Automatyka 1: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 12 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Stabilność: kryterium Routha–Hurwitza i linia pierwiastkowa

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
K/(s(s + a)(s + b))
Kmax = ab(a + b), ω = √(ab)
Równanie charakterystyczne
1 + K·G(s) = 0
Asymptoty
σa = (Σp − Σz)/(n − m), θ = (2q + 1)·180°/(n − m)
Punkty rozejścia i zejścia
dK/ds = 0
Warunek modułu
K = 1/|G(s)|
Kąt wyjścia
θd = 180° − Σ∠(from other poles) + Σ∠(from zeros)

Metoda

  1. Zapisz wielomian charakterystyczny układu zamkniętego: mianownik 1 + K·G(s) = 0, po wymnożeniu.
  2. Wpisz współczynniki naprzemiennie w dwa pierwsze wiersze tablicy Routha i zbuduj pozostałe wiersze.
  3. Policz zmiany znaku w pierwszej kolumnie: każda to jeden biegun w prawej półpłaszczyźnie. Gdy w tablicy występuje K, żądaj, by każdy element pierwszej kolumny pozostał dodatni.
  4. Dla linii pierwiastkowej zaznacz bieguny i zera, odcinki osi rzeczywistej, asymptoty wychodzące ze środka asymptot oraz punkty rozgałęzienia, w których dK/ds = 0. Użyj K = 1/|G(s)| dla wzmocnienia w danym punkcie.

Uchyb ustalony i regulacja PID

Typ układu
liczba biegunów G(s) w s = 0
Stałe uchybowe
Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s), Ka = lim s²·G(s) (s → 0)
Skok A
ess = A/(1 + Kp)
Narastanie liniowe A·t
ess = A/Kv
Parabola A·t²/2
ess = A/Ka
Regulator PID
C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s
Cel drugiego rzędu
s² + 2ζωns + ωn²
Przeregulowanie i czasy
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, ts ≈ 4/(ζωn)

Metoda

  1. Policz bieguny układu otwartego C(s)·G(s) w s = 0: to typ układu.
  2. Wyznacz stałą uchybową pasującą do wejścia: Kp dla skoku, Kv dla narastania liniowego, Ka dla paraboli.
  3. Zastosuj ess = A/(1 + Kp), A/Kv lub A/Ka albo rozwiąż to względem potrzebnego wzmocnienia.
  4. Przy wymaganiu dotyczącym tłumienia lub prędkości zapisz wielomian charakterystyczny układu zamkniętego i porównaj go z s² + 2ζω_n·s + ω_n².

2Zadania do ćwiczenia

1.Transformaty Laplace’aŚredni
ReIm5

Znajdź f(t) dla F(s) = (5s + 12)/(s² + 6s + 34) metodą dopełnienia do kwadratu i oblicz f(0,1).

F(s) = (5s + 12)/(s² + 6s + 34)t = 0,1 s
f(0.1) =
2.Transformaty Laplace’aTrudny
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Rozwiąż y″ + 6y′ + 8y = 0 dla y(0) = −1 i y′(0) = −8 za pomocą transformaty Laplace’a i znajdź y(0,2).

y″ + 6y′ + 8y = 0y(0) = −1y′(0) = −8t = 0,2 s
y(0.2) =
3.Schematy blokoweŚredni
R(s)+11(s + 2)(s + 3)(s + 9)G(s)C(s)−

Pętla jednostkowego ujemnego sprzężenia zwrotnego ma G(s) = 11(s + 2)/((s + 3)(s + 9)). Na wartość zadaną podano skok o wielkości 5. Znajdź uchyb ustalony ess.

G(s) = 11(s + 2)/((s + 3)(s + 9))R = 5
ess =
4.Schematy blokoweTrudny
R(s)+20s + 3G₁+2s + 1G₂C(s)2H₁−1H₂−

Zredukuj schemat blokowy dla G₁ = 20/(s + 3), G₂ = 2/(s + 1), z wewnętrznym ujemnym sprzężeniem zwrotnym H₁ = 2 wokół G₂ i zewnętrznym ujemnym sprzężeniem zwrotnym H₂ = 1. Znajdź wzmocnienie statyczne T(0) transmitancji C(s)/R(s).

G₁ = 20/(s + 3)G₂ = 2/(s + 1)H₁ = 2H₂ = 1
T(0) =
5.Odpowiedź skokowaŚredni
t (s)y(t)1?

Układ ma transmitancję G(s) = 65/(s² + 3s + 65) i otrzymuje jednostkowe wymuszenie skokowe. Znajdź przeregulowanie procentowe %OS odpowiedzi skokowej.

G(s) = 65/(s² + 3s + 65)
%OS = %
6.Odpowiedź skokowaTrudny
+−10 VR = 28 ΩL = 500 mHC = 100 µFvC​

Szeregowy obwód RLC z R = 28 Ω, L = 500 mH i C = 100 µF jest dołączony do skoku 10 V w chwili t = 0. Kondensator jest nienaładowany i przed skokiem nie płynie prąd. Znajdź czas tp pierwszego szczytu napięcia, w ms.

R = 28 ΩL = 500 mHC = 100 µFV = 10 V
tp = ms
7.Stabilność: kryterium Routha–Hurwitza i linia pierwiastkowaŚredni
R(s)+K1s(s + 4)(s + 5)C(s)−

Pętla na schemacie ma transmitancję układu otwartego L(s) = K/(s(s + 4)(s + 5)). Wyznacz największe wzmocnienie Kmax, przy którym układ zamknięty jest stabilny.

L(s) = K/(s(s + 4)(s + 5))
Kmax =
8.Stabilność: kryterium Routha–Hurwitza i linia pierwiastkowaTrudny
ReIm−0,5−1−1,5−2−2,5−3−3,5−4−4,5−50,5j0,5j1

Pętla ze sprzężeniem jednostkowym ma L(s) = K/(s(s + 4)(s + 1)). Wyznacz punkt σa, w którym asymptoty linii pierwiastkowej przecinają oś rzeczywistą.

L(s) = K/(s(s + 4)(s + 1))
σa =
9.Uchyb ustalony i regulacja PIDŚredni
r(t) = 0,5t+5s(s + 5)(s + 10)C(s)−

Na pętlę ze sprzężeniem jednostkowym o G(s) = 5/(s(s + 5)(s + 10)) podano narastanie liniowe r(t) = 0,5t. Wyznacz uchyb ustalony ess.

G(s) = 5/(s(s + 5)(s + 10))r(t) = 0,5t
ess =
10.Uchyb ustalony i regulacja PIDTrudny
R(s)+Kp​ + Ki​/s2s + 5C(s)−

Regulator PI C(s) = Kp + Ki/s steruje obiektem G(s) = 2/(s + 5) w pętli ze sprzężeniem jednostkowym. Układ zamknięty ma mieć ωₙ = 6 rad/s i ζ = 0,5. Wyznacz wzmocnienie proporcjonalne Kp.

G(s) = 2/(s + 5)ωₙ = 6 rad/sζ = 0,5
Kp =
11.Wykresy Bodego i zapasyŚredni
|H| (dB)0,11101001000−80−60−40−2002040ω (rad/s)ω = 3

Znajdź dokładny moduł |G(jω)| G(s) = 720/((s + 4)(s + 15)) przy ω = 3 rad/s, w dB.

G(s) = 720/((s + 4)(s + 15))ω = 3 rad/s
|G(jω)| = dB
12.Wykresy Bodego i zapasyTrudny
|H| (dB)0,10,1111010100100−60−40−200204060ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​

Pętla ze sprzężeniem jednostkowym ma transmitancję układu otwartego L(s) = 100/(s(s + 5)). Znajdź zapas fazy PM w stopniach.

L(s) = 100/(s(s + 5))
PM = °

3Roztwory

1.Transformaty Laplace’a

Odpowiedź: f(0.1) = 3,038

Transformata Laplace’a: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt zamienia pochodne na mnożenie przez s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Podstawowe pary: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), a przesunięcie s → s + σ mnoży funkcję czasu przez e−σt. Aby odwrócić wymierną F(s), rozłóż ją na ułamki proste: residuum prostego bieguna p wynosi A = [(s − p)·F(s)] przy s = p. Twierdzenie o wartości końcowej: f(∞) = lims→0 s·F(s), słuszne tylko wtedy, gdy wszystkie bieguny s·F(s) leżą w lewej półpłaszczyźnie. Twierdzenie o wartości początkowej: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Dopełnienie do kwadratu

s² + 6s + 34 = (s + 3)² + 25 = (s + 3)² + 5²

Dopasuj licznik

F(s) = 5·(s + 3)/((s + 3)² + 5²) + (−3/5)·5/((s + 3)² + 5²)

Transformata odwrotna

f(t) = e−3t·(5·cos 5t − 0,6·sin 5t)
f(0,1) = e−3·0,1·(5·cos(5·0,1) − 0,6·sin(5·0,1)) = 3,038

Odpowiedź

f(0,1) = 3,038
2.Transformaty Laplace’a

Odpowiedź: y(0.2) = −1,775

Transformata Laplace’a: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt zamienia pochodne na mnożenie przez s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Podstawowe pary: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), a przesunięcie s → s + σ mnoży funkcję czasu przez e−σt. Aby odwrócić wymierną F(s), rozłóż ją na ułamki proste: residuum prostego bieguna p wynosi A = [(s − p)·F(s)] przy s = p. Twierdzenie o wartości końcowej: f(∞) = lims→0 s·F(s), słuszne tylko wtedy, gdy wszystkie bieguny s·F(s) leżą w lewej półpłaszczyźnie. Twierdzenie o wartości początkowej: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Przekształcenie równania

s²Y − (−1)s − (−8) + 6(sY − (−1)) + 8Y = 0
Y(s) = (−s − 14)/((s + 2)(s + 4))

Ułamki proste

A = −12/2 = −6
B = −10/(−2) = 5

Wynik

y(t) = −6·e−2t + 5·e−4t
y(0,2) = −1,775

Odpowiedź

y(0,2) = −1,775

Sprawdzenie: y(0) = A + B = −1.

3.Schematy blokowe

Odpowiedź: ess = 2,755

Algebra schematów blokowych: bloki połączone szeregowo mnożą się (G₁·G₂), bloki połączone równolegle dodają się (G₁ + G₂), a pętla ze ścieżką prostą G i ścieżką sprzężenia zwrotnego H redukuje się do T = G/(1 + G·H) dla ujemnego sprzężenia zwrotnego i G/(1 − G·H) dla dodatniego. Najpierw redukuj pętle wewnętrzne, potem idź na zewnątrz. Bieguny układu zamkniętego są pierwiastkami równania charakterystycznego 1 + G(s)H(s) = 0. Dla stabilnej pętli wymuszenie skokowe o wielkości A daje w stanie ustalonym wyjście A·T(0); przy jednostkowym sprzężeniu zwrotnym uchyb ustalony przy skoku wynosi A/(1 + Kp), gdzie Kp = G(0).

Stała uchybu położeniowego

Kₚ = G(0) = 11·2/(3·9) = 0,8148

Uchyb ustalony

ess = A/(1 + Kₚ) = 5/(1 + 0,8148) = 2,755

Odpowiedź

ess = 2,755
4.Schematy blokowe

Odpowiedź: T(0) = 0,7273

Algebra schematów blokowych: bloki połączone szeregowo mnożą się (G₁·G₂), bloki połączone równolegle dodają się (G₁ + G₂), a pętla ze ścieżką prostą G i ścieżką sprzężenia zwrotnego H redukuje się do T = G/(1 + G·H) dla ujemnego sprzężenia zwrotnego i G/(1 − G·H) dla dodatniego. Najpierw redukuj pętle wewnętrzne, potem idź na zewnątrz. Bieguny układu zamkniętego są pierwiastkami równania charakterystycznego 1 + G(s)H(s) = 0. Dla stabilnej pętli wymuszenie skokowe o wielkości A daje w stanie ustalonym wyjście A·T(0); przy jednostkowym sprzężeniu zwrotnym uchyb ustalony przy skoku wynosi A/(1 + Kp), gdzie Kp = G(0).

Pętla wewnętrzna

Gᵢ = G₂/(1 + G₂H₁) = 2/(s + 5)

Pętla zewnętrzna

T(s) = G₁Gᵢ/(1 + G₁GᵢH₂) = 40/((s + 3)(s + 5) + 40)

Wzmocnienie statyczne

T(0) = 40/(3·5 + 40) = 40/55 = 0,7273

Odpowiedź

T(0) = 0,7273
5.Odpowiedź skokowa

Odpowiedź: %OS = 55,16 %

Odpowiedź skokowa: układ pierwszego rzędu G(s) = K/(τs + 1) odpowiada na skok o wielkości U przebiegiem y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po jednej stałej czasowej τ osiąga 63,2 % wartości końcowej K·U, a po 4τ 98 %. Układ drugiego rzędu G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) ma bieguny s = −ζωₙ ± jωd, gdzie ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Dla 0 < ζ < 1 odpowiedź skokowa ma przeregulowanie: przeregulowanie procentowe %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), czas szczytu tp = π/ωd, a 2-procentowy czas ustalania ts ≈ 4/(ζωₙ). Porównaj mianownik z s² + 2ζωₙs + ωₙ², aby odczytać ωₙ i ζ. Dla układu masa–sprężyna–tłumik ωₙ = √(k/m) i ζ = c/(2√(km)); dla szeregowego obwodu RLC ωₙ = 1/√(LC) i ζ = (R/2)·√(C/L).

Porównaj z postacią standardową

Mianownik musi odpowiadać s² + 2ζωₙs + ωₙ².

ωₙ² = 65 → ωₙ = 8,062 rad/s
2ζωₙ = 3 → ζ = 3/(2·8,062) = 0,1861

Wynik

%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²) = 100·e−0,5949 = 55,16 %

Odpowiedź

%OS = 55,16 %
6.Odpowiedź skokowa

Odpowiedź: tp = 22,66 ms

Odpowiedź skokowa: układ pierwszego rzędu G(s) = K/(τs + 1) odpowiada na skok o wielkości U przebiegiem y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po jednej stałej czasowej τ osiąga 63,2 % wartości końcowej K·U, a po 4τ 98 %. Układ drugiego rzędu G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) ma bieguny s = −ζωₙ ± jωd, gdzie ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Dla 0 < ζ < 1 odpowiedź skokowa ma przeregulowanie: przeregulowanie procentowe %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), czas szczytu tp = π/ωd, a 2-procentowy czas ustalania ts ≈ 4/(ζωₙ). Porównaj mianownik z s² + 2ζωₙs + ωₙ², aby odczytać ωₙ i ζ. Dla układu masa–sprężyna–tłumik ωₙ = √(k/m) i ζ = c/(2√(km)); dla szeregowego obwodu RLC ωₙ = 1/√(LC) i ζ = (R/2)·√(C/L).

Pulsacja własna i współczynnik tłumienia

ωₙ = 1/√(LC) = 1/√(0,5·1 × 10⁻⁴) = 141,4 rad/s
ζ = (R/2)·√(C/L) = (28/2)·√(1 × 10⁻⁴/0,5) = 0,198

Wynik

ωd = 138,6 rad/s
tp = π/ωd = 22,66 ms

Odpowiedź

tp = 22,66 ms
7.Stabilność: kryterium Routha–Hurwitza i linia pierwiastkowa

Odpowiedź: Kmax = 180

Kryterium Routha–Hurwitza: układ liniowy jest stabilny, gdy wszystkie pierwiastki jego wielomianu charakterystycznego leżą w lewej półpłaszczyźnie płaszczyzny s. Współczynniki wpisuje się naprzemiennie w dwa pierwsze wiersze tablicy Routha. Każdy element nowego wiersza powstaje z dwóch wierszy powyżej; dla wielomianu trzeciego stopnia a₃s³ + a₂s² + a₁s + a₀ element w wierszu s¹ to b₁ = (a₂·a₁ − a₃·a₀)/a₂. Liczba zmian znaku w pierwszej kolumnie jest równa liczbie pierwiastków w prawej półpłaszczyźnie. Gdy we współczynnikach występuje wzmocnienie K, każdy element pierwszej kolumny musi pozostać dodatni: wzmocnienie, przy którym element wiersza s¹ zeruje się, to granica stabilności, a wiersz s² daje wtedy częstotliwość drgań niegasnących.

Równanie charakterystyczne

s³ + 9s² + 20s + K = 0

Tablica Routha

s³: 1, 20
s²: 9, K
s¹: (9·20 − K)/9
s⁰: K

Warunki

Każdy element pierwszej kolumny musi być dodatni.

K > 0
9·20 − K > 0 → K < 180

Odpowiedź

Kmax = 180

Przy K = 180 układ zamknięty oscyluje z pulsacją ω = √20 = 4,472 rad/s.

8.Stabilność: kryterium Routha–Hurwitza i linia pierwiastkowa

Odpowiedź: σa = −1,667

Linia pierwiastkowa: gdy wzmocnienie K rośnie od 0 do ∞, bieguny układu zamkniętego, czyli pierwiastki równania 1 + K·G(s) = 0, przesuwają się od biegunów układu otwartego do jego zer lub do nieskończoności. Punkt osi rzeczywistej należy do linii, gdy liczba biegunów i zer rzeczywistych na prawo od niego jest nieparzysta. n − m gałęzi biegnących do nieskończoności zbliża się do asymptot nachylonych pod kątami (2q + 1)·180°/(n − m), wychodzących ze środka asymptot σₐ = (Σ biegunów − Σ zer)/(n − m). Gałęzie opuszczają oś rzeczywistą lub do niej wracają tam, gdzie dK/ds = 0. Warunek kąta ∠G(s) = 180° wyznacza kształt, a warunek modułu K = 1/|G(s)| daje wzmocnienie w dowolnym punkcie linii.

Bieguny i zera

bieguny: 0, −4, −1
n − m = 3 − 0 = 3

Środek ciężkości

σa = (−5)/3 = −1,667

Odpowiedź

σa = −1,667

3 asymptot wychodzi ze środka asymptot pod kątami 60°, 180°, 300°.

9.Uchyb ustalony i regulacja PID

Odpowiedź: ess = 5

Uchyb ustalony: w pętli ze sprzężeniem jednostkowym o transmitancji układu otwartego G(s) uchyb wynosi E(s) = R(s)/(1 + G(s)), a z twierdzenia o wartości końcowej ess = lims→0 s·E(s). Typ układu to liczba biegunów G(s) w s = 0. Stałe uchybowe to Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s) oraz Ka = lim s²·G(s), wszystkie dla s → 0. Skok o wartości A daje ess = A/(1 + Kp), narastanie liniowe A·t daje A/Kv, a parabola A·t²/2 daje A/Ka. Pętla typu 0 nadąża za skokiem ze skończonym uchybem, pętla typu 1 nadąża za nim dokładnie, a za narastaniem liniowym ze skończonym uchybem.

Stała prędkościowa

Kv = lim s·G(s) = 0,1

Uchyb dla narastania liniowego

ess = 0,5/0,1 = 5

Odpowiedź

ess = 5
10.Uchyb ustalony i regulacja PID

Odpowiedź: Kp = 0,5

Regulacja P, PI i PID: regulator C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s działa na uchyb. Wzmocnienie proporcjonalne przyspiesza układ i zmniejsza uchyb obiektu typu 0, ale nigdy go nie usuwa. Człon całkujący dodaje biegun w s = 0: typ układu rośnie o jeden, a skok jest śledzony bez uchybu. Człon różniczkujący zwiększa tłumienie. Aby dobrać nastawy, zapisz wielomian charakterystyczny układu zamkniętego i porównaj go z s² + 2ζωns + ωn². Wtedy %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, gdzie ωd = ωn√(1 − ζ²), oraz ts ≈ 4/(ζωn).

Wielomian charakterystyczny

1 + C(s)G(s) = 0, pomnożone przez s(s + 5).

s² + (5 + 2Kp)s + 2Ki

Wielomian docelowy

s² + 2·0,5·6s + 6² = s² + 6s + 36

Dopasuj współczynniki

5 + 2Kp = 6 → Kp = 0,5

Odpowiedź

Kp = 0,5

Człon całkujący sprawia, że pętla jest typu 1, więc skok jest śledzony bez uchybu ustalonego.

11.Wykresy Bodego i zapasy

Odpowiedź: |G(jω)| = 19,48 dB

Charakterystyka częstotliwościowa: podstaw s = jω w transmitancji. Moduł w decybelach to 20·log₁₀|H(jω)|, a faza to suma kątów czynników licznika minus kąty czynników mianownika. Filtr RC lub RL pierwszego rzędu ma częstotliwość graniczną (−3 dB) ωc = 1/(RC) lub R/L oraz fc = ωc/(2π); filtr dolnoprzepustowy daje |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) i φ = −atan(ω/ωc). Na asymptotycznym (łamanym) wykresie Bodego każdy biegun zagina moduł w dół o 20 dB/dekadę przy swojej częstotliwości granicznej, każde zero zagina go w górę o 20 dB/dekadę, a integrator 1/s daje −20 dB/dekadę przy wszystkich częstotliwościach. Częstotliwość odcięcia wzmocnienia ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); zapas fazy PM = 180° + ∠L(jωc). Częstotliwość odcięcia fazy ω180: ∠L(jω) = −180°; zapas wzmocnienia GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Układ zamknięty jest stabilny, gdy oba zapasy są dodatnie.

Pomnóż moduły

|G(j3)| = 720/(√(3² + 4²)·√(3² + 15²)) = 720/(5·15,3) = 9,414

Wynik

20·log₁₀(9,414) = 19,48 dB

Odpowiedź

|G(jω)| = 19,48 dB
12.Wykresy Bodego i zapasy

Odpowiedź: PM = 28,02 °

Charakterystyka częstotliwościowa: podstaw s = jω w transmitancji. Moduł w decybelach to 20·log₁₀|H(jω)|, a faza to suma kątów czynników licznika minus kąty czynników mianownika. Filtr RC lub RL pierwszego rzędu ma częstotliwość graniczną (−3 dB) ωc = 1/(RC) lub R/L oraz fc = ωc/(2π); filtr dolnoprzepustowy daje |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) i φ = −atan(ω/ωc). Na asymptotycznym (łamanym) wykresie Bodego każdy biegun zagina moduł w dół o 20 dB/dekadę przy swojej częstotliwości granicznej, każde zero zagina go w górę o 20 dB/dekadę, a integrator 1/s daje −20 dB/dekadę przy wszystkich częstotliwościach. Częstotliwość odcięcia wzmocnienia ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); zapas fazy PM = 180° + ∠L(jωc). Częstotliwość odcięcia fazy ω180: ∠L(jω) = −180°; zapas wzmocnienia GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Układ zamknięty jest stabilny, gdy oba zapasy są dodatnie.

Częstotliwość odcięcia wzmocnienia

ω⁴ + 25ω² − 10000 = 0
ω² = (−25 + √(625 + 4·10000))/2 = 88,28
ωc = 9,396 rad/s

Zapas fazy

∠L(jωc) = −90° − atan(9,396/5) = −152°
PM = 180° + ∠L = 28,02°

Odpowiedź

PM = 28,02°

ExamProblems · examproblems.com/courses/control-engineering-1