Top Banner
INC 342 Lecture 1: Root Locus Dr. Benjamas Panomruttanarug [email protected]
23

Lecture Root Locus - KMUTT

Apr 03, 2022

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Lecture Root Locus - KMUTT

INC 342

Lecture 1: Root LocusDr. Benjamas Panomruttanarug

[email protected]

Page 2: Lecture Root Locus - KMUTT

DC motor

BP INC 342 2

Page 3: Lecture Root Locus - KMUTT

TF of DC motor

BP INC 342 3

mbfafaaa

m

faa

m

a

KKKRsKLJRJsLK

KJsRsLK

sVs

2

1

610J610aLApproximate to the first order:

mbfafaaa

m

a KKKRsKLJRJsLK

sVs

2

)( 1pss

KsVs

a

(No load)

Page 4: Lecture Root Locus - KMUTT

Stability and step response

• What do you think about stability and step response from the system?

• How can we improve step response?

BP INC 342 4

)( 1pss

KsVs

a

Page 5: Lecture Root Locus - KMUTT

Camera man

Object Trackingusing infrared

BP 5INC 342

Page 6: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 6

Varying gain (K)

Varying K, closed‐loop poles are moving!!!

Page 7: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 7

Transient:• K<25  overdamped• K=25  critically damped• K>25  underdamped

• Settling time remains the same under underdamped responses.

Stability:• Root locus never crosses over 

into the RHP, system is always stable.

Page 8: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 8

What is root locus and why is it needed?

• Fact I: poles of closed‐loop system are an important key to describe a performance of the system (transient response, i.e. peak time, %overshoot, rise time), and stability of the system.

• Fact II: closed‐loop poles are changed when varying gain.

• Implication: Root locus = paths of closed‐loop poles as gain is varied.

Page 9: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 9

Concept of Root Locus

Page 10: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 10

Sketching Root Locus

1. Number of branches2. Symmetry3. Real‐axis segment4. Starting and ending points5. Behavior at infinity

Page 11: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 11

1. Number of branchesNumber of branches = number of closed‐loop poles

Page 12: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 12

2. SymmetryRoot locus is symmetrical about the real axis

Page 13: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 13

3. Real‐axis segment

On the real axis, the root locus exists to the left of an odd number of real‐axis 

Page 14: Lecture Root Locus - KMUTT

180)12()()( ksHsKG

• Sum of angles on the real axis is either 0 or 180 (complex poles and zeroes give a zero contribution).

• Left hand side of odd number of poles/zeros on the real axis give 180 (path of root locus)

BP 14INC 342

Page 15: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 15

Example

root locus on the real axis

Page 16: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 16

4. Starting and ending points

Root locus starts at finite/infinite poles of G(s)H(s) and ends at finite/infinite zeros of G(s)H(s)

)()(1)()(

sHsKGsKGsT

closed‐loop transfer function

)()()(

sDsNsG

G

G)()()(

sDsNsH

H

H

Page 17: Lecture Root Locus - KMUTT

)()()()()()()(

sNsKNsDsDsDsKNsT

HGHG

HG

K=0 (beginning) poles of T(s) are

K=∞ (ending) poles of T(s) are

)()( sDsD HG

)()( sNsKN HG

BP 17INC 342

Page 18: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 18

Example

Page 19: Lecture Root Locus - KMUTT

5. Behavior at infinity

Root locus approaches asymptote as the locus approaches∞, the asymptotes is given by

zeros finite#poles finite#

zeros finitepoles finite

a

...,2,1,0zeros finite#poles finite#

)12(

k

ka

19

Page 20: Lecture Root Locus - KMUTT

# of poles = # of zeroes

has 3 finite poles at 0 ‐1 ‐2, and 3 infinite zeroes at infinity 

)2)(1()()(

sssKsHsKG

Rule of thumb

BP 20INC 342

Page 21: Lecture Root Locus - KMUTT

BP INC 342 21

Example Sketch the root locus of the system 

Page 22: Lecture Root Locus - KMUTT

Example

Sketch root locus

34

14)3()421(

0

2kfor , 3/51kfor , 0kfor , 3/

zeros finite#poles finite#)12(

k

BP 22INC 342

Page 23: Lecture Root Locus - KMUTT

BP 23INC 342