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。