Name: root locus paths and asymptotes
Uploaded: 2024-11-21T14:54:13.000Z
Duration: 1 min 15 s
Channel: JoVE

Построение корневого локуса включает в себя определение количества ветвей, равного количеству полюсов замкнутого цикла. Корневой локус симметричен относительно действительной оси.
Корневой локус существует в той части вещественной оси, где сумма общего числа конечных полюсов разомкнутой петли и нулей слева нечетна.
Берущий начало на полюсах разомкнутого контура, локус отслеживает полюса замкнутой системы с возрастающим усилением и заканчивается на нулях разомкнутого контура, где полюса системы стабилизируются с возрастающим усилением.
Функция, которая стремится к бесконечности по мере приближения s к бесконечности, имеет полюс на бесконечности. Если он стремится к нулю, то у него есть ноль на бесконечности.
По мере того как корневой локус движется к бесконечности, он приближается к определенным прямым линиям, известным как асимптоты. Для данной системы вычисляются пересечение по реальной оси и угол. По мере увеличения усиления углы начинают повторяться.
Их уравнение, основанное на пересечении и угле реальной оси, показывает путь локусов от полюсов до бесконечности.
Локус берет начало от полюсов разомкнутого контура и заканчивается на нулях разомкнутого контура.

Построение корневого локуса

Построение корневого локуса включает несколько ключевых шагов для анализа и визуализации поведения полюсов системы с изменяющимся усилением. Количество ветвей в корневом локусе равно количеству полюсов замкнутого контура (закрытой системы) и симметрично относительно действительной оси.

Для положительных значений усиления корневой локус существует на действительной оси слева от нечетного числа конечных полюсов или нулей разомкнутого контура (открытой системы). Корневой локус начинается с полюсов разомкнутого контура и отслеживает перемещение полюсов замкнутого контура по мере увеличения усиления. Он заканчивается на нулях разомкнутого контура, где полюса системы стабилизируются по мере того, как усиление продолжает расти.

Если функция стремится к бесконечности, когда s стремится к бесконечности, она имеет полюс в бесконечности. И наоборот, если функция стремится к нулю, она имеет ноль в бесконечности. По мере того, как корневой локус простирается к бесконечности, он следует определенным асимптотам. Уравнения этих асимптот определяются пересечением действительной оси и их углами, которые указывают пути, по которым локусы движутся от полюсов к бесконечности.

Чтобы вычислить эти пути для данной системы, определяют точку пересечения действительной оси и углы асимптот. Углы выводятся на основе числа полюсов и нулей и начинают повторяться по мере увеличения усиления. Формула для углов асимптот задается как,

<img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/16122/16122_PT_Equation_001.svg" style="height: 30px;">

где θk​ — угол k-й асимптоты, k — индекс асимптоты (целое число), n — количество полюсов (корней) системы, а m — количество нулей.

Полный график корневого локуса начинается на полюсах открытой системы и заканчивается на нулях открытой системы. Этот график соответствует правилам, управляющим методом корневого локуса, гарантируя, что устойчивость и реакция системы могут быть тщательно проанализированы и спрогнозированы.

Следуя этим шагам, инженеры могут эффективно использовать метод корневого локуса для проектирования и настройки систем управления, обеспечивая желаемую производительность и стабильность в различных рабочих условиях. Этот подход обеспечивает четкую визуализацию того, как полюса системы мигрируют с увеличением усиления, помогая в надежной разработке стратегий управления.

Построение корневого локуса включает в себя определение количества ветвей, равного количеству полюсов замкнутого цикла. Корневой локус симметричен относительно ...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

Электротехника

Unit 1

Раздел 1

Root-Locus Method

Метод корневого годографа

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

Construction of Root Locus

root locus paths and asymptotes

Root locus paths and asymptotes show how closed-loop poles move as gain changes. This method helps students track system stability by following the pole locations on a graph. It also shows where the poles start, where they may end, and how they travel in between.

The number of root locus branches equals the number of closed-loop poles. The plot is symmetric about the real axis. For positive gain, the root locus lies on the real axis to the left of an odd number of finite open-loop poles or zeros. The paths begin at the open-loop poles and move as gain increases.

As gain continues to rise, the root locus ends at the open-loop zeros. At those points, the system poles settle. If a function goes to infinity as s approaches infinity, it has a pole at infinity. If a function goes to zero, it has a zero at infinity.

When the root locus extends toward infinity, it follows asymptotes. An asymptote is a line that shows the direction of a branch far from the poles and zeros. The asymptotes are found from the real-axis intercept and their angles. The angle formula depends on the number of poles, n, the number of zeros, m, and an integer k. These angles repeat as gain increases.

A complete root locus plot starts at the open-loop poles and ends at the open-loop zeros. It follows the rules of the root locus method so stability and response can be studied and predicted. Engineers use this plot to design and tune control systems for the desired performance across different operating conditions. The result is a clear picture of how system poles migrate with increasing gain.

Root Locus Paths and Asymptotes

control system problem

Root Locus and Closed-Loop Stability

Root locus and closed-loop stability are key ideas in control systems. A basic thermostat is an open-loop system, so its transfer function poles affect the response but do not set stability. When feedback is added, the system becomes closed-loop, like an advanced thermostat that changes heating based on room temperature. In a closed-loop system, stability depends on the new poles of the closed-loop transfer function. If those poles move into the unstable region, the system can start to...

vector representation of complex numbers

Complex Numbers as Vectors in Polar Form

Complex numbers can be shown as vectors, not just as points in Cartesian coordinates. In polar form, a vector is described by its magnitude, or length, and its angle. This makes complex numbers easier to compare by size and direction. The same idea also helps describe complex functions. When a complex number goes into a function, the output is another complex number. The function can be viewed as having a zero point, and the vector picture starts from that point. For a function written as a...

root-locus method

Cruise Control Stability with Root Locus

Root locus helps show how cruise control stays stable as conditions change. In a car, cruise control keeps a set speed by adjusting the gas pedal automatically. It keeps checking the car’s speed and makes small pedal changes to hold that target speed. This system can be drawn as a block diagram, and its transfer function gives the math model. The model is useful when the car goes uphill, downhill, or faces strong wind resistance. To find the system poles for different pedal forces, the...

properties of the root locus

Root Locus Angle and Gain Rules

Root locus angle and gain rules help analyze higher-order control systems. The method works without factoring the denominator of the transfer function. It is especially useful for unity feedback systems, where the transfer function can be studied by tracking how poles and zeros shape the response. A pole is a point where the characteristic polynomial in the denominator of the transfer function equals zero. To check whether a point lies on the root locus, use the angle criterion. Add the angles...

construction of root locus

Root locus paths and asymptotes show how closed-loop poles move as gain changes. This method helps students track system stability by following the pole locations on a graph. It also shows where the poles start, where they may end, and how they travel in between. The number of root locus branches equals the number of closed-loop poles. The plot is symmetric about the real axis. For positive gain, the root locus lies on the real axis to the left of an odd number of finite open-loop poles or...

plotting and calibrating the root locus

Root Locus Breakaway and Stability Points

Root locus analysis tracks how system poles move as gain changes. It shows when poles leave the real axis, move into the complex plane, and affect stability. For high school students studying control systems, the key ideas are breakaway points, break-in points, and jω-axis crossings. Breakaway points are locations where the root locus leaves the real axis. Break-in points are locations where it returns to the real axis. At either type of point, the branches meet the real axis at an angle of...

root loci for positive-feedback systems

Root Locus Rules for Oscillator Feedback

Root locus rules help describe how oscillator feedback systems behave as gain changes. The Hartley oscillator is one example of a positive feedback system. It keeps oscillating by feeding the output back to the input in phase, which reinforces the signal. Positive feedback systems can also be treated as negative feedback systems with the feedback signal inverted. In root locus analysis, the locus is the set of points on the s-plane where the transfer function angle equals 360 degrees. The...

key terms and concepts

Learn how root locus branches move from open-loop poles to zeros, use asymptotes, and show how gain affects stability in control systems.

Root Locus Paths and Asymptotes | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

electrical engineering

Root Locus Paths and Asymptotes

Description

Transcript