Kalkulator kryterium stabilności Routha–Hurwitza

Wpisz swoje wartości. Odpowiedź i pełne rozwiązanie aktualizują się w trakcie pisania.

Wynik

Stabilnośćniestabilny
Pierwiastki w prawej półpłaszczyźnie2
Pierwiastki na osi urojonej0
Pierwiastki w lewej półpłaszczyźnie2
Zmiany znaku w pierwszej kolumnie2
kolumna 1kolumna 2kolumna 3
s⁴135
s³240
s²150
s¹−600
s⁰500

Sprawdź stabilność układu liniowego na podstawie jego wielomianu charakterystycznego. Kalkulator buduje tablicę Routha na dokładnych ułamkach, obsługuje zero w pierwszej kolumnie (metoda ε) i wiersz zer (wielomian pomocniczy), zlicza zmiany znaku i podaje liczbę pierwiastków w prawej półpłaszczyźnie, na osi urojonej i w lewej półpłaszczyźnie.

Rozwiązanie krok po kroku

Wielomian charakterystyczny

s⁴ + 2s³ + 3s² + 4s + 5 = 0
Wszystkie współczynniki są obecne i mają ten sam znak: warunek konieczny, ale niewystarczający stabilności.

Dwa pierwsze wiersze

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

Kolejne wiersze

Każdy nowy element: (b₁·a_(j+1) − a₁·b_(j+1))/b₁, gdzie a to wiersz dwa wyżej, a b to wiersz tuż nad.
s2: 1, 5, 0
s1: −6, 0, 0
s0: 5, 0, 0

Policz zmiany znaku w pierwszej kolumnie

pierwsza kolumna: 1, 2, 1, −6, 5
znaki: + + + − +
2 zmian(y) znaku → 2 pierwiastek(ków) w prawej półpłaszczyźnie

Najważniejsze wzory

Stabilność
wszystkie pierwiastki wielomianu charakterystycznego w lewej półpłaszczyźnie
tablica Routha, element s¹ wielomianu trzeciego stopnia
b1 = (a2a1 − a3a0)/a2
Pierwiastki w prawej półpłaszczyźnie
liczba zmian znaku w pierwszej kolumnie
Wielomian trzeciego stopnia s³ + a₂s² + a₁s + a₀
stabilny, gdy wszystkie a > 0 oraz a₂·a₁ > a₀
Równanie charakterystyczne
1 + K·G(s) = 0

Jak stosować kryterium Routha–Hurwitza

  1. Zapisz wielomian charakterystyczny ze wszystkimi potęgami s od najwyższej w dół. Jeśli brakuje współczynnika lub znaki się różnią, układ nie może być stabilny.
  2. Wypełnij pierwszy wiersz współczynnikami 1., 3., 5., … a drugi wiersz współczynnikami 2., 4., 6., ….
  3. Każdy następny element to (b₁·a_(j+1) − a₁·b_(j+1))/b₁, z użyciem dwóch wierszy nad nim.
  4. Jeśli pierwszy element jest zerem, ale wiersz nie jest cały zerowy, zastąp go małym ε > 0. Jeśli cały wiersz jest zerowy, zastąp go pochodną wielomianu pomocniczego utworzonego z wiersza powyżej.
  5. Liczba zmian znaku w pierwszej kolumnie jest równa liczbie pierwiastków w prawej półpłaszczyźnie.

Pytania i odpowiedzi

Co oznacza wiersz zer?

Wielomian ma pierwiastki symetryczne względem początku układu: pary ±a, ±jω lub czwórki. Wielomian pomocniczy z wiersza powyżej zawiera dokładnie te pierwiastki, a jego pierwiastki na osi urojonej sprawiają, że układ jest w najlepszym razie na granicy stabilności.

Czy metoda ε jest zawsze niezawodna?

Nie, gdy pierwiastki leżą na osi urojonej. Dlatego kalkulator wydziela też wspólny czynnik P(s) i P(−s), który zawiera wszystkie pierwiastki symetryczne, i dokładnie zlicza jego pierwiastki na osi urojonej. Jeśli zmienia to wynik zliczania, kroki o tym mówią.

Jak znaleźć zakres K dla stabilności?

Wstaw wzmocnienie K do współczynników, zbuduj tablicę symbolicznie i wymagaj, aby każdy element pierwszej kolumny był dodatni. Ten kalkulator pracuje na liczbach, więc możesz nim sprawdzić wartość K po obu stronach znalezionej granicy.

Czy stabilna tablica Routha oznacza dobry projekt?

Mówi tylko, że wszystkie bieguny leżą w lewej półpłaszczyźnie. To, jak szybka i jak dobrze tłumiona jest odpowiedź, zależy od położenia biegunów; do tego użyj linii pierwiastkowych lub wykresu Bodego.

Przećwicz to sam

Ćwicz: Stabilność: kryterium Routha–Hurwitza i linia pierwiastkowa

Kalkulator daje odpowiedź. Na egzaminie potrzebujesz metody: ćwicz ją na nowych zadaniach z podpowiedziami i rozwiązaniami.

</> Osadź

Bezpłatnie dla nauczycieli i szkół: wklej ten kod na stronę kursu, do LMS lub na swoją stronę. Studenci mogą korzystać z kalkulatora i rozwiązania krok po kroku bez konta.

Więcej kalkulatorów