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奈奎斯特稳定判据

/Nyquist stability criterion/
条目作者杨自厚

杨自厚

最后更新 2024-04-25
浏览 263
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根据闭环控制系统的开环频率响应判断闭环系统稳定性的准则。

英文名称
Nyquist stability criterion
所属学科
控制科学与工程

由美国学者H.奈奎斯特(Harry Nyquist,1889~1976)于1932年提出。控制系统在断开反馈作用后所定出的频率响应称为开环频率响应。奈奎斯特稳定判据本质上是一种图解分析方法,且开环频率响应容易通过计算或者实验途径定出,所以它在应用上非常方便和直观。奈奎斯特稳定判据只能用于线性定常系统。在经典控制理论中,奈奎斯特稳定判据主要用于分析单变量系统的稳定性。在此基础上形成的频率响应法是经典控制理论的主要分析和综合方法之一。20世纪70年代以来,奈奎斯特稳定判据已被推广应用于多变量系统。

为系统开环传递函数,在中取),得到系统开环频率响应。当参变量由零变化到无穷大时,可在复数平面上画出的变化轨迹,称为奈奎斯特图。奈奎斯特稳定判据的基本形式表明,如果系统开环传递函数复数平面的虚轴上既无极点又无零点,那么闭环控制系统的特征方程在右半复数平面上根的个数。所谓特征方程是传递函数分母多项式为零的代数方程,是开环传递函数在右半复数平面上的极点数,是当角频率由变化到的轨迹沿逆时针方向围绕实轴上点的次数。奈奎斯特稳定判据还指出:时,闭环控制系统稳定;时,闭环控制系统不稳定。计算时,应不计半闭合曲线穿越点的次数。

当开环传递函数复数平面的虚轴上存在极点或者零点时,必须采用判据的推广形式才能对闭环系统稳定性做出正确的判断。在推广形式判据中,开环频率响应的奈奎斯特图不是按连续地由0变到来得到的,称为推广的奈奎斯特路径。

在这个路径中,当遇到位于虚轴上的极点,要用半径很小的半圆从右侧绕过。只要按这条路径作出变化到时的奈奎斯特图,则和关于稳定性的结论仍然成立。

这种判据在实质上与奈奎斯特判据相似。唯一的差别在于,对数判据是根据的幅值对数图和相角图来确定的。在幅值对数图上特征值为正值时的频率区间内,规定相角图上特性曲线由下向上穿过线称为正穿越,而由上向下穿过称为负穿越。分别用表示正穿越次数和负穿越次数,则。判据的结论仍是,且时闭环系统稳定,时闭环系统不稳定。由于频率响应的幅值对数图和相角图易于绘制,因此对数频率响应稳定判据应用更广。

  • 胡寿松.自动控制原理.5版.北京:科学出版社,2007.

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