从开环传递函数和奈奎斯特稳定性准则确定反馈系统的稳定性给出不同的结果

信息处理 转换功能 奈奎斯特 稳定 回馈
2022-02-06 14:27:20

我很困惑,因为无论反馈系统是否稳定,奈奎斯特稳定性标准和查看传递函数都不会给出相同的结果。当我有这个框图的系统时,闭环传递函数是:

TCL(s)=G1+GH
由于 Nyquist 稳定性标准,这个闭环传递函数在 GH = -1 + 0j 时会稍微稳定,而在时会不稳定(如果开环传递函数是稳定的,在这种情况下,右半平面中没有任何极点,因此奈奎斯特图不应围绕点 -1,因此该图应位于该点 -1 的右侧)。GH=<1+0j

但是,当我查看闭环传递函数时,我会说这个系统对于是不稳定的。在这种情况下,传递函数变为无穷大,因此有界输入将导致无界(=无穷大)输出。GH=1

在我的思路中,点将再次稳定,因为将再次是有限的,但是符合奈奎斯特稳定性标准,这一点仍然不稳定?GH=2TCL

我知道奈奎斯特是正确的,但我的思维方式有什么问题

传递函数框图

2个回答

然而,当我查看闭环传递函数时,我会说这个系统对于 𝐺𝐻=−1 是不稳定的。在这种情况下,传递函数变为无穷大,因此有界输入将导致无界(=无穷大)输出。

这取决于您对稳定性的定义。 被称为边际稳定,因为根据您如何看待它,它可能是稳定的,也可能是不稳定的。GH=1

@Petrus1904提到的李雅普诺夫意义上,它是稳定的。但是,如果您将有界输入有界输出 (BIBO) 稳定性理解为输入可以无限长但在界限内,那么输出实际上可以无限大。所以在 BIBO 的意义上它是不稳定的。

因此,“边际稳定”。

在我的思路中,点𝐺𝐻=−2 将再次稳定,因为𝑇𝐶𝐿 将再次有限,但是符合奈奎斯特稳定性标准,该点仍然不稳定?

永远不会无限的传递函数它所要求的只是稳定边界没有极点。sjω

我很抱歉没有花时间这样做,但我知道我可以模拟一个并且仍然稳定的系统,因为我已经设计了这样的系统。您需要做的就是用 PID 控制器包装一个双积分器:让并调整稳定性。生成的系统将在其开环波特图中有一个点,该点具有 180的相移和大于 1 的增益——要使增益等于 2,您只需调整数字即可。GH=2G=1/s2H=ki/s+kp+sτds+1kd

附录:使用我上面给出的 PID 传递函数,,你应该得到一个稳定的系统,ki=0.002kp=0.02kd=0.2τd=0.01GH2ω=0.1radsec

假设我的数学是正确的...

关于你的问题,我有几点需要注意。据我所知,奈奎斯特稳定性标准取代了开环传递函数。如果你采用闭环传递函数,你应该计算 0 的环绕数(如果我没记错的话)。

由李雅普诺夫稳定性准则表达的稳定性的正式定义如下(通俗地说):如果系统中的能量小于或等于系统中的能量,则系统被认为是稳定的。同样,这是非常基本的,并且有一些正式的数学规则与此绑定,我不会打扰你。但这意味着如果你停止激发系统,系统中的能量就不会增加。

例如采用以下系统:具有无限量级。但是,如果您停止激励系统,信号的幅度将不再增加(由于该系统的性质,它也不会减少)。因此,系统中的能量保持有界并且不会增加。事实上,如果你用这个共振频率以外的任何其他频率激励这个系统,它的幅度也不会增加。因此,该系统是(勉强)稳定的。它与空间中的单个质量的示例相同。如果你推动它,它将永远向前。但是系统中的能量在没有激发的情况下不会增加。H=1,G=1/s2Tcl