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相平面法
鎖定
相平面法是一種基於時域的分析方法。根據繪製出的x-x·相軌跡圖,研究非線性系統的穩定性和動態性能。由於在相平面上只能表示兩個獨立的變量,故相平面法只適用於一二階線性和非線性系統。
- 中文名
- 相平面法
- 外文名
- phase plane method
- 提 出
- Poincare. H
- 性 質
- 基於時域的分析方法
- 適用於
- 一二階線性和非線性系統
- 提出時間
- 1885年
目錄
- 1 相平面、相軌跡和相平面圖
- 2 相軌跡和相平面圖的性質
- 3 相軌跡圖的繪製
相平面法相平面、相軌跡和相平面圖
二階時不變系統(可以是線性的,也可以是非線性的)一般可用常微分方程來描述。若在所討論的時間範圍內,對於任意給定的時刻,系統的一組狀態變量的值都是已知的,則可以掌握系統運動的全部信息。通過相軌跡,就可以做到這一點。以x為橫座標,x·為縱座標,構成一個直角座標平面,稱為相平面;在相平面上表示系統運動狀態的點(x,x·)移動所形成的軌跡稱為相軌跡。相軌跡的起始點由系統的初始條件(x0,x·0)確定,相軌跡上用箭頭方向表示隨參變量時間t的增加,系統的運動方向。以各種可能的初始條件為起始點,可以得到相軌跡簇,相平面和相軌跡簇合稱為相平面圖。
[1]
相平面法相軌跡和相平面圖的性質
(1)相軌跡的斜率若相軌跡上任意一點的斜率為a,則
(2)相軌跡的對稱性
按照圖形對稱的條件,關於橫軸或縱軸對稱的曲線,其對稱點處的斜率大小相等,符號相反;關於原點對稱的曲線,其對稱點處斜率大小相等,符號相同。
(3)相平面圖的奇點
由相軌跡斜率的定義可知,相平面上的一個點只要不同時滿足某一條件,則該點的相軌跡斜率確定,通過該點的相軌跡只能有一條,即相軌跡曲線簇不會在該點相交;同時滿足的點稱為奇點,該點的相軌跡斜率為0/0型的不定形式,通過該點的相軌跡可能不止一條,且彼此的斜率也不相同,即相軌跡曲線簇在該點相交。
(4)相軌跡的運動方向
相平面法相軌跡圖的繪製
相軌跡的繪製方法有解析法與圖解法兩種。解析法通過求解微分方程找出x與x·的解析關係,從而在相平面上繪製相軌跡。具體方法為參變量t消去法和直接積分法。圖解法常用的有兩種,即等傾線法和圓弧近似法。
1.解析法。解析法適用於比較簡單,或者可以分段線性化的微分方程。可以利用直接積分法得出相軌跡方程。