Calcolatore del criterio di stabilità di Routh–Hurwitz

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Risultato

Stabilitàinstabile
Radici nel semipiano destro2
Radici sull’asse immaginario0
Radici nel semipiano sinistro2
Cambi di segno nella prima colonna2
colonna 1colonna 2colonna 3
s⁴135
s³240
s²150
s¹−600
s⁰500

Verifica la stabilità di un sistema lineare dal suo polinomio caratteristico. Il calcolatore costruisce la tabella di Routh con frazioni esatte, gestisce uno zero nella prima colonna (metodo dell’ε) e una riga di zeri (polinomio ausiliario), conta i cambi di segno e fornisce il numero di radici nel semipiano destro, sull’asse immaginario e nel semipiano sinistro.

Soluzione passo passo

Polinomio caratteristico

s⁴ + 2s³ + 3s² + 4s + 5 = 0
Tutti i coefficienti sono presenti e hanno lo stesso segno: condizione necessaria ma non sufficiente per la stabilità.

Prime due righe

s4: 1, 3, 5
s3: 2, 4, 0

Righe successive

Ogni nuovo elemento: (b₁·a_(j+1) − a₁·b_(j+1))/b₁, con a la riga due sopra e b la riga immediatamente sopra.
s2: 1, 5, 0
s1: −6, 0, 0
s0: 5, 0, 0

Conta i cambi di segno nella prima colonna

prima colonna: 1, 2, 1, −6, 5
segni: + + + − +
2 cambio/i di segno → 2 radice/i nel semipiano destro

Formule chiave

Stabilità
tutte le radici del polinomio caratteristico nel semipiano sinistro
tabella di Routh, elemento s¹ di un cubico
b1 = (a2a1 − a3a0)/a2
Radici nel semipiano destro
numero di cambi di segno nella prima colonna
Cubico s³ + a₂s² + a₁s + a₀
stabile quando tutti gli a > 0 e a₂·a₁ > a₀
Equazione caratteristica
1 + K·G(s) = 0

Come usare il criterio di Routh–Hurwitz

  1. Scrivi il polinomio caratteristico con tutte le potenze di s dalla più alta in giù. Se manca un coefficiente o i segni sono discordi, il sistema non può essere stabile.
  2. Riempi la prima riga con i coefficienti 1º, 3º, 5º, … e la seconda riga con il 2º, 4º, 6º, ….
  3. Ogni elemento successivo è (b₁·a_(j+1) − a₁·b_(j+1))/b₁, usando le due righe sopra di esso.
  4. Se un primo elemento è zero ma la riga non lo è, sostituiscilo con un piccolo ε > 0. Se un’intera riga è nulla, sostituiscila con la derivata del polinomio ausiliario formato dalla riga sopra.
  5. Il numero di cambi di segno nella prima colonna è uguale al numero di radici nel semipiano destro.

Domande e risposte

Cosa significa una riga di zeri?

Il polinomio ha radici simmetriche rispetto all’origine: coppie ±a, ±jω, oppure quaterne. Il polinomio ausiliario della riga sopra contiene esattamente quelle radici, e le sue radici sull’asse immaginario rendono il sistema al massimo marginalmente stabile.

Il metodo dell’ε è sempre affidabile?

Non quando ci sono radici sull’asse immaginario. Il calcolatore perciò separa anche il fattore comune di P(s) e P(−s), che contiene tutte le radici simmetriche, e conta esattamente le sue radici sull’asse immaginario. Se questo cambia il conteggio, i passaggi lo segnalano.

Come trovo l’intervallo di K per la stabilità?

Inserisci il guadagno K nei coefficienti, costruisci la tabella in forma simbolica e richiedi che ogni elemento della prima colonna sia positivo. Questo calcolatore lavora con i numeri, quindi puoi usarlo per verificare un valore di K da una parte e dall’altra del limite che hai trovato.

Una tabella di Routh stabile significa un buon progetto?

Dice solo che tutti i poli sono nel semipiano sinistro. Quanto sia veloce e ben smorzata la risposta dipende da dove si trovano i poli; per questo usa il luogo delle radici o un diagramma di Bode.

Esercitati da solo

Esercitati su Stabilità: Routh–Hurwitz e luogo delle radici

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