【摘要】:系统的时域性能指标常用超调量Mp、调整时间ts和稳态误差给出。系统性能指标可以表示成s平面中的希望闭环极点。ζ与Mp线的关系可由计算或查曲线得到,等ζ线与负实轴夹角为arccosζ。图中等Mp线和等ts线左边阴影线区域内的闭环极点都能满足Mp≤16%、ts≤2s。运行上述MATLAB程序,结果如图7-16所示,并点击根轨迹与等ζ=0.5线的交点,得到ζ=0.5时的根轨迹增益和闭环极点。
系统的时域性能指标常用超调量Mp、调整时间ts和稳态误差(或稳态误差系数)给出。二阶系统可直接转换成阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn。而高阶系统则用主导极点近似方法,同样可将性能指标转换成ζ和ωn。
因此,闭环主导极点位于图7-14(c)中希望区域内,且满足上式的系统就符合动静态指标的要求。
图7-14 二阶系统等Mp线、等ts线和希望极点区
[例7-08] 根轨迹法求取图7-15(a)所示系统中的K和Kh,已知0<Kh<1,使系统满足ζ=0.5、调整时间ts≤2s、稳态速度误差系数Kv=60s-1。
[解] 系统的开环传递函数为
由稳态速度误差系数Kv=60s-1得K=60。
ωn=4rad/s
因此得到要求的闭环极点
图7-15 闭环系统及其根轨迹
MATLAB应用中可采用sgrid(z,ω)绘制等ζ线和等ωn线。其中z如是矢量则表示一组等ζ线,ω如是矢量,表示一组等ωn线。可采用rlocfind(num,den)人机交互得到根轨迹上某一点。
[解] MATLAB编程先作原系统的根轨迹并同时显现等ζ=0.5线和等ωn=7线。
运行上述MATLAB程序,结果如图7-16所示,并点击根轨迹与等ζ=0.5线的交点,得到ζ=0.5时的根轨迹增益和闭环极点。三个闭环极点中两个共轭复极点离虚轴的距离比实轴上的极点-2.3356近得多,主导性明显。
图7-16 系统根轨迹
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