5.3. Частотный критерий устойчивости Найквиста
Рассмотрим замкнутую систему (систему с обратной связью), пока-
занную на рис. 5.3. Пусть передаточная функция разомкнутой части си-
стемы
( )
( )
( )
K p
W p
Q p
.
(5.7)
Тогда передаточная функция соответствующей замкнутой системы
( )
( )
( )
1
( )
( )
( )
W p
K p
Ф p
W p
Q p
K p
.
(5.8)
Рис. 5.3. Изменение аргумента
пары сопряженных корней
Рис. 5.2. Изменение аргумента
множителя
Рис. 5.4. Пример годографа
устойчивой системы при
n
= 4
41
С другой стороны, с использованием (5.7), (5.8) можно также записать
( )
( )
( )
1
( )
( )
( )
W p
Q p
K p
W p
Ф p
Q p
.
(5.9)
Предположим, порядок характеристического полинома разомкнутой
системы
( )
Q p
равен
n
. Поскольку порядок полинома
( )
K p
не может пре-
вышать порядка полинома
( )
Q p
ясно, что порядок характеристического по-
линома замкнутой системы
( )
( )
( )
D p
Q p
K p
также равен
n
. Чтобы за-
мкнутая система была устойчива, вектор
(
)
D j
должен повернуться на
угол
/ 2
n
.
Пусть разомкнутая система неустойчива и характеристическое уравне-
ние
( )
0
Q p
имеет
r
корней с положительной вещественной частью. Тогда
изменение аргумента
(
)
Q j
определится как разность угла
/ 2
n
r
, со-
ответствующего повороту в положительном (против часовой стрелки)
направлении и угла
/ 2
r
в отрицательном направлении (по часовой
стрелке):
arg
2
2
2
2
2
Q j
n r
r
n
r
.
Ясно, что при этом изменение аргумента вектора
1
(
)
(
)
D j
Q
j
:
(
)
arg
arg
(
)
arg
2
(
)
2
D j
D j
Q j
n
n
r
r
Q j
.
(5.10)
При переносе единицы в (5.9) в право все точки годографа сдвигаются
на –1. С учетом этого критерий Найквиста формулируется следующим об-
разом.
Для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно,
чтобы амплитудно-фазовая характеристика разомкнутой цепи охваты-
вала точку
1, 0
j
против часовой стрелки на угол
r
, где
r
– число полю-
сов с положительной вещественной частью в передаточной функции разо-
мкнутой системы
.
В случае, когда разомкнутая система устойчива
0
r
, условие устой-
чивости замкнутой системы сводится к требованию, чтобы АФЧХ разо-
мкнутой системы не охватывала точку
1, 0
j
.
|