如何使用零极点分析确定系统是否稳定?

电器工程 稳定 系统
2022-01-09 10:40:39

据我所知,只要传递函数的极点在左半平面,那么系统就是稳定的。这是因为时间响应可以写成“a*exp(-b*t)”,其中“a”和“b”为正数。因此,系统是稳定的。

但是,我看到人们在网站上说“右半平面也不允许零”。为什么?

2个回答

为了使 LTI 系统稳定,其传递函数在右半平面上没有极点就足够了。

举个例子,例如:F = (s-1)/(s+1)(s+2)。它在右半平面上的 s=1 处为零。其阶跃响应为: F = (s-1)/(s+1)(s+2) 阶跃响应

如您所见,它非常稳定。

另一方面,闭环系统的特征函数在右半平面上不能有零。闭环系统的特征函数是整个传递函数的分母,因此它的零点是系统的极点。这就是为什么你把事情搞混了。

一个非常重要的概念,值得一提,与右半平面上零点的存在密切相关:最小和最大相位系统我建议你看一下关于它的维基百科文章。

对于开环稳定性,开环传递函数 G(s)H(s) 的所有极点都必须在左半平面内。

对于闭环稳定性(重要的),传递函数 F(s) = 1 + G(s)H(s) 的所有零点都必须在左半平面内。这些零点与闭环系统传递函数的极点 (G(s) / (1+G(s)H(s)) 相同。

因此,如果您在图表中绘制 G(s)H(s) 的极点和零点,则极点必须位于左半平面中以实现开环稳定性。

但是如果你画出闭环传递函数 (G(s) / (1+G(s)H(S)) 的极点和零点,那么如果所有极点都在左半平面上,那么闭环系统稳定。

但是你如何从 G(s)H(s) 函数中计算出闭环稳定性呢?您可以: 1) 求 1+G(s)H(s)=0 的根(简单) 2) 使用 Routh 稳定性准则(中等) 3) 使用 Nyquist 稳定性准则或绘制 Nyquist 图(困难)

总之,如果你有一个系统的闭环传递函数,那么只有极点对闭环稳定性很重要。但是如果你有开环传递函数,你应该找到 1+G(s)H(s) 传递函数的零点,如果它们在左半平面内,则闭环系统是稳定的。