已知单位负反馈系统的开环传递函数G(s)=k/(s*(s+2)*(s+8)),①利用MATLAB分析画出根轨迹②分析系统的稳定情况、欠阻尼情况③确定使闭环复数根的阻尼比为最优阻尼比时k的取值,分析此时能否降阶处理,并用时域响应对比验证。
时间: 2024-02-06 12:09:51 浏览: 568
好的,我来为您解答。
① 首先在MATLAB中定义传递函数G(s):
```
s = tf('s');
G = k/(s*(s+2)*(s+8));
```
然后可以使用`rlocus`函数画出根轨迹:
```
rlocus(G);
```
根据根轨迹可以看出系统有三个极点:s=0、s=-2、s=-8。根轨迹从左下角的无穷远点开始,向右上方移动,直到最后接近极点时趋近于垂直于实轴的直线。
② 系统的稳定情况由系统极点的位置决定。由根轨迹可知,当k>0时,系统的三个极点都在左半平面,因此系统是稳定的。欠阻尼情况指的是极点位置在虚轴上或者右半平面上,由根轨迹可知,该系统没有欠阻尼情况。
③ 当复数根的阻尼比为最优阻尼比时,系统的阻尼比为1/根号2,此时要使系统稳定,k的取值应该大于0。为了确定最优阻尼比时的k取值,可以使用MATLAB中的`rlocfind`函数,它可以找到根轨迹上指定点的增益值。在这里我们指定点为最优阻尼比时的根轨迹交点。代码如下:
```
[z, p, k] = zpkdata(G, 'v');
sgrid(0.707, 0);
rlocus(G);
[k_opt, poles] = rlocfind(G);
```
运行以上代码后,k_opt即为最优阻尼比时的增益值,可以使用`step`函数分别绘制原系统和最优阻尼比系统的时域响应进行对比验证。代码如下:
```
sys = feedback(G, 1);
sys_opt = feedback(k_opt*G, 1);
t = 0:0.01:10;
step(sys, t);
hold on;
step(sys_opt, t);
legend('Original System', 'Optimal Damping System');
```
运行以上代码后,即可得到对比图形。
需要注意的是,在使用`feedback`函数计算闭环传递函数时,1表示的是单位负反馈。
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