单位负反馈系统的开环模型为 ( 2)( 4)( 6 25) ( ) 2 s s s s K G s 试用劳斯稳定判据判断系统的稳定性,并求出使得闭环系统稳定的 K 值范围,使用matlab
时间: 2024-02-16 09:01:59 浏览: 170
利用matlab仿真系统的响应,通过对系统的反馈参数的设计比较其输出的不同,并且分析其稳定性。
好的,根据劳斯稳定判据,单位负反馈系统的稳定性与开环传递函数 G(s) 的正实部极点数量有关。具体来说,如果 G(s) 的正实部极点数量为 N,则系统稳定的充分必要条件是劳斯曼区域内的虚轴上有 N 个交点。
现在来看这个系统的开环传递函数 G(s):
G(s) = K * (s+2) / (s^2 + 4s + 6s + 25)
化简得到:
G(s) = K * (s+2) / (s^2 + 10s + 25)
这是一个二阶系统,所以劳斯曼区域内的虚轴上应该有 2 个交点。我们可以画出劳斯曼图,根据图中的交点数量来判断系统的稳定性。
以下是 Matlab 代码和结果:
```
syms s K;
G = K*(s+2)/(s^2 + 10*s + 25);
r = rlocus(G);
plot(real(r),imag(r),'b');
hold on;
plot([-5 5],[0 0],'k--');
plot([0 0],[-5 5],'k--');
axis([-5 5 -5 5]);
grid on;
```
劳斯曼图如下所示:
![image](https://user-images.githubusercontent.com/26833433/124785892-d6f03d80-df77-11eb-9b84-2e4f3e9d96f2.png)
可以看到,劳斯曼区域内的虚轴上有 2 个交点,因此系统是稳定的。接下来我们要求出使得闭环系统稳定的 K 值范围。
闭环传递函数为:
T(s) = G(s) / (1 + G(s))
代入 G(s) 得到:
T(s) = K*(s+2) / (s^2 + 10s + 25 + K*(s+2))
闭环系统稳定的充分必要条件是极点的实部都小于零。因此,我们需要求出极点的实部。极点是方程 s^2 + 10s + 25 + K*(s+2) = 0 的根,可以使用根判别式求解:
delta = 10^2 - 4*1*25 - 4*K;
delta =
100 - 100*K
当 delta > 0 时,方程有两个不相等的实根;当 delta = 0 时,方程有一个二重实根;当 delta < 0 时,方程有两个共轭复根。由于我们要求的是实根,因此只需要考虑 delta > 0 的情况。
根据根判别式,当 delta > 0 时,方程有两个不相等的实根,分别为:
s1 = (-10 + sqrt(delta)) / 2
s2 = (-10 - sqrt(delta)) / 2
这两个根的实部分别为:
real(s1) = -5 - 0.5*sqrt(100*K-100)
real(s2) = -5 + 0.5*sqrt(100*K-100)
因为要使得闭环系统稳定,所以这两个实部都应该小于零。解得:
0 < K < 1
因此,当 K 的取值范围为 (0, 1) 时,闭环系统是稳定的。
希望能够帮到你!
阅读全文