零极点对系统的影响

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增加零极点以及零极点分布对系统的影响一般说来,系统的极点决定系统的固有特性,而零点对于系统的暂态响应和频率响应会造成很大影响。以下对于零极点的分布研究均是对于开环传递函数。零点一般是使得稳定性增加,但是会使调节时间变长,极点会使调节时间变短,是系统反应更快,但是也会使系统的稳定性变差。在波特图上反应为,增加一个零点会在幅频特性曲线上增加一个+20db/10倍频的曲线,幅频曲线上移,增加一个极点,会在幅频特性曲线上增加一个-20db/10倍频的曲线,幅频曲线下移。在s左半平面增加零点时,会增加系统响应的超调量,带宽增大,能够减小系统的调节时间,增快反应速度,当零点离虚轴越近,对系统影响越大,当零点实部远大于原二阶系统阻尼系数ξ时,附加零点对系统的影响减小,所以当零点远离虚轴时,可以忽略零点对系统的影响。从波特图上来看,增加一个零点相当于增加一个+20db/10倍频的斜率,可以使的系统的相角裕度变大,增强系统的稳定性。在s右半平面增加零点,也就是非最小相位系统,非最小相位系统的相位变化范围较大,其过大的相位滞后使得输出响应变得缓慢。因此,若控制对象是非最小相位系统,其控制效果特别是快速性一般比较差,而且校正也困难。对于非最小相位系统而言,当频率从零变化到无穷大时,相位角的便变化范围总是大于最小相位系统的相角范围,当ω等于无穷大时,其相位角不等于-(n-m)×90º。非最小相位系统存在着过大的相位滞后,影响系统的稳定性和响应的快速性。在s左半平面增加极点时,系统超调量%pσ减小,调整时间st(s)增大,从波特图上看,s左半平面增加一个极点时,会在幅频特性曲线上增加一个-20db/10倍频的曲线,也就意味着幅频特性曲线会整体下移,导致相角域度减小,从而使得稳定性下降。当极点离原点越近,就会增大系统的过渡时间,使得调节时间增加,稳定性下降,当系统影响越大当极点实部远大于原二阶系统阻尼系数ξ时,附加极点对系统的影响减小,所以当极点远离虚轴时可以忽略极点对系统的影响。在s右半平面增加极点会导致系统不稳定。最小相位系统从传递函数角度看,如果说一个环节的传递函数的极点和零点的实部全都小于或等于零,则称这个环节是最小相位环节.如果传递函数中具有正实部的零点或极点,或有延迟环节,这个环节就是非最小相位环节.对于闭环系统,如果它的开环传递函数极点或零点的实部小于或等于零,则称它是最小相位系统.如果开环传递函中有正实部的零点或极点,或有延迟环节,则称系统是非最小相位系统.因为若把延迟环节用零点和极点的形式近似表达时(泰勒级数展开),会发现它具有正实部零点.最小相位系统具有如下性质:1,最小相位系统传递函数可由其对应的开环对数频率特性唯一确定;反之亦然.2,最小相位系统的相频特性可由其对应的开环频率特性唯返航一确定;反之亦然.3,在具有相同幅频特性的系统中,最小相位系统的相角范围最小.传递函数中至少有一个极点或零点的实部值为正值的一类线性定常系统。反之,当系统的所有极点和零点的实部均为负值时,称为最小相位系统。在具有相同幅频特性的系统中,最小相位系统的相角变化范围为最小。最小相位和非最小相位之名即出于此。最小相位系统的幅频特性和相频特性之间存在确定的对应关系。两个特性中,只要一个被规定,另一个也就可唯一确定。然而,对非最小相位系统,却不存在这种关系。非最小相位系统的一类典型情况是包含非最小相位元件的系统或某些局部小回路为不稳定的系统;另一类典型情况为时滞系统。非最小相位系统的过大的相位滞后使得输出响应变得缓慢。因此,若控制对象是非最小相位系统,其控制效果特别是快速性一般比较差,而且校正也困难。较好的解决办法是设法取一些其他信号或增加控制点。例如在大型锅炉汽包的水位调节中增加一个蒸汽流量的信号,形成所谓的双冲量调节。最小相位系统特点:特点1:如果两个系统有相同的幅频特性,那么对于大于零的任何频率,最小相位系统的相角总小于非最小相位系统;特点2:最小相位系统的幅频特性和相频特性直接关联,也就是说,一个幅频特性只能有一个相频特性与之对应,一个相频特性只能有一个幅频特性与之对应。对于最小相位系统,只要根据对数幅频曲线就能写出系统的传递函数。

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