Arbeitsblatt Stabilität: Routh-Hurwitz und Wurzelortskurve mit Lösungen

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1.Leicht
s³15s²648s¹?s⁰?

Ein geschlossener Regelkreis hat die charakteristische Gleichung s³ + 6s² + 5s + 48 = 0. Bestimme mit dem Routh-Hurwitz-Kriterium die Anzahl N der Pole des geschlossenen Kreises in der rechten Hälfte der s-Ebene.

Q(s) = s³ + 6s² + 5s + 48
N =
2.Leicht
s³23s²113s¹?s⁰

Bestimme für das charakteristische Polynom Q(s) = 2s³ + s² + 3s + 13 den Eintrag b1 der ersten Spalte in der s¹-Zeile des Routh-Schemas.

Q(s) = 2s³ + s² + 3s + 13
b1 =
3.Mittel
R(s)+Ks + 10(s − 1)(s + 2)C(s)−

Die Strecke G(s) = (s + 10)/((s − 1)(s + 2)) hat einen instabilen Pol bei s = 1. Ein Proportionalregler mit der Verstärkung K schließt einen Regelkreis mit Einheitsrückführung um sie. Bestimme die kleinste Verstärkung Kmin, die den geschlossenen Kreis stabil macht.

G(s) = (s + 10)/((s − 1)(s + 2))
Kmin =
4.Mittel
R(s)+K1s(s + 5)(s + 10)C(s)−

Der Regelkreis im Schaubild hat die Übertragungsfunktion des offenen Kreises L(s) = K/(s(s + 5)(s + 10)). Die Verstärkung wird erhöht, bis der geschlossene Kreis an der Stabilitätsgrenze liegt. Bestimme die Frequenz ω der Dauerschwingung.

L(s) = K/(s(s + 5)(s + 10))
ω = rad/s
5.Schwer
ReImζ = 0,6−1−2−3−4−5j1j2j3

Die Wurzelortskurve von L(s) = K/(s(s + 4)) ist abgebildet. Bestimme die Verstärkung K, bei der die Pole des geschlossenen Kreises den Dämpfungsgrad ζ = 0,6 haben.

L(s) = K/(s(s + 4))ζ = 0,6
K =
6.Schwer
ReIm−2−4−6−8−10−12−14−16−182j2j4

Die Wurzelortskurve von L(s) = K(s + 16)/(s(s + 8)) verlässt die reelle Achse zwischen s = 0 und s = −8, läuft im Bogen herum und trifft links von der Nullstelle wieder auf die reelle Achse. Bestimme den Einmündungspunkt si.

L(s) = K(s + 16)/(s(s + 8))
si =

Lösungsschlüssel

  1. 1. N = 2
  2. 2. b1 = −23
  3. 3. Kmin = 0,2
  4. 4. ω = 7,071 rad/s
  5. 5. K = 11,11
  6. 6. si = −27,31

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