已知控制系统的开环传递函数G(S)=k/[s(1+0.1s)(1+0.25s)],要求闭环系统的特征根全部位于Res=-1垂线左侧,确定k值范围
时间: 2024-05-27 16:10:43 浏览: 328
首先,对于一个控制系统,其闭环特征方程可以表示为:
1 + G(s)H(s) = 0
其中,G(s)为系统的开环传递函数,H(s)为系统的闭环传递函数。
为了让闭环系统的特征根全部位于Res=-1垂线左侧,我们需要在H(s)中引入一个负反馈回路,即令:
H(s) = 1 / (1 + G(s))
这样,闭环特征方程就变为:
1 + G(s) / (1 + G(s)) = 0
化简得:
G(s) = -1
代入G(s)的表达式中,得到:
-k / [(s+0.1)(s+0.25)] = -1
化简得:
k = (s+0.1)(s+0.25)
我们需要确定k的取值范围,使得上式成立。
首先,我们可以观察k的表达式,发现它是一个二次函数,开口向上,且在s=-0.175处取得最小值。因此,k的最小值为:
k_min = (-0.175+0.1)(-0.175+0.25) = 0.015
另外,我们可以观察传递函数的极点位置,发现它们都是实数,且都位于负实轴左侧。因此,我们要求k的取值范围,使得传递函数的极点位置不发生变化,即不会出现共轭复极点或者极点移动到右半平面的情况。
根据极点的位置,我们可以得到以下不等式:
0.1 > -1/2Re(p) > 1 (1)
0.25 > -1/2Re(q) > 1 (2)
其中,p和q分别为传递函数的两个极点。
将传递函数的极点代入上述不等式中,得到:
0.1 > 0.175 > 1 (3)
0.25 > 0.325 > 1 (4)
因此,k的取值范围为:
0.015 < k < 0.05625
综上所述,k的取值范围为0.015 ~ 0.05625。
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