傅立叶变换,因此您可以将 L(s) 视为频率响应。例如,一个完美的低通滤波器在小于截止频率时,。L(s)L(s)=1sL(s)=0
L(0)是系统的直流增益。对于反馈控制系统,需要较大的直流增益,因为它可以降低系统的稳态跟踪误差。
极点和零点
L(s)是一个复值函数。通常使用极坐标形式;$A$ 是幅度,是相位。的大小也称为增益。AeiθθL(s)
极点和零点提供了一种方便、快速的方式来考虑的属性。在绘制的粗略图时,极点在极点频率之上贡献 -90° 的相位,并导致幅度“滚降”(减小)。零点则相反——它们贡献了 +90° 的相位并且幅度增加。查看图片和http://en.wikipedia.org/wiki/Bode_plot的“手工波特图规则”部分可能会更有意义。L(s)L(s)
为了使系统稳定,的幅度需要在(在较低频率下)相位达到 -180° 之前下降到单位以下。通常这里需要一些保证金;距离 (1, -180°) 点多远的两种方法。L(s)L(s)
举个简单的例子,运算放大器可能有。在这种情况下,在零处有一个极点,没有零点。正如您对运算放大器所期望的那样,直流增益很大。随着频率从直流增加(由于极点为零),增益下降。根据这个模型,系统不可能不稳定,因为相位永远不会小于-90°。L(s)=106s
在阅读有关极点和零点的应用说明时,您可能需要找出所讨论系统的的一般形式,或者您可以仅从极点和零点列表中得出一些结论。向系统添加极点或零点都会改变增益和相位裕度;将一个极点和一个零点加在一起(在不同的频率下,均低于 -180° 交叉点)将改变增益裕度,但不会改变相位裕度。添加两个零点和两个极点可以在中产生一个驼峰(想想带通滤波器),而不会改变增益或相位裕度。L(s)L(s)
希望这可以帮助。一般来说,我希望数据表和应用说明会建议补偿组件的值,以便用户无需分析稳定性,除非有特殊要求。如果您有一个特定的部分在使用时遇到问题,并且您发布了数据表的链接,我也许可以提供一些东西。