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求助機電壹體化程序設計的題

例3-5 已知線性系統的閉環特征方程為D(s)=s4+2s3+3s2+4s+5=0,試用勞斯穩定判據判別系統的穩定性

解:按表3-3所示規律,得勞斯表如下

s4 1 3 5

s3 2 4

s2 1 5

s1 -6 0

s0 5

由於勞斯表第壹列元符號變化兩次,系統有兩個正實部根,該系統不穩定。

(2)勞斯穩定判據的特殊情況

應用勞斯判據建立的勞斯表,有時會遇到兩種情況,使計算無法進行,因此需要進行相應的數學處理,而處理的原則是不影響勞斯穩定判據的判斷結果。

勞斯表中某行第壹列元等於零

如果出現這種情況,計算勞斯表下壹行第壹元時,會出現無窮現象,使勞斯穩定判據無法使用。例如系統特征方程為

D(s)=s4+3s3+s2+3s+1=0 (3-89)

列勞斯表為

s4 1 1 1

s3 3 3

s2 0 1

s1

有兩種方法可以解決這種情況。第壹種方法是用因子(s+a)乘原特征方程,a是正實數,再對新特征方程應用勞斯判據判斷。如用(s+3)乘式(3-89),得新特征方程為

D(s)=s5+6s4+10s3+6s2+10s+3=0

列勞斯表為

s5 1 10 10

s4 6 6 3

s3 9 9.5

s2 -0.33 3

s1 91.4 0

s0 3 可見第壹列元符號改變兩次,所以有兩個正實部根,系統不穩定。

第二種方法是用壹個小正數 代替第壹列中等於零的元素,繼續勞斯表的列寫,最後取 即可。如式(3-89)的勞斯表為

s 4 1 1 1

s 3 3 3

s 2

1

s 1

s 0 1 因為 ,所以 <0,勞斯表第壹列變符號兩次,系統有兩個正實部根,系統不穩定。顯然兩種處理方法判斷結果相同。

勞斯表中出現全零行

若系統存在對稱坐標原點的極點時會出現全零行這種情況。當勞斯表中出現全零行,可用全零行上面壹行的系數構造壹個輔助方程F(s)=0,並將輔助方程對s求導,其導數方程的系數代替全零行的各元素,就可按勞斯穩定判據的要求繼續運算下去。輔助方程的次數通常為偶數,它表明數值相同符號相反的根數,而且這些根可由輔助方程求出。

例3-6 系統特征方程如下,試用勞斯穩定判據判別系統的穩定性。

D(s)= s 3+10 s 2+16 s +160=0

解:列勞表斯為

s 3 1 16

s 2 10 160 ←輔助方程F(s)=0的系數

s 1 0 0 ←出現全零行由s 2行系數構造輔助方程為

F(s)=10 s 2+160

對輔助方程F(s)的變量s求導數,得導數方程

用導數方程的系數代替全零行相應的元素,得新勞斯表為

s 3 1 16

s 2 10 160

s 1 20 0 ←構成新行

s 0 160 第壹列不變號,故系統無正實部根,但因出現全零行,解輔助方程F(s)得壹對***軛復根 ,所以系統屬臨界穩定。

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