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系统的相对稳定性

奈氏判据法通过研究开环传递函数的轨迹和(-1,j0)点的关系及开环极点数来判别系统的稳定性。但如何来判断系统稳定的程度,则可用相位裕量和幅值裕量来表示。

一、相位裕量和幅值裕量

1、相位裕量

在奈氏图上,从原点到奈氏图与单位圆的交点连一直线,则该直线与负实轴的夹角,就称为相位裕量。用表示。

幅值穿越频率ωc:开环Nyquist曲线与单位圆的交点对应的频率ωc称为幅值穿越频率,也称剪切频率。

,其中称为奈氏图与单位圆交点频率ωc上的相位角。

>0,系统稳定;,系统不稳定,越小,表示系统相对稳定性越差,一般取。其在图中的位置如图所示。

2、幅值裕量

在奈氏图上,奈氏曲线与负实轴交点处幅值的倒数,称为幅值裕量,用kg表示。

相位穿越频率ωg:开环Nyquist曲线与负实轴的交点对应的频率ωg称为相位穿越频率,也称相位交界频率。其在图中的位置如图所示。

,则kg>1,kg(dB)>0dB,系统是稳定的。

,则kg1,kg(dB)0dB,系统是不稳定的。

Kg一般取8~20dB为宜。

二、关于相位裕量和幅值裕量的几点说明

控制系统的相位裕量和幅值裕量是系统的极坐标图对-1+j0点靠近程度的度量。因此,这两个裕量可以用来作为涉及准则。

只用幅值裕量和相位裕量,都不足以说明系统的的相对稳定性。为了确定系统的相对稳定性,必须同时给出这两个量。

对于最小相位系统,只有当相位裕量和幅值裕量都是正值时,系统才是稳定的。负的裕量表示系统不稳定。适当的相位裕量和幅值裕量可以防止系统中元件变化造成的影响,并且指明了频率值。为了得到满意的性能,相位裕量应当在之间,幅值裕量应取8~20dB。

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