G( j0 ) 270 G( j) 0 90
K ( s 1)
G(s) 2
s s( 1)
1
§5.3.4 最小相角系统和非最小相角系统（3）
非最小相角系统
—— 在右半s平面存在开环零、极点或带纯延时环节的系统
★ 非最小相角系统相角变化的绝对值一般 比最小相角系统的大
★ 非最小相角系统未必不稳定 ★ 非最小相角系统未必一定要画0根轨迹 ★ 最小相角系统由L()可以唯一确定G(s)
GX
jGY
令
Im[ G( j)] GY 0
得
g 20 4.47
代入实部 GX ( g ) 0.4167
G(g ) 0.4167 h 1 1 2.4
G( jg ) 0.4167
§5.5
稳定裕度 (6)
解法II：由Bode图求 , h。
由L(): 得
G(s)
s(
5 s 1)(
非最小相角系统由L()不能唯一确定G(s)
课程回顾
奈奎斯特稳定判据 Z P 2N
0 闭环系统不稳定 Z 0 闭环系统稳定
0 有误！
Z: 在右半s平面中的闭环极点个数 P: 在右半s平面中的开环极点个数 N: 开环幅相曲线GH(j)包围[G]平面(-1, j0)点的圈数
注意问题
1. 当[s]平面虚轴上有开环极点时，奈氏路径要从其右边 绕出半径为无穷小的圆弧；[G]平面对应要补充大圆弧
2 g
tan 90
g2 20
g 4.47
20
h
1
g
2 g
22
2 g
ห้องสมุดไป่ตู้
102
g 4.47
2.4
G( jg )
100
(7.6 dB)
§5.5
稳定裕度 (5)
(2.2)将G(j)分解为实部、虚部形式
G( j )
100
j(2 j )(10 j )
1200 j100(20 2 ) (4 2 )(100 2 )
2. N 的最小单位为二分之一
§5.4.3
对数稳定判据 (4)
例2
G(s)
1000 s(s2 25)(0.2s 1)
40
s[( s )2 1]( s 1)
5
5
G( j0) 0
G( j0 ) 90
G( j5 ) 135
G( j5 ) 315
G( j) 0 360
N N N 0 1 1 Z P 2N 0 2 (1) 2
s( s 1)
1
求K:
K c
G( j)
c
2 c 1
K
c2 1
1
K c2 1
K 2 c 1
§5.3.4 最小相角系统和非最小相角系统（2）
⑴
⑵
⑶
⑷
G( j0 ) 90 G( j) 0 90
G( j0 ) 90 G( j) 0 90
G( j0 ) 90 G( j) 0 90
自动控制原理
（第 23 讲）
§5.5 稳定裕度
§5.5.1 稳定裕度的定义 §5.5.2 稳定裕度的计算
§5.5
稳定裕度 (1)
系统动态性能
稳定程度
时域（t） 频域（）
稳定边界
稳定程度
虚轴 (-1,j0)
阻尼比 x 到(-1,j0)的距离
稳定裕度
(开环频率指标)
§5.5
稳定裕度 (2)
§5.5.1 稳定裕度的定义
自动控制原理
（第 23讲）
§5. 线性系统的频域分析与校正
§5.1 §5.2 §5.3 §5.4 §5.5 §5.6 §5.7 §5.8 §5.9
频率特性的基本概念 幅相频率特性（Nyquist图） 对数频率特性（Bode图） 频域稳定判据 稳定裕度 利用开环频率特性分析系统的性能 闭环频率特性曲线的绘制 利用闭环频率特性分析系统的性能 频率法串联校正
§5.4.3
对数稳定判据 (5)
例3 G(s)
Ks 3
(0.2s 1)( s 1)(5s 1)
G( j0) 00 G( j0 ) 0270 G( j) K0
K1 N N N 0 0 0
Z P 2N 0 20 0
K 2 N N N 0 1 1
Z P 2N 0 2 (1) 2
截止频率 ωc
相角裕度
G( jωc ) 1 180 G( jc )
相角交界频率ωg G( jωg ) 180
幅值裕度 h
h 1
G( jg )
, h 的几何意义
, h 的物理意义
系统在
h
相角 幅值
方面的稳定储备量
一般要求
40 h 2
§5.5
稳定裕度 (3)
§5.5.2 稳定裕度的计算
例4
G(s)
s(
s
5 1)(
s
1)
s(s
100 2)(s
10)
，求
,
h。
2 10
解法I：由幅相曲线求 , h。
100
(1)令 G( jωc ) 1 c c2 22 c2 102
c2[c4 104c2 400] 10000
试根得 c 2.9
180 G( jc ) 180 (2.9)
s
1)
2 10
5
10
G(
jc )
1
c
c
2
1
c2
c 10 3.16 2.9
180 G( jc ) 180 (3.16)
180 90 arctan 3.16 arctan 3.16
2
10
90 57.67 17.541 14.8 18.5
g 210 4.47
h 1 G( j4.47)
自动控制原理
西北工业大学自动化学院
自动控制原理教学组
自动控制原理
本次课程作业(23)
5 — 20(用坐标纸), 21, 22 5 — 23, 24 (选做)
§5.3.4 最小相角系统和非最小相角系统（1）
例8 开环系统Bode图如图所示，求 G(s)。
K ( s 1)
解 依题有 G(s) 2
1 2.4 0.4167
§5.5
稳定裕度 (7)
6( s 1)
例5
G(s)
2.5
s( s 1)( s 1)( s
，求 , h。
1)
2 5 12.5
解.作L()求 c
法I: 法II:
6 2.5
c 2 G( jc ) 1
c
62 2.5
4.8
6 c
2.5
c
c
2
11
62
2.5c
c
62 2.5
180 90 arctan 2.9 arctan 2.9
2
10
90 55.4 16.1 18.5
§5.5
稳定裕度 (4)
(2.1)令 ( g ) 180
90 arctan g arctan g
2
10
可得 arctan g arctan g 90
2
10
g g
2 10
1
4.8
180 G( jc )
180 arctan 4.8 90 arctan 4.8 arctan 4.8 arctan 4.8