我們常見的環路大部分都是負反饋環路,對于負反饋系統的穩定性,我們有相應的穩定性判據。
如果環路是正反饋系統,系統是否一定不穩定?
最常見的Widlar電流源電路其實就是一個正反饋系統。
正反饋系統模型
下圖為一個正反饋系統,開環系統是一個單極點系統,其開環傳函為:
Ao(s) = Ao/(1+s/p1),極點=-p1,為LHP極點。
輸出Vo作為反饋信號和輸入信號Vin疊加,形成一個正反饋系統
我們嘗試推導閉環傳函,Ac =Ao(s)/(1+Ao(s)),將Ao(s)的傳函代入可得閉環傳函為:
觀察上述閉環傳函,,有以下結論:
1.閉環DC增益:Ao/(1-Ao)
2.閉環極點:-p1(1-Ao)
正反饋系統穩定性分析
對于一個閉環系統,我們可以根據其極點位置來判斷其穩定性:如果其極點位于LHP,則系統穩定;如果其閉環極點位于RHP,則系統不穩定。
回到這個正反饋系統,其閉環極點=-p1(1-Ao),這個正反饋系統的穩定性分為2種情況:
如果Ao>1,閉環極點>0,為RHP極點,系統不穩定
如果Ao<1,閉環極點<0,為LHP極點,系統穩定
Matlab驗證正反饋系統穩定性
借助matlab,用階躍響應驗證正反饋系統的穩定性,代碼如下:
先考慮Ao<1的情況,根據前面的推導,此時正反饋是穩定系統。令Ao=0.5,其階躍響應見下圖,很明顯階躍響應是收斂的,系統穩定。
再來驗證Ao>1的情況,根據前面的推導,此時正反饋是不穩定系統。令Ao=1.1,其階躍響應見下圖,很明顯階躍響應是發散的,系統不穩定。
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