考研851 自动控制原理
题海 · 题解 · p.226

时的闭环根轨迹图;(2) 概略绘制 \(H(s)=\dfrac{s+1.05}{s}\) 时的闭环根轨迹图;(3) 比较开环零点变化对根轨迹形状的影响。

(1) 系统的开环传递函数。

\[G(s)H(s)=\frac{K(s+4)}{s(s+1)(s^2+4s+16)}=\frac{K(s+4)}{s(s+1)(s+2-j3.46)(s+2+j3.46)}\]

① 实轴上的根轨迹:\((-1,0]\)\((-\infty,-4]\)

② 根轨迹的渐近线:\(\sigma_a=\dfrac{-1-2-2+4}{3}=-0.33\)\(\varphi_a=\pm\dfrac{\pi}{3},\pi\)

③ 根轨迹的分离点:根轨迹的分离点坐标满足

\[\frac{1}{d}+\frac{1}{d+1}+\frac{1}{d+2-j3.46}+\frac{1}{d+2+j3.46}=\frac{1}{d+4}\]

求得分离点的坐标为 \(d_1=-0.51\)\(d_2=-5.43\)

④ 根轨迹与虚轴的交点:由系统的开环传递函数可知系统的闭环特征方程

\[D(s)=s(s+1)(s^2+4s+16)+K(s+4)$$ $$=s^4+5s^3+20s^2+(16+K)s+4K$$ $$=0\]

\(s=j\omega\),将其代入上式可得

\[(j\omega)^4+5(j\omega)^3+20(j\omega)^2+(16+K)(j\omega)+4K=0\]

\[\begin{cases}\omega^4-20\omega^2+4K=0\\-5\omega^3+(16+K)\omega=0\end{cases}\]

可解得 \(\omega=\pm2.83\)\(K=24\)

根据以上几点,可以画出概略根轨迹图,如图4-161所示。显然,\(0<K<24\),闭环系统稳定。

图:自控原理题海_p226_fig1

图 4-161 \(1+\dfrac{K(s+4)}{s(s+1)(s^2+4s+16)}=0\) 概略根轨迹图

(2) 系统的开环传递函数。

\[G(s)H(s)=\frac{K(s+1.05)}{s(s+1)(s^2+4s+16)}=\frac{K(s+1.05)}{s(s+1)(s+2-j3.46)(s+2+j3.46)}\]

① 实轴上的根轨迹:\([-1,0]\)\((-\infty,-1.05]\)

② 根轨迹的渐近线:\(\sigma_a=\dfrac{-1-2-2+1.05}{3}=-1.32\)\(\varphi_a=\pm\dfrac{\pi}{3},\pi\)

③ 根轨迹的分离点:根轨迹的分离点坐标满足

\[\frac{1}{d}+\frac{1}{d+1}+\frac{1}{d+2-j3.46}+\frac{1}{d+2+j3.46}=\frac{1}{d+1.05}\]

求得分离点的坐标为 \(d_1=-0.807\)\(d_2=-1.3\)

④ 根轨迹与虚轴的交点:由系统的开环传递函数可知系统的闭环特征方程