离散系统的稳定性分析

Stability Analysis of Discrete Systems

一、离散系统稳定的充分必要条件

由线性系统稳定性分析知道:线性连续系统的闭环传递函数的极点都在 s 域的左半平面时,系统稳定。类似的,由映射关系可以得到,离散系统稳定的充分必要条件为:系统的闭环 z 传递函数 的所有极点都在 z 平面的单位圆内部,|pi|<1

s=σ+jω⇒z=esT=eσTejωT{rz=eσTθ=ωT

映射关系.png

二、稳定性判据

2.1 修正的劳斯稳定性准则

连续系统中:线性系统稳定性分析#2. 劳斯判据
引入与 z 变换 为双线性变换的 w 变换,将单位圆映射到 w 平面的左半平面

z=w+1w−1⇔w=z+1z−1

对闭环传递函数的特征方程进行 w 变换,得到 w 特征方程:

W(s)=anwn+an−1wn−1+⋯+a1w+a0=0

离散系统稳定的充分必要条件为:第一列各值均为正值

wn an an−2 an−4 ⋯
wn−1 an−1 an−3 an−5 ⋯
wn−2 L31 L32 L33 ⋯
wn−3 L41 L42 L43 ⋯
⋯ ⋯
⋯
⋯
⋯
w0 ⋯
L31=−1an−1|anan−2an−1an−3|L32=−1an−1|anan−4an−1an−5|L33=−1an−1|anan−6an−1an−7|L41=−1L31|an−1an−3L31L32|L42=−1L31|an−1an−5L31L33|

2.2 朱利判据

直接在 z 域根据线性离散系统的闭环特征方程进行稳定性判别

α(z)=a0zn+a1zn−1+⋯+an=0

离散系统稳定的充分必要条件为:所有奇数行第一列元素均大于零(a0,b0,⋯,m0>0),即特征方程的全部特征根均在单位圆内。
如果有小于零的元素,则离散系统不稳定,且小于零的元素个数就是位于圆外的特征根的个数。

zn zn−1 zn−2 ⋯ z2 z1 z0
✅ a0 a1 a2 ⋯ an−2 an−1 an
an an−1 an−2 ⋯ a2 a1 a0
✅ b0 b1 b2 ⋯ bn−2 bn−1
bn−1 bn−2 bn−3 ⋯ b2 b0
✅ c0 c1 c2 ⋯ cn−2
cn−2 cn−3 cn−4 ⋯ c0
⋮ ⋮ ⋮
✅ l0 l1
l1 l0
✅ m0
b0=a0−anana0b1=a1−an−1ana0b2=a2−an−2ana0⋯c0=b0−bn−1bn−1b0c1=b1−bn−2bn−1b0c2=b2−bn−3bn−1b0⋯