环路稳定性
锁相环是一个反馈控制系统,稳定是反馈控制系统的重要性能,关系到系统能够 正常发挥效能的前提条件。 ★★线性环路系统稳定充要条件
闭环传递函数的全部极点都应位于S平面的左半平面上,否则为不稳定系统。 ★★线性环路系统判断方法
★根轨迹法 ⊙
根轨迹:锁相环的闭环极点随A∑值的变化(从O→∞)而在S平面(复数S平面)上描绘出的轨迹,称作根的轨迹,简称根轨迹。
⊙ 根轨迹法:
根据锁相环开环传递函数零,极点的数值,通过根轨迹曲线求出闭环传递函数H(S)的极点,来判断环路稳定性的方法。
⊙ 根轨迹主要特性: ※
根轨迹的数目等于闭环特征方程的阶数。也就是根轨迹的数目与闭环极点数目相同,并与环路阶数相等。
※
根轨迹的起点起始于开环的极点,而终止于开环零点或无穷远处。也就是根轨迹上相应于A∑=O的点是开环极点;相应于A∑=∞的点是开环零点或无穷远处。
※ 根轨迹均为连续的,并对称于实轴的曲线。
⊙ 根轨迹法判断举例:
闭环传递函数与开环传递函数之间关系为
环路闭环特征方程1+G(S)=O
※ 对一阶环稳定性判断(F(S)=1)
极点数n=1 所以根轨迹只有一条,并且连续的。所以一阶环开环传递函数具有一个零极点,而无零点。
由右图可见
从开环的极点是在原点开始,向A
∑
→∞变化时,根轨迹终止于无穷远处。实
际上,一阶环的根轨迹就是S平面的负实轴。
可见:一阶环传递函数的极点位于S平面的左侧,所以是无条件稳定。
※有源RC比例积分二阶2型环的稳定判断
闭环极点数n=2即阶数为2,所以根轨迹有两条,并且连续的而对称于实轴的曲线。
二条根轨迹均位于S平面的左半平面内,所以二阶2型环是无条件稳定。
★波得准则法 ⊙
用开环频域特性,来判断闭环时系统的极点是否都落在S平面的左半平面内,若是,则为就是稳定,若有一个或一个以上处在右半平面或虚轴上,则系统就是不稳定的。波得准则在工程上是常用的,即波得图可根据开环传递函数绘出,也可通过实验方法得出。
⊙ 波得图:
※ 包括幅频特性和相频特性,频率都用对数分度表示。 ※
实际应用时,不但要求稳定,而且要求远离临界稳定的条件,即相位余量和增益余量。
※ 开环增益达到0dB时的频率称增益临界频率ωT。
开环相移达到π时的频率称相位临界频率ωK。
★劳斯──霍尔维茨准则(略) ★奈魁斯特准则 (略)