เครื่องคำนวณเกณฑ์เสถียรภาพเราท์–เฮอร์วิตซ์

กรอกค่าของคุณ คำตอบและวิธีทำฉบับเต็มจะอัปเดตขณะที่คุณพิมพ์

ผลลัพธ์

เสถียรภาพไม่เสถียร
รากในระนาบครึ่งขวา2
รากบนแกนจินตภาพ0
รากในระนาบครึ่งซ้าย2
การเปลี่ยนเครื่องหมายในคอลัมน์แรก2
หลัก 1หลัก 2หลัก 3
s⁴135
s³240
s²150
s¹−600
s⁰500

ตรวจเสถียรภาพของระบบเชิงเส้นจากพหุนามลักษณะเฉพาะ เครื่องคำนวณสร้างตารางเราท์ด้วยเศษส่วนที่แน่นอน จัดการศูนย์ในหลักแรก (วิธี ε) และแถวที่เป็นศูนย์ทั้งแถว (พหุนามช่วย) นับการเปลี่ยนเครื่องหมาย และให้จำนวนรากในระนาบครึ่งขวา บนแกนจินตภาพ และในระนาบครึ่งซ้าย

เฉลยทีละขั้นตอน

พหุนามลักษณะเฉพาะ

s⁴ + 2s³ + 3s² + 4s + 5 = 0
สัมประสิทธิ์ทุกตัวมีอยู่และมีเครื่องหมายเดียวกัน: เป็นเงื่อนไขจำเป็นแต่ไม่เพียงพอสำหรับเสถียรภาพ

สองแถวแรก

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

แถวถัดไป

สมาชิกใหม่แต่ละตัว: (b₁·a_(j+1) − a₁·b_(j+1))/b₁ โดย a คือแถวที่อยู่สูงขึ้นไปสองแถว และ b คือแถวที่อยู่ด้านบนทันที
s2: 1, 5, 0
s1: −6, 0, 0
s0: 5, 0, 0

นับการเปลี่ยนเครื่องหมายในหลักแรก

หลักแรก: 1, 2, 1, −6, 5
เครื่องหมาย: + + + − +
2 การเปลี่ยนเครื่องหมาย → 2 รากในระนาบครึ่งขวา

สูตรสำคัญ

เสถียรภาพ
รากทั้งหมดของพหุนามลักษณะเฉพาะอยู่ในครึ่งระนาบซ้าย
ตารางราอ์ท ค่าในแถว s¹ ของระบบอันดับสาม
b1 = (a2a1 − a3a0)/a2
รากในครึ่งระนาบขวา
จำนวนครั้งที่เครื่องหมายเปลี่ยนในคอลัมน์แรก
ระบบอันดับสาม s³ + a₂s² + a₁s + a₀
เสถียรเมื่อ a ทุกตัว > 0 และ a₂·a₁ > a₀
สมการลักษณะเฉพาะ
1 + K·G(s) = 0

วิธีใช้เกณฑ์เราท์–เฮอร์วิตซ์

  1. เขียนพหุนามลักษณะเฉพาะโดยมีทุกกำลังของ s จากกำลังสูงสุดลงมา ถ้าสัมประสิทธิ์ขาดหายไปหรือเครื่องหมายต่างกัน ระบบจะเสถียรไม่ได้
  2. เติมแถวแรกด้วยสัมประสิทธิ์ตัวที่ 1, 3, 5, … และแถวที่สองด้วยตัวที่ 2, 4, 6, …
  3. สมาชิกถัดไปแต่ละตัวคือ (b₁·a_(j+1) − a₁·b_(j+1))/b₁ โดยใช้สองแถวที่อยู่เหนือขึ้นไป
  4. ถ้าสมาชิกตัวแรกเป็นศูนย์แต่แถวไม่ใช่ศูนย์ทั้งแถว ให้แทนด้วย ε > 0 เล็กน้อย ถ้าทั้งแถวเป็นศูนย์ ให้แทนด้วยอนุพันธ์ของพหุนามช่วยที่สร้างจากแถวบน
  5. จำนวนการเปลี่ยนเครื่องหมายในหลักแรกเท่ากับจำนวนรากในระนาบครึ่งขวา

คำถามและคำตอบ

แถวที่เป็นศูนย์ทั้งแถวหมายความว่าอย่างไร

พหุนามมีรากที่สมมาตรรอบจุดกำเนิด เป็นคู่ ±a, ±jω หรือสี่ตัวเป็นชุด พหุนามช่วยจากแถวบนมีรากเหล่านั้นพอดี และรากบนแกนจินตภาพของมันทำให้ระบบเสถียรอย่างมากที่สุดเพียงแบบมาร์จินัล

วิธี ε เชื่อถือได้เสมอหรือไม่

ไม่ใช่เมื่อมีรากอยู่บนแกนจินตภาพ เครื่องคำนวณจึงแยกตัวประกอบร่วมของ P(s) และ P(−s) ซึ่งมีรากสมมาตรทั้งหมด และนับรากบนแกนจินตภาพของมันอย่างแน่นอนด้วย ถ้าทำให้ผลนับเปลี่ยนไป ขั้นตอนจะแจ้งไว้

จะหาช่วงของ K ที่ทำให้เสถียรได้อย่างไร

ใส่เกน K ในสัมประสิทธิ์ สร้างตารางแบบสัญลักษณ์ และกำหนดให้ทุกสมาชิกในหลักแรกเป็นบวก เครื่องคำนวณนี้ทำงานกับตัวเลข คุณจึงใช้ตรวจค่า K ทั้งสองด้านของขีดจำกัดที่หาได้

ตารางเราท์ที่เสถียรหมายความว่าการออกแบบดีหรือไม่

บอกเพียงว่าโพลทั้งหมดอยู่ในระนาบครึ่งซ้าย ความเร็วและการหน่วงของผลตอบสนองขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโพล ให้ใช้ root locus หรือแผนภาพโบเดสำหรับเรื่องนั้น

ลองทำเอง

ฝึกเสถียรภาพ: เกณฑ์ราอ์ท–เฮอร์วิตซ์และรูตโลกัส

เครื่องคำนวณให้คำตอบ แต่ในการสอบคุณต้องมีวิธีทำ จึงควรฝึกกับโจทย์ใหม่ คำใบ้ และเฉลยละเอียด

</> ฝัง

ฟรีสำหรับครูและโรงเรียน: วางโค้ดนี้ในหน้ารายวิชา LMS หรือเว็บไซต์ของคุณ นักศึกษาใช้เครื่องคำนวณและวิธีทำทีละขั้นได้โดยไม่ต้องมีบัญชี

เครื่องคำนวณอื่น ๆ