控制系統

根軌跡(root locus)

根軌跡是一張地圖,顯示當你只轉一個旋鈕——通常是控制器增益 K——從零一路調到無窮大時,閉迴路系統的極點如何在複數平面上遊走。記得閉迴路極點決定穩定性與響應,但改變增益時它們會移動。與其對每個 K 重解一次特徵方程,根軌跡一次畫出它們全部的路徑,讓你一眼看出哪個增益能把每個極點安全留在左半平面、哪個增益會把某個極點推過去進入不穩定。

這張圖遵循 Walter Evans 於 1948 年發現的優雅規則:分支從開迴路極點(K = 0)出發、止於開迴路零點(K = ∞),沿著實軸上「右側極零點數為奇數」的區段行進,並在可預測的角度上分離去追逐漸近線。收穫是設計直覺:你能看見提高增益會加快響應,但終究會把一對極點拽過虛軸進入振盪,而你可以擺一個控制器零點去彎折軌跡、重塑那道取捨。它是「我的極點在哪?」與「該選多少增益?」之間的經典橋樑。

characteristic equation: 1 + K·G(s)H(s) = 0

根軌跡回答的問題和波德圖、奈奎士圖不同:它是時域/極點配置的視角(根往哪走?),而波德圖與奈奎士圖是頻域視角。好的設計者能在同一迴路的這兩種圖像之間流暢切換。

又稱
Evans root locus根軌跡圖