考研851 自动控制原理
题海 · pdf-page · p.324

(G(jω₁),j0),(G(jω₂),j0),(G(jω₃),j0)和(G(jω₄),j0)分别位于(-1,j0)点,即分别有

\[G(j\omega_1)=\frac{-K_1}{\omega_1^3}G_0(j\omega_1)=-1,\quad G(j\omega_2)=\frac{-K_2}{\omega_2^3}G_0(j\omega_2)=-1\]
\[G(j\omega_3)=\frac{-K_3}{\omega_3^3}G_0(j\omega_3)=-1,\quad G(j\omega_4)=\frac{-K_4}{\omega_4^3}G_0(j\omega_4)=-1\]

由此求得

\[K_1=5,\quad K_2=\frac{20}{3},\quad K_3=20,\quad K_4=\frac{100}{3}\]

当 K 变化时开环幅相特性曲线的五种形式如图 5-116 所示。

图:自控原理题海_p324_fig1

图:自控原理题海_p324_fig2

图:自控原理题海_p324_fig3

图:自控原理题海_p324_fig4

图:自控原理题海_p324_fig5

图 5-116 K 变化时的系统开环幅相特性曲线

由于 υ=3,故从 ω=0₊的对应点起,逆时针补作半径为无穷大的 \(\upsilon\times\dfrac{\pi}{2}=\dfrac{3\pi}{2}\) 圆弧。于是可由此分别确定各幅相特性曲线包围(-1,j0)点的圈数,并可应用奈奎斯特判据判断系统的闭环稳定性:

① 当 0<K<5 时,N=-1,Z=P-2N=4,系统闭环不稳定;

② 当 5<K<\(\dfrac{20}{3}\)时,N=0,Z=P-2N=2,系统闭环不稳定;

③ 当\(\dfrac{20}{3}\)<K<20 时,N=1,Z=P-2N=0,系统闭环稳定;

④ 当 20<K<\(\dfrac{100}{3}\)时,N=0,Z=P-2N=2,系统闭环不稳定;

⑤ 当 K>\(\dfrac{200}{3}\)时,N=-1,Z=P-2N=4,系统闭环不稳定。

综上,使系统闭环稳定的 K 值变化范围为

\[\frac{20}{3}<K<20\]

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