奈奎斯特稳定性判据的步骤(含详细推导)

奈奎斯特稳定性判据的步骤:

  • 一、作出半闭合曲线
    • 1.作出开环系统的奈奎斯特曲线
    • 2.补圆
  • 二、计算R的大小
  • 三、判断Z是否为0


提示:本文只含有奈奎斯特判据的步骤,适合期末防挂科的同学,若想要透彻地了解奈奎斯特判据的原理,可参考我的另一篇文章,链接见文末

以开环传递函数

G ( s ) H ( s ) = 1 s 2 ( s + 1 ) 为 例 G\left( s \right) H\left( s \right) =\frac{1}{s^2\left( s+1 \right)} 为例 G(s)H(s)=s2(s+1)1

利用奈奎斯特判据判断其稳定性

一、作出半闭合曲线

1.作出开环系统的奈奎斯特曲线

画出开环传递函数的奈奎斯特曲线如图:

关于绘制奈奎斯特曲线,大家可以参考我的这篇文章:
三种绘制奈奎斯特曲线的方法

2.补圆

若有(1/s)^v项,则以奈奎斯特曲线的起始位置为起点,逆时针画 v x 90° 半径无穷大的圆弧,但该圆弧的方向为顺时针

易得在本开环传递函数中 v=2,则画一个180°的半圆,半闭合曲线如图:
在这里插入图片描述

二、计算R的大小

R = 2(N+-N-)

R 表示开环系统 G(s)H(s) 顺时针绕点(-1,j0)的圈数,等价于1+G(s)H(s) 顺时针绕原点的圈数

N+ 表示点 (-1,j0) 左侧正穿越的次数(从上向下穿越)

N- 表示 点 (-1,j0) 左侧负穿越的次数(从下向上穿越)

系统中半闭合曲线与实轴交点在 (-1,j0) 左侧,并且为一次负穿越,没有正穿越。
故N+=0,N-=1,计算得

R = 2(N+-N-) = -2

三、判断Z是否为0

幅角原理:

R = P-Z

▷P为右半平面开环极点

▷Z为右半平面闭环极点

P为开环传递函数 G(s)H(s) 极点在右半平面的数量,通过幅角原理可以计算得到Z,判断Z是否为0,Z = 0 则表示闭环传递函数的极点全在虚轴左侧,则该系统稳定
在 例 G ( s ) H ( s ) = 1 s 2 ( s + 1 ) 中 , 开 环 传 递 函 数 在 右 半 平 面 没 有 极 点 , P = 0 在例 G\left( s \right) H\left( s \right) =\frac{1}{s^2\left( s+1 \right)} 中,开环传递函数在右半平面没有极点,P=0 G(s)H(s)=s2(s+1)1P=0

则 Z = P-R = 2

Z ≠ 0,则闭环传递函数在右半平面有极点,该系统不稳定



若当系统半闭合曲线出现下面的情况,怎么判断?

在这里插入图片描述
若 曲 线 只 与 实 轴 有 交 点 , 并 没 有 穿 过 , 记 为 1 2 若曲线只与实轴有交点,并没有穿过,记为\frac{1}{2} 线穿21 图 中 A 、 B 两 点 都 在 ( − 1 , j 0 ) 左 侧 , 且 都 为 负 穿 越 , 其 中 A 点 并 未 穿 过 实 轴 图中A、B两点都在(-1,j0)左侧,且都为负穿越,其中A点并未穿过实轴 AB(1,j0)穿A穿 则 N + = 0 , N - = 1 2 + 1 = 3 2 则N^+ =0,N^-=\frac{1}{2}+1=\frac{3}{2} N+=0N=21+1=23 R = 2 ( N + - N - ) = − 3 R = 2(N^+-N^-) = -3 R=2(N+N)=3再结合题目中开环传递函数的极点即可判断其稳定性



若想要透彻的了解奈奎斯特判据的原理,请参考以下链接:
▷ 奈奎斯特稳定判据的详细推导(看完就会!)

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