对增益、相位裕度的个人理解

对于标称的反馈系统(如下所示),系统是稳定的。

对增益、相位裕度的个人理解_第1张图片

闭环系统传递函数为Q_{1}\left ( s \right )=\frac{H\left ( s \right )}{1+H\left ( s \right )G\left ( s \right )},但是实际系统中,会有干扰,是的实际的闭环系统如下所示。

对增益、相位裕度的个人理解_第2张图片

此时闭环系统传递函数Q_{2}\left ( s \right )=\frac{H\left ( s \right )}{1+KH\left ( s \right )G\left ( s \right )e^{j\phi }},那么如何衡量干扰项Ke^{j\phi }对系统稳定性指标造成的影响呢?我们用增益裕度、相位裕度来衡量这两个干扰对系统稳定性的影响。Q_{2}\left ( s \right )的分母为F\left ( s \right )=1+KH\left ( s \right )G\left ( s \right )e^{j\phi },对于连续系统,若反馈系统稳定,那么 F\left ( s \right )=1+KH\left ( s \right )G\left ( s \right )e^{j\phi }的全部零点都应出现在s左平面。找到一个临界稳定点,也就是F\left ( s \right )=1+KH\left ( s \right )G\left ( s \right )e^{j\phi }的零点出现在s平面虚轴上的情况。此时有1+Ke^{j\phi }G\left ( w \right )H\left ( w \right )=0

增益裕度

引入增益项干扰的反馈系统,由稳定变成不稳定的过程中,K的变化范围就是增益裕度。因此消除延迟项e^{j\phi}的影响,令\phi=0,此时求1+KG\left ( w_{1} \right )H\left ( w_{1} \right )=0,解得临界稳定时w_{1}K的关系。由1+KG\left ( w_{1} \right )H\left ( w_{1} \right )=0可以推出\angle {G\left ( w_{1} \right )H\left ( w_{1} \right )}=-\pi。也就是说增益裕度就是当\angle {G\left ( w_{1} \right )H\left ( w_{1} \right )}=-\pi时,K=\frac{-1}{\left | G\left ( w_{1} \right )H\left ( w_{1} \right ) \right |}

相位裕度

引入延迟项干扰的反馈系统,由稳定变成不稳定的过程中,\phi的变化范围就是相位裕度。因此消除增益项K的影响,令K=1,此时求1+e^{i\phi}G\left ( w_{2} \right )H\left ( w_{2} \right )=0,解得临界稳定时w_{2}\phi的关系。由1+e^{i\phi}G\left ( w_{2} \right )H\left ( w_{2} \right )=0可以推出\left | G\left ( w_{2} \right ) H\left ( w_{2} \right )\right |=1。也就是说增益裕度就是当\left | G\left ( w_{2} \right ) H\left ( w_{2} \right )\right |=1时,\phi=-\pi-\angle {G\left ( w_{2} \right )H\left ( w_{2} \right )}

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