根軌跡(ゲインで極が動く)

ループゲイン K を上げると閉ループ極が s 平面をどう動き、いつ不安定になるか。

G(s) = K / [ s(s+1)(s+2) ]
2.00
閉ループ極 1
閉ループ極 2
閉ループ極 3
虚軸交差ゲイン
K = 6
安定
× = 開ループ極 (0, −1, −2)。● = 現在の K での閉ループ極。薄い青線 = K を 0 から増やしたときの極の軌跡。点線 = 虚軸(ここを越えると不安定)。
開ループ伝達関数 G(s) = K / [ s(s+1)(s+2) ] を単位フィードバックで閉じると、 閉ループ極は特性方程式 1 + G(s) = 0、すなわち s³ + 3s² + 2s + K = 0 の 3 つの根になります。
根軌跡とは、ゲイン K を 0 から大きくしていったときに、この 3 根が s 平面(横軸=実部 σ、縦軸=虚部 jω)をどう動くかを描いた曲線です。 極の実部が正になると応答が発散し、システムは不安定になります。K を動かして、極が右へ進み、いつ虚軸を越えるか確かめましょう。

いま何が起きている?

ここがポイント