(1)ナイキスト線図を描け
(2)上記(1)の線図を用いてこの制御系の安定性を判別せよ
(1)まず、\(G(s)\)に\(s=j\omega\)を代入して周波数伝達関数\(G(j\omega)\)を求める. $$G(j\omega) = 1 + j\omega + \displaystyle \frac{1}{j\omega} = 1 + j(\omega - \displaystyle \frac{1}{\omega}) $$
このとき、
\(\omega=0\)のとき \(G(j\omega) = 1 - j\infty\)
\(\omega=1\)のとき \(G(j\omega) = 1\)
\(\omega=\infty\)のとき \(G(j\omega) = 1 + j\infty\)
あおば ここでのポイントは\(\omega=0\)と\(\omega=\infty\)、実軸や虚数軸との交点を求めること! これらを複素数平面上に描くとこのようになります. (2)グラフの左側に(-1, j0)があるので、この制御系は安定である. 今回は以上です。演習問題を通してナイキスト線図の安定判別法を理解できましたか? 次回も安定判別法の説明をします。お疲れさまでした。
参考
制御系の安定判別法について、より深く学びたい方は こちらの本 を参考にしてください。
演習問題も多く記載されています。
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ラウス・フルビッツの安定判別法
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ラウスの安定判別法 伝達関数
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ラウスの安定判別法
先程作成したラウス表を使ってシステムの安定判別を行います. ラウス表を作ることができれば,あとは簡単に安定判別をすることができます. 見るべきところはラウス表の1列目のみです. 上のラウス表で言うと,\(a_4, \ a_3, \ b_1, \ c_0, \ d_0\)です. これらの要素を上から順番に見た時に, 符号が変化する回数がシステムを不安定化させる極の数 と一致します. これについては以下の具体例を用いて説明します. ラウス・フルビッツの安定判別の演習
ここからは,いくつかの演習問題をとおしてラウス・フルビッツの安定判別の計算の仕方を練習していきます. 演習問題1
まずは簡単な2次のシステムの安定判別を行います. \begin{eqnarray} D(s) &=& a_2 s^2+a_1 s+a_0 \\ &=& s^2+5s+6 \end{eqnarray}
これを因数分解すると
\begin{eqnarray} D(s) &=& s^2+5s+6\\ &=& (s+2)(s+3) \end{eqnarray}
となるので,極は\(-2, \ -3\)となるので複素平面の左半平面に極が存在することになり,システムは安定であると言えます. これをラウス・フルビッツの安定判別で調べてみます. ラウス表を作ると以下のようになります. \begin{array}{c|c|c} \hline s^2 & a_2 & a_0 \\ \hline s^1 & a_1 & 0 \\ \hline s^0 & b_0 & 0 \\ \hline \end{array}
\begin{eqnarray} b_0 &=& \frac{ \begin{vmatrix} a_2 & a_0 \\ a_1 & 0 \end{vmatrix}}{-a_1} \\ &=& \frac{ \begin{vmatrix} 1 & 6 \\ 5 & 0 \end{vmatrix}}{-5} \\ &=& 6 \end{eqnarray}
このようにしてラウス表ができたら,1列目の符号の変化を見てみます. 1列目を上から見ると,1→5→6となっていて符号の変化はありません. つまり,このシステムを 不安定化させる極は存在しない ということが言えます. 先程の極位置から調べた安定判別結果と一致することが確認できました.
ラウスの安定判別法 0
ラウスの安定判別法(例題:安定なKの範囲1) - YouTube
ラウスの安定判別法 例題
2018年11月25日 2019年2月10日
前回に引き続き、今回も制御系の安定判別を行っていきましょう! ラウスの安定判別
ラウスの安定判別もパターンが決まっているので以下の流れで安定判別しましょう。
point! ①フィードバック制御系の伝達関数を求める。(今回は通常通り閉ループで求めます。)
②伝達関数の分母を使ってラウス数列を作る。(ラウスの安定判別を使うことを宣言する。)
③ラウス数列の左端の列が全て正であるときに安定であるので、そこから安定となる条件を考える。
ラウスの数列は下記のように伝達関数の分母が
$${ a}{ s}^{ 3}+b{ s}^{ 2}+c{ s}^{ 1}+d{ s}^{ 0}$$
のとき下の表で表されます。
この表の1列目が全て正であれば安定ということになります。
上から3つ目のとこだけややこしいのでここだけしっかり覚えましょう。
覚え方はすぐ上にあるb分の 赤矢印 - 青矢印 です。
では、今回も例題を使って解説していきます!