0° 根轨迹的绘制法则:与常规 180° 根轨迹的差异
一、为什么叫 0° 根轨迹
正反馈系统的闭环特征方程为
1−G(s)H(s)=0⟺G(s)H(s)=1
代入开环传函的零极点形式
G(s)H(s)=K∗∏i=1n(s−pi)∏j=1m(s−zj)=1
取相角与模值后,得到两个条件:
相角条件:
j=1∑m∠(s−zj)−i=1∑n∠(s−pi)=2kπ,k=0,±1,±2,⋯
模值条件:
K∗=∏j=1m∣s−zj∣∏i=1n∣s−pi∣
常规(180°)根轨迹来自负反馈 1+G(s)H(s)=0,相角条件为 (2k+1)π;正反馈的右边变成 2kπ——这就是”0° 根轨迹”名字的由来。
二、与常规根轨迹的核心差异
绘制 0° 根轨迹的法则与常规根轨迹绝大部分相同(条数、起点终点、对称性、渐近线方向、与虚轴交点求法等),只有下面三条法则因为相角变成 2kπ 而需要替换。
1. 实轴上的根轨迹
实轴上某一区段为根轨迹,当且仅当其右方开环零、极点个数之和为偶数(含 0)。
(常规根轨迹要求为奇数。)
2. 渐近线的交角
φa=n−m2kπ,k=0,±1,⋯
(常规根轨迹为 n−m(2k+1)π。)
注意渐近线与实轴的交点 σa 公式不变:
σa=n−m∑pi−∑zj
3. 起始角与终止角
设 l 为对应开环零/极点的重数。
起始角(自极点 pi 出发):
φpi=l12kπ+j=1∑mφzjpi−j=1j=i∑nθpjpi
终止角(到达零点 zi):
φzi=l12kπ−j=1j=i∑mφzjzi+j=1∑nθpjzi
(常规根轨迹中方括号内首项为 (2k+1)π。)
计算时把结果归算到 −180∘∼180∘ 区间内。
三、一句话记忆
0° 根轨迹的所有法则=180° 根轨迹的法则,把 (2k+1)π 全部换成 2kπ
对应到三条具体差异:
| 法则 | 180° 根轨迹 | 0° 根轨迹 |
|---|
| 实轴右方零极点和 | 奇数 | 偶数 |
| 渐近线交角 | n−m(2k+1)π | n−m2kπ |
| 起始角 / 终止角的常数项 | (2k+1)π | 2kπ |
其余法则——分支条数、起终点、与渐近线交点 σa、分离点 dsdK=0、与虚轴交点(用劳斯判据或代入 s=jω)——与常规根轨迹完全一致。
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