以原点为极点的传递函数的奈奎斯特图

信息处理 频谱 频率响应 奈奎斯特 零极点 稳定
2022-01-31 14:18:54

我正在学习奈奎斯特图,在处理原点的极点或零点时,有些事情一直困扰着我。奈奎斯特图基于论证原则获得信​​息

“如果 f(z) 是某个闭合轮廓 C 内部和上的亚纯函数,并且 f 在 C 上没有零点或极点,则

Cf(z)f(z)dz=2πi(NP)Cf(z)f(z)dz=2πi(NP)
其中 N 和 P 分别表示轮廓 C 内 f(z) 的零点和极点的数量,每个零点和极点的计数与其多重性和阶数一样多,分别表示。”

所以我们只是忽略了传递函数在轮廓上包含一个极点的事实?在明显违反论证原则的情况下,我们如何正常对待它们?C

1个回答

我们不会忽略轮廓上的极点。正如评论中提到的,通过修改轮廓来避免极点,如下图所示,其中显示了适合处的极点的轮廓。s=0

奈奎斯特轮廓

图 1:处极点的奈奎斯特轮廓(来自 K. Ogata 的“现代控制工程”)。s=0

轮廓沿着以极点位置为中心的半圆围绕极点移动。该半圆的半径接近于零,因此整个右半平面被生成的轮廓包围。请注意,通过以这种方式选择等高线,虚轴上的极点位于等高线之外,并且不会添加到奈奎斯特图中原点的包围中。

当然,我们也可以在左半平面上沿半圆移动,以避开虚轴上的极点。在这种情况下,极点将位于轮廓内。

例如,考虑函数

F(s)=(s+2)2s(s+1)

它在左半平面有一个双零,在左半平面有一个极点,在处的虚轴上有一个极点。如果我们使用图 1 所示的等高线,我们会得到如下右图所示的奈奎斯特图(对应的等高线显示在左侧)。s=0

在此处输入图像描述

没有包围原点,这与轮廓内没有极点和零点的事实一致。请注意,由于我们选择了轮廓,处的极点位于轮廓之外。s=0

如果我们在左半平面选择一个带有小半圆的不同轮廓来避开处的极点(下图左侧),则处的极点在轮廓内,因此,奈奎斯特图显示了原点的一个逆时针环绕(下图右侧),对应于一个极点,轮廓内没有零点。s=0s=0

在此处输入图像描述

总而言之,虚轴上的极点是通过沿半径无穷小的半圆移动来避免的,并且根据半圆是在右半平面还是左半平面,虚轴上的极点是在外面还是在外面在等高线内,这在奈奎斯特图中由原点的包围数反映。