←择校首页控制考研真题思维导图真题思维导图

安徽大学 831 控制原理 2017 年真题思维导图

211 院校共 10 题

难度:中等 全卷十题每题15分(第一题题头丢失),依次为结构图求闭环传函、结构图系统稳定域与等幅振荡、由单位阶跃响应反求闭环传函、参数根轨迹与振荡K范围、由稳态输出反相信号求参数、由幅频曲线判稳求K范围、由幅相曲线反求三阶传函并判稳、期望特性法串联校正、复合校正前馈与串联校正、采样系统结构求C(z)。均为计算题,无选择填空;第一题题干与分值在源文缺失,已据同册答案段按内容对齐收入。

点击节点展开/折叠 · 滚轮缩放 · 拖拽平移
控制考研哪家强,万人教育来领航
28考研交流群:1104923352
B站账号:控制考研阿祖

1一、结构图求闭环传函#

思路
  • 源文仅存图1与G(s)=C(s)/R(s);据同册答案段回内容对齐,按结构图数回路与前向通路,用梅森增益公式求闭环传函。
本卷考法
  • 由图1结构图用梅森公式求G(s)=C(s)/R(s)
本卷实例
  • 关键一步:先数独立回路写特征式,再数前向通路及其余子式
  • 中间结果:三条回路均与各前向通路接触,特征式无二次修正
  • 卡点:题干文字源文丢失,结构图需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 信号流图适合处理多回路、比较点复杂系统
  • 特征式 Δ=1-ΣL+ΣLL-ΣLLL+…
  • 每条前向通路的余子式要剔除与它接触的回路
  • 不接触回路才会计入高阶乘积项
步骤
  • 由结构图改画信号流图,标出各节点
  • 找出全部单独回路,求特征式 Δ
  • 找出全部前向通路 P_k
  • 对每条通路求余子式 Δ_k
  • 代入公式求总传输
通用考法
  • 本卷考过由图1结构图用梅森公式求G(s)=C(s)/R(s)
  • 由信号流图求 C(s)/R(s)
  • 结构图先用梅森公式化简再作性能分析
  • 判断某条回路是否与给定前向通路接触
常见易错
  • 不接触回路找漏或重复计数
  • 余子式中未剔除与通路接触的回路
  • 把前向通路的增益写成了回路增益
公式
多回路系统的逐层化简 结构图与方框图
本卷考法
  • 多回路结构图逐层化简
本卷实例
  • 关键一步:从最内层反馈环开始等效再向外合并
  • 中间结果:化简后分母含三条回路增益之和
  • 卡点:比较点与引出点位置需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 从最内层回路开始,逐层向外化简
  • 每个内环先化成一个等效环节,再参与外层的串并联
  • 化简顺序错误会导致式子繁琐但仍可得到正确结果
步骤
  • 标出内环并求其闭环传递函数
  • 把内环替换为等效环节
  • 对新的结构图重复上述步骤,直到单回路
  • 最后求整个系统的闭环传递函数
通用考法
  • 本卷考过多回路结构图逐层化简
  • 三环及以上系统求闭环传递函数
  • 含局部反馈的系统化简
常见易错
  • 化简内环时把外环的信号当成常数处理
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 串联、并联与反馈等效
本卷实例
  • 关键一步:把并联支路相加后再套反馈公式
  • 中间结果:前向通路中有增益为1的直通支路
  • 卡点:直通支路易漏数,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 串联环节相乘,并联环节相加(同向)或相减(反向)
  • 负反馈等效为 G/(1+GH),正反馈为 G/(1-GH)
  • 反馈等效的前提是单回路、无交叉
步骤
  • 识别环节之间的连接方式
  • 分别套用串联、并联或反馈等效公式
  • 逐层化简直到只剩一个等效环节
通用考法
  • 本卷考过串联、并联与反馈等效
  • 多环节系统求闭环传递函数
  • 判断反馈极性对分母符号的影响
常见易错
  • 把负反馈的分母写成 1-GH
  • 并联环节相减时符号取反
公式

2二、结构图系统稳定域与等幅振荡15 分#

思路
  • 由结构图写闭环特征多项式,第(1)问列劳斯表求稳定K范围;第(2)问令s1=s+1作坐标平移,把特征根位于s=-1左侧转化为s1右半平面判据;第(3)问令s=jω求等幅振荡K与频率。
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 第(1)问用劳斯判据求系统稳定的K范围
本卷实例
  • 关键一步:由结构图写三阶闭环特征多项式并列劳斯表
  • 中间结果:首列含K的一次式,令首列全正取交集
  • 卡点:系数缺项时先补零再排劳斯表
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 特征方程各项系数全为正只是必要条件,不充分
  • 劳斯表首列元素全部同号 ⇔ 系统稳定
  • 首列符号变化次数等于右半平面闭环极点数
  • 首列出现 0 时需用 ε 法或乘辅助多项式处理
步骤
  • 写出闭环特征方程并整理成降幂排列
  • 若某次幂系数缺项,该项补零
  • 列劳斯表:前两行为系数,之后各行按交叉相减
  • 检查首列符号:全同号则稳定,有变号则数出个数
通用考法
  • 本卷考过第(1)问用劳斯判据求系统稳定的K范围
  • 判断给定系统的稳定性
  • 指出右半平面闭环极点的个数
  • 求使系统稳定的参数范围
常见易错
  • 系数有缺项时不补零,直接套用判据
  • 首列出现 0 后仍按常规继续算,未用 ε 法
公式
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 第(2)问求特征根全位于s=-1左侧的K值
本卷实例
  • 关键一步:令s1=s+1作坐标平移,把边界s=-1移到虚轴
  • 中间结果:平移后特征式常数项含K减8
  • 卡点:平移后判据仍针对s1右半平面,勿看原s
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 稳定条件是一组关于参数的不等式
  • 区间端点通常对应临界稳定,即根落在虚轴上
  • 稳定域是不等式组的交集
步骤
  • 由劳斯表首列各元素大于零列出不等式组
  • 逐个解不等式并取交集
  • 检查端点是否为临界稳定
通用考法
  • 本卷考过第(2)问求特征根全位于s=-1左侧的K值
  • 求使系统稳定的参数上界或下界
  • 判断某参数取值是否满足稳定要求
  • 比较不同参数对稳定域大小的影响
常见易错
  • 只列出部分首列元素的不等式,漏掉某个约束
  • 取交集时把端点是否包含搞错
公式
本卷考法
  • 第(3)问求等幅振荡的K值与振荡频率
本卷实例
  • 关键一步:令s=jω代入特征方程,实部与虚部分别为零
  • 中间结果:由劳斯表全零行构造辅助方程得频率
  • 卡点:等幅振荡对应纯虚根,不是临界阻尼
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 根轨迹与虚轴的交点对应系统临界稳定
  • 可用劳斯判据令首列为零,或令 s=jω 代入特征方程求解
  • 交点处的 K 是使系统稳定的临界增益
步骤
  • 把 s=jω 代入闭环特征方程
  • 令实部与虚部分别为零,得到两个方程
  • 联立解出 ω 与 K
  • 结合实轴段信息确定根轨迹穿越方向
通用考法
  • 本卷考过第(3)问求等幅振荡的K值与振荡频率
  • 求根轨迹与虚轴的交点及临界增益
  • 确定系统稳定时 K 的取值范围
  • 判断根轨迹穿越虚轴的方向
常见易错
  • 只代一个 ω 就下结论,漏掉另一组交点
  • 得到 K 后没有回到原题核对参数定义
公式

3三、由单位阶跃响应反求闭环传函15 分#

思路
  • 先由给定阶跃响应求零时刻值与导数值,分离出零输入分量;再由零状态阶跃响应作拉氏变换,除以输入拉氏变换得闭环传函。
本卷考法
  • 由含初值的单位阶跃响应反求闭环传函φ(s)
本卷实例
  • 关键一步:先由C(t)求c(0)与ċ(0),分离零输入与零状态分量
  • 中间结果:零状态响应由两个衰减指数项与稳态项组成
  • 卡点:题目文字只印C(t),初值条件需据答案段自洽补读
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 稳态值决定增益 K
  • 超调量只由阻尼比 ξ 决定
  • 峰值时间与振荡频率共同确定 ωn
  • 时间常数由响应达到稳态值 63.2% 的时刻给出
步骤
  • 从曲线上读出稳态值、超调量、峰值时间或时间常数
  • 判断系统是一阶还是二阶(看有无振荡)
  • 由超调量反求 ξ,再由峰值时间反求 ωn
  • 写出标准形式并补上增益
通用考法
  • 本卷考过由含初值的单位阶跃响应反求闭环传函φ(s)
  • 由实验阶跃响应曲线求传递函数
  • 由给出的性能指标反求参数
常见易错
  • 未判断系统阶数就直接套用二阶公式
  • 把稳态值当成了增益而漏掉输入幅值
公式
本卷考法
  • 含非零初值响应的零输入与零状态分解
本卷实例
  • 关键一步:把给定响应写成零状态响应与零输入响应之和
  • 中间结果:零输入分量由c(0)与ċ(0)确定两个指数项系数
  • 卡点:初值判断错会导致零状态响应提取错误
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 全响应由零输入响应与零状态响应两部分叠加而成
  • 零输入响应的形式由特征根决定,系数由初始条件定
  • 零状态响应用卷积或拉氏变换法求,也可查典型输入的响应表
  • 初值条件要区分零时刻前后的跳变,含输入导数项的方程会在零时刻产生跳变
步骤
  • 写出微分方程并取拉氏变换,把初始条件作为等效输入移到等号右端
  • 分别求零输入解与零状态解,再相加得全响应
  • 用初始条件定常数,必要时用终值核对稳态值
  • 检查求得的解在零时刻是否等于给定初值
通用考法
  • 本卷考过含非零初值响应的零输入与零状态分解
  • 由微分方程与初始条件求系统的全响应
  • 分别求零输入响应与零状态响应
  • 判断给定初值下响应是否单调或是否有极值
常见易错
  • 只求零状态响应而漏掉由初值决定的自由响应
  • 分子含输入导数时忽略零时刻的跳变,导致初值对不上
公式
一阶系统的单位阶跃响应 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由阶跃响应求闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:对零状态单位阶跃响应作拉氏变换再乘s
  • 中间结果:传函分母由两个衰减指数对应的一阶极点构成
  • 卡点:单位阶跃响应乘s才是闭环传函反变换
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 一阶系统只有一个时间常数 T,响应单调无振荡
  • 经过一个 T 达到稳态值的 63.2%,3T 达到 95%,4T 达到 98%
  • 调节时间按误差带取 3T(5%)或 4T(2%)
步骤
  • 把传递函数化为标准形式 1/(Ts+1)
  • 读出时间常数 T
  • 按误差带要求给出调节时间
通用考法
  • 本卷考过由阶跃响应求闭环传函
  • 求一阶系统的调节时间与上升时间
  • 由响应曲线求时间常数
  • 比较不同时间常数下响应快慢
常见易错
  • 把 63.2% 对应的时刻记成 50% 对应的时刻
  • 增益 K 不为 1 时仍直接读稳态值
公式

4四、参数根轨迹与振荡K范围15 分#

思路
  • 把特征方程整理成1加K(s+1)除以s平方(s+10)等于零的等效开环形式,按180度根轨迹绘制法则画根轨迹,再由过渡过程为振荡对应复极点区间求K范围。
本卷考法
  • 由特征方程整理等效开环并画根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:把含K项提到分子,写成1加K G0(s)等于零
  • 中间结果:等效开环有重极点0、极点-10与零点-1
  • 卡点:渐近线条数为极点数减零点数,勿数错
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 起于开环极点、终于开环零点(无穷远零点),分支数等于极点数 n
  • 实轴上某段右侧的零极点总数为奇数时,该段属于根轨迹
  • 渐近线条数为 n-m,交点在实轴上,与实轴夹角等分 360°
  • 根轨迹关于实轴对称
步骤
  • 标出全部开环零极点并判断实轴上的根轨迹段
  • 计算渐近线交点与夹角
  • 求出分离点、出射角、与虚轴交点
  • 按对称性连接各段并标出对应 K 值
通用考法
  • 本卷考过由特征方程整理等效开环并画根轨迹
  • 按法则绘制根轨迹草图
  • 指出渐近线条数与夹角
  • 判断某段实轴是否属于根轨迹
常见易错
  • 实轴段判据中的零极点个数算错
  • 渐近线夹角公式中的 2k+1 写成 2k
公式
分离点与会合点 根轨迹法
本卷考法
  • 求根轨迹分离点及对应K值
本卷实例
  • 关键一步:由分离点方程求坐标并筛选在根轨迹上的解
  • 中间结果:两个分离点均落在实轴根轨迹段内
  • 卡点:分离点处K由幅值条件回代求
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 分离点是根轨迹离开实轴或相汇的点,对应特征方程的重根
  • 分离点必满足 dK/ds=0
  • 用试探法求解代数方程时要注意舍去不在根轨迹上的根
步骤
  • 由幅值条件解出 K 关于 s 的表达式
  • 令 dK/ds=0 得分离点方程
  • 解方程并用实轴段判据筛选
  • 代回求分离点处的 K 值
通用考法
  • 本卷考过求根轨迹分离点及对应K值
  • 求根轨迹的分离点坐标
  • 确定分离点处的临界增益
  • 判断解的取舍
常见易错
  • 求出方程根后不筛选,保留了不在根轨迹上的解
  • 用 dK/ds=0 却未化成 K 的显式表达式
公式
本卷考法
  • 由根轨迹判断过渡过程为振荡的K范围
本卷实例
  • 关键一步:振荡对应闭环极点为离开实轴的共轭复根
  • 中间结果:由分离点与另一分界点把K范围分成两段
  • 卡点:K范围可能两段,勿只取靠近原点的一段
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 闭环极点位置直接决定 ξ、ωn 与动态指标
  • 等阻尼线是从原点出发的射线,等 ωn 线是以原点为心的圆
  • 给定阻尼比要求时,极点落在等阻尼线上
  • 增益增大一般使系统响应加快但振荡加剧
步骤
  • 在 s 平面上画出等阻尼线或等 ωn 圆
  • 求其与根轨迹的交点
  • 由幅值条件求出交点对应的参数
  • 由极点位置估算动态性能
通用考法
  • 本卷考过由根轨迹判断过渡过程为振荡的K范围
  • 求满足给定阻尼比的参数值
  • 由闭环极点位置估算超调量与调节时间
  • 分析提高增益对性能的影响
常见易错
  • 把等阻尼线画成了垂直线
  • 由极点位置估指标时忽略零点的作用
公式
本卷考法
  • 由虚轴交点确定振荡区间边界
本卷实例
  • 关键一步:令s=jω代入等价特征方程求交点
  • 中间结果:虚轴交点对应临界增益
  • 卡点:只保留正频率并回代验证
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 根轨迹与虚轴的交点对应系统临界稳定
  • 可用劳斯判据令首列为零,或令 s=jω 代入特征方程求解
  • 交点处的 K 是使系统稳定的临界增益
步骤
  • 把 s=jω 代入闭环特征方程
  • 令实部与虚部分别为零,得到两个方程
  • 联立解出 ω 与 K
  • 结合实轴段信息确定根轨迹穿越方向
通用考法
  • 本卷考过由虚轴交点确定振荡区间边界
  • 求根轨迹与虚轴的交点及临界增益
  • 确定系统稳定时 K 的取值范围
  • 判断根轨迹穿越虚轴的方向
常见易错
  • 只代一个 ω 就下结论,漏掉另一组交点
  • 得到 K 后没有回到原题核对参数定义
公式

5五、由稳态输出反相求参数与输出15 分#

思路
  • 写闭环传函,把s=j2代入并分离实部虚部,由稳态输出与输入反向即闭环相位为负180度确定a,再把结果代入闭环频率特性写稳态输出。
本卷考法
  • 由闭环频率特性在ω=2处的相位条件求参数a
本卷实例
  • 关键一步:把s=j2代入闭环传函,分离实部与虚部
  • 中间结果:输出与输入反向对应闭环相位为负180度
  • 卡点:闭环传函分母展开有三阶多项式,勿漏项
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 频率特性是传递函数中令 s=jω 得到的复变函数
  • 幅频特性表示各频率正弦输入下的幅值放大倍数
  • 相频特性表示输出相对输入的相位差
  • 频率特性可用幅相曲线、Bode 图或尼柯尔斯图表示
步骤
  • 由传递函数令 s=jω 得到 G(jω)
  • 分别求出幅值 |G(jω)| 与相角 ∠G(jω)
  • 按需要绘制幅相曲线或对数频率特性
通用考法
  • 本卷考过由闭环频率特性在ω=2处的相位条件求参数a
  • 求给定传递函数的幅频与相频表达式
  • 计算某频率处的幅值与相角
  • 说明频率特性的物理含义
常见易错
  • 求幅值时忘记把分母复数取模后再相除
  • 相角累加时漏掉积分环节的 -90°
公式
本卷考法
  • 由闭环幅频与相频写稳态输出
本卷实例
  • 关键一步:稳态输出幅值为输入幅值乘闭环幅频
  • 中间结果:相位为输入相位加闭环相频
  • 卡点:先确定a再求模与相角,顺序不能颠倒
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 谐振峰值 Mr 越大振荡越强,通常要求 Mr 在 1.1 到 1.5 之间
  • 谐振频率 ωr 与峰值时间相关
  • 带宽频率 ωb 越大响应越快但抗噪能力下降
  • 由等 M 圆与等 N 圆可由开环频率特性求闭环特性
步骤
  • 由开环频率特性求闭环频率特性
  • 读出谐振峰值、谐振频率与带宽
  • 按经验公式估计超调量与调节时间
通用考法
  • 本卷考过由闭环幅频与相频写稳态输出
  • 由闭环幅频特性求谐振峰值与带宽
  • 由 Mr 估算超调量
  • 分析带宽与响应速度的关系
常见易错
  • 当 ξ>0.707 时仍套用谐振峰值公式
  • 把开环谐振与闭环谐振混为一谈
公式
本卷考法
  • 由结构图或开环写闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:单位反馈时闭环等于G除以(1加G)
  • 中间结果:闭环分子为开环分子,分母为开环分母加分子
  • 卡点:分子含a的一次项,求a时注意约简
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 信号流图适合处理多回路、比较点复杂系统
  • 特征式 Δ=1-ΣL+ΣLL-ΣLLL+…
  • 每条前向通路的余子式要剔除与它接触的回路
  • 不接触回路才会计入高阶乘积项
步骤
  • 由结构图改画信号流图,标出各节点
  • 找出全部单独回路,求特征式 Δ
  • 找出全部前向通路 P_k
  • 对每条通路求余子式 Δ_k
  • 代入公式求总传输
通用考法
  • 本卷考过由结构图或开环写闭环传函
  • 由信号流图求 C(s)/R(s)
  • 结构图先用梅森公式化简再作性能分析
  • 判断某条回路是否与给定前向通路接触
常见易错
  • 不接触回路找漏或重复计数
  • 余子式中未剔除与通路接触的回路
  • 把前向通路的增益写成了回路增益
公式

6六、由幅频曲线判稳求K范围15 分#

思路
  • 由幅频特性曲线读取各转折频率处的幅值,反求开环传函的型别、增益与时间常数;再按开环右半平面极点数与奈氏判据分段求使系统稳定的K范围。
本卷考法
  • 由最小相位系统幅频特性曲线反求开环传函
本卷实例
  • 关键一步:由低频斜率与转折频率处的幅值差求型别、增益与时间常数
  • 中间结果:各转折频率处幅值给出时间常数之间的比例关系
  • 卡点:曲线读数需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 低频段斜率给出积分环节个数即系统型别
  • 低频段高度或延长线与 0 dB 交点给出开环增益
  • 每个转折频率对应一个一阶或二阶环节
  • 斜率变化 -20 对应惯性环节,+20 对应一阶微分,-40 可能是振荡环节
步骤
  • 读低频段斜率确定型别 v
  • 由低频段高度或延长线确定增益 K
  • 逐个读出转折频率并判断对应环节类型
  • 结合相频曲线与谐振峰判定二阶环节参数
  • 写出并验证传递函数
通用考法
  • 本卷考过由最小相位系统幅频特性曲线反求开环传函
  • 由给定 Bode 图写出传递函数
  • 由实验频率特性辨识系统模型
  • 检验候选传递函数与曲线是否吻合
常见易错
  • 把延长线交点误当作增益值而未折算型别
  • 斜率变化为 -40 时直接写成一阶环节
公式
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用奈氏判据分段求使系统稳定的K范围
本卷实例
  • 关键一步:按曲线穿越负实轴的情况分增益区间判断包围圈数
  • 中间结果:稳定区间由临界增益分段给出
  • 卡点:开环积分环节需补画无穷大圆弧
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 闭环稳定 ⇔ Z=N+P,其中 Z 为右半平面闭环极点数
  • P 为开环右半平面极点数,须先数清楚
  • N 为开环幅相曲线绕 (-1,j0) 点的净包围圈数
  • 逆时针包围为正,顺时针为负
步骤
  • 先求开环极点,数出右半平面个数 P
  • 绘制开环幅相特性曲线(或利用 Bode 图判稳)
  • 数出曲线对 (-1,j0) 点的包围圈数 N
  • 由 Z=N+P 判断闭环稳定性
通用考法
  • 本卷考过用奈氏判据分段求使系统稳定的K范围
  • 由开环幅相曲线判断闭环稳定性
  • 求使闭环稳定的开环增益范围
  • 判断补画虚轴绕行后曲线的包围情况
常见易错
  • 开环含有积分环节时未补画无穷大半径圆弧
  • 把包围圈数的正负号定义搞反
  • 没有先数开环右半平面极点数 P
公式
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 由幅值穿越与相角条件理解稳定性变化
本卷实例
  • 关键一步:增益变化会改变曲线在负实轴方向的穿越次数
  • 中间结果:不同增益区间对应不同的正负穿越组合
  • 卡点:题面K=500与求K范围表述疑矛盾,需回原卷核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 相角裕度 γ 在幅值穿越频率 ωc 处定义,γ=180°+∠G(jωc)
  • 幅值裕度 Kg 在相位穿越频率 ωg 处定义,单位可为分贝
  • γ>0 且 Kg>1 时闭环稳定(最小相位系统)
  • γ 主要影响超调,ωc 主要影响响应速度
步骤
  • 由幅频特性求 |G|=1 对应的穿越频率 ωc
  • 由相频特性求 ∠G=-180° 对应的频率 ωg
  • 分别代入公式求相角裕度与幅值裕度
  • 由裕度符号判断稳定性
通用考法
  • 本卷考过由幅值穿越与相角条件理解稳定性变化
  • 求系统的相角裕度与幅值裕度
  • 由裕度要求反求开环增益
  • 分析增益变化对裕度的影响
常见易错
  • 把 ωc 与 ωg 两个频率用反
  • 幅值裕度取倒数未取,导致结论反了
  • 非最小相位系统仍用同一判据
公式

7七、由幅相曲线反求三阶传函并判稳15 分#

思路
  • 由无闭环零点的三阶系统设开环为K除以s(as平方加bs加1),用幅相曲线在ω=1处的G(j1)等于负K/2解出a与b;再令K=10画对数幅频渐近线,求相角裕度或幅值裕度判断稳定性。
本卷考法
  • 第(1)问由幅相曲线特征点反求三阶开环传函
本卷实例
  • 关键一步:由起点相位含积分环节设三个典型环节相乘形式
  • 中间结果:把s=j1代入并令实部虚部满足给定关系求a与b
  • 卡点:幅相曲线读数需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 低频段斜率给出积分环节个数即系统型别
  • 低频段高度或延长线与 0 dB 交点给出开环增益
  • 每个转折频率对应一个一阶或二阶环节
  • 斜率变化 -20 对应惯性环节,+20 对应一阶微分,-40 可能是振荡环节
步骤
  • 读低频段斜率确定型别 v
  • 由低频段高度或延长线确定增益 K
  • 逐个读出转折频率并判断对应环节类型
  • 结合相频曲线与谐振峰判定二阶环节参数
  • 写出并验证传递函数
通用考法
  • 本卷考过第(1)问由幅相曲线特征点反求三阶开环传函
  • 由给定 Bode 图写出传递函数
  • 由实验频率特性辨识系统模型
  • 检验候选传递函数与曲线是否吻合
常见易错
  • 把延长线交点误当作增益值而未折算型别
  • 斜率变化为 -40 时直接写成一阶环节
公式
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 第(2)问K=10时画对数幅频并求稳定裕度
本卷实例
  • 关键一步:分段写对数幅频渐近线并求幅值穿越频率
  • 中间结果:相角裕度等于180度加相频在穿越频率的值
  • 卡点:先判断穿越频率落在哪一段渐近线上
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 相角裕度 γ 在幅值穿越频率 ωc 处定义,γ=180°+∠G(jωc)
  • 幅值裕度 Kg 在相位穿越频率 ωg 处定义,单位可为分贝
  • γ>0 且 Kg>1 时闭环稳定(最小相位系统)
  • γ 主要影响超调,ωc 主要影响响应速度
步骤
  • 由幅频特性求 |G|=1 对应的穿越频率 ωc
  • 由相频特性求 ∠G=-180° 对应的频率 ωg
  • 分别代入公式求相角裕度与幅值裕度
  • 由裕度符号判断稳定性
通用考法
  • 本卷考过第(2)问K=10时画对数幅频并求稳定裕度
  • 求系统的相角裕度与幅值裕度
  • 由裕度要求反求开环增益
  • 分析增益变化对裕度的影响
常见易错
  • 把 ωc 与 ωg 两个频率用反
  • 幅值裕度取倒数未取,导致结论反了
  • 非最小相位系统仍用同一判据
公式
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 第(2)问由稳定裕度判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:裕度为正对应稳定,为负对应不稳定
  • 中间结果:也可用幅值裕度与1的大小关系判断
  • 卡点:开环无右半平面极点时结论才直接用裕度符号
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 闭环稳定 ⇔ Z=N+P,其中 Z 为右半平面闭环极点数
  • P 为开环右半平面极点数,须先数清楚
  • N 为开环幅相曲线绕 (-1,j0) 点的净包围圈数
  • 逆时针包围为正,顺时针为负
步骤
  • 先求开环极点,数出右半平面个数 P
  • 绘制开环幅相特性曲线(或利用 Bode 图判稳)
  • 数出曲线对 (-1,j0) 点的包围圈数 N
  • 由 Z=N+P 判断闭环稳定性
通用考法
  • 本卷考过第(2)问由稳定裕度判断闭环稳定性
  • 由开环幅相曲线判断闭环稳定性
  • 求使闭环稳定的开环增益范围
  • 判断补画虚轴绕行后曲线的包围情况
常见易错
  • 开环含有积分环节时未补画无穷大半径圆弧
  • 把包围圈数的正负号定义搞反
  • 没有先数开环右半平面极点数 P
公式

8八、期望特性法串联校正15 分#

思路
  • 先由原开环对数幅频渐近线写出未校正传函,再按期望频率特性法中频段宽度与相角裕度关系确定期望开环,最后用期望开环除以原开环得串联校正装置并校验。
本卷考法
  • 用期望频率特性法设计串联校正装置
本卷实例
  • 关键一步:先由原开环渐近线写G(s),再按裕度要求设期望中频段
  • 中间结果:中频段宽度由相角裕度公式求,转折频率由几何关系定
  • 卡点:中频段取窄会导致相角裕度不足
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 期望特性法直接按指标画出希望的开环对数幅频特性
  • 用期望特性减去未校正特性得到校正装置特性
  • 关键是确定低频段高度、中频段宽度与高频段斜率
  • 中频段斜率一般取 -20 dB/dec 并保持足够宽度
步骤
  • 按稳态要求确定低频段斜率与高度
  • 按相角裕度要求确定中频段宽度与截止频率
  • 按抗噪要求确定高频段斜率
  • 相减求得校正装置并检验可实现性
通用考法
  • 本卷考过用期望频率特性法设计串联校正装置
  • 用期望特性法设计校正装置
  • 说明中频段宽度与相角裕度的关系
  • 由校正装置特性反写传递函数
常见易错
  • 期望特性的中频段取窄导致裕度不足
  • 相减后得到的特性不可物理实现却未检查
公式
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 校验校正后剪切频率与相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:校正后开环重新求剪切频率与相角裕度
  • 中间结果:校验值应满足剪切频率不变且裕度达标
  • 卡点:只设计不校验可能不满足指标
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 相角裕度 γ 在幅值穿越频率 ωc 处定义,γ=180°+∠G(jωc)
  • 幅值裕度 Kg 在相位穿越频率 ωg 处定义,单位可为分贝
  • γ>0 且 Kg>1 时闭环稳定(最小相位系统)
  • γ 主要影响超调,ωc 主要影响响应速度
步骤
  • 由幅频特性求 |G|=1 对应的穿越频率 ωc
  • 由相频特性求 ∠G=-180° 对应的频率 ωg
  • 分别代入公式求相角裕度与幅值裕度
  • 由裕度符号判断稳定性
通用考法
  • 本卷考过校验校正后剪切频率与相角裕度
  • 求系统的相角裕度与幅值裕度
  • 由裕度要求反求开环增益
  • 分析增益变化对裕度的影响
常见易错
  • 把 ωc 与 ωg 两个频率用反
  • 幅值裕度取倒数未取,导致结论反了
  • 非最小相位系统仍用同一判据
公式
本卷考法
  • 由校正装置表达式检查可实现性与型别
本卷实例
  • 关键一步:校正装置等于期望开环除以原开环
  • 中间结果:相除后得到含一阶微分与惯性环节的表达式
  • 卡点:校正装置含微分时需检查高频噪声放大
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 校正是在系统中引入附加装置以改善性能
  • 串联校正、反馈校正与复合校正是三种基本形式
  • 时域指标与频域指标存在对应关系
  • 校正通常以相角裕度、开环增益与穿越频率为目标
步骤
  • 由指标要求确定目标相角裕度与穿越频率
  • 画出未校正系统的 Bode 图
  • 比较未校正特性与目标要求的差距
  • 选择校正方式并计算校正装置参数
通用考法
  • 本卷考过由校正装置表达式检查可实现性与型别
  • 说明串联校正与反馈校正的适用场合
  • 把时域指标折算为频域指标
  • 分析未校正系统的主要缺陷
常见易错
  • 把截止频率与相位穿越频率混用
  • 只盯相角裕度而忽略带宽要求
公式

9九、复合校正前馈与串联校正设计15 分#

思路
  • 设串联校正Gcr使系统成为一型以满足阶跃跟踪零误差,再由扰动到输出的传函恒为零解出前馈补偿装置Gc,并检查闭环稳定性。
本卷考法
  • 设计前馈补偿装置Gc(s)使输出不受扰动N影响
本卷实例
  • 关键一步:令N到C的传函分子恒为零,比较各项系数求Gc
  • 中间结果:扰动不变性给出Gc为含一阶微分的负形式
  • 卡点:前馈补偿器可能不可实现,需说明近似条件
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 反馈校正可改变被包围环节的特性,抑制参数波动
  • 局部反馈能降低时间常数、提高响应速度
  • 复合控制通过前馈补偿实现给定或扰动不变性
  • 前馈不改变闭环稳定性,可与反馈叠加使用
步骤
  • 确定被包围的环节与反馈通道传递函数
  • 写出等效后的传递函数
  • 按不变性原理列写前馈补偿器条件
  • 求解补偿器并校验可实现性
通用考法
  • 本卷考过设计前馈补偿装置Gc(s)使输出不受扰动N影响
  • 设计反馈校正装置改善被包围环节
  • 求前馈补偿器实现不变性
  • 分析复合控制对稳态误差的作用
常见易错
  • 前馈补偿器求出的表达式含高阶微分,不可实现却直接采用
  • 忽略反馈校正可能引起的高频噪声放大
公式
本卷考法
  • 设计串联校正Gcr(s)使阶跃跟踪误差为零
本卷实例
  • 关键一步:跟踪阶跃无差要求系统至少为一型,取Gcr含积分环节
  • 中间结果:串联校正后开环型别提升,稳态误差为零
  • 卡点:提升型别后需重新检查闭环稳定性
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 提高开环增益可减小有差系统的误差,但会削弱稳定性
  • 增加积分环节可提高型别,代价是相位滞后与超调增大
  • 采用复合控制或前馈补偿可在不影响稳定性的前提下减小误差
  • 采用扰动补偿可提高扰动不变性
步骤
  • 判断误差来源是输入型别不足还是增益太小
  • 按需选择提高增益、增加积分或加入补偿器
  • 校验补偿后系统仍然稳定
  • 重新计算稳态误差确认达标
通用考法
  • 本卷考过设计串联校正Gcr(s)使阶跃跟踪误差为零
  • 分析提高开环增益对误差与稳定性的双重影响
  • 设计前馈补偿器实现给定信号不变性
  • 说明为何单纯提高增益不可行
常见易错
  • 只谈误差减小而不检查稳定性是否被破坏
  • 把增加积分环节的影响单一化,忽略超调
公式
本卷考法
  • 多通道复合控制系统的传函比较
本卷实例
  • 关键一步:分别写参考输入与扰动到输出的传函
  • 中间结果:前馈支路只改闭环分子,不改变特征式
  • 卡点:求扰动通道时参考输入置零
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 线性系统可用叠加原理,每次只保留一个输入
  • 求扰动的传递函数时令参考输入为零
  • 扰动误差与输入误差分别计算后再叠加
步骤
  • 令 R(s)=0,求扰动到输出的传递函数
  • 令 N(s)=0,求输入到输出的传递函数
  • 按题目要求叠加或单独分析
通用考法
  • 本卷考过多通道复合控制系统的传函比较
  • 求扰动引起的输出或误差
  • 分析满足扰动不变性的补偿条件
常见易错
  • 两个输入同时存在时直接叠加却未验证系统的线性性
  • 求扰动传函时没有把参考输入置零
公式

10十、采样系统结构求C(z)15 分#

思路
  • 按采样开关位置分别列误差点E、反馈点B与输出C的时域信号关系,对采样点序列取Z变换,消去中间变量E(z)与B(z)后求闭环输出C(z)。
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由采样系统信号流图求闭环脉冲传函
本卷实例
  • 关键一步:对采样开关两侧分别列E、B、C的时域方程再取Z变换
  • 中间结果:消去中间变量后输出等于前向通道乘闭环修正
  • 卡点:采样开关位置与星号变量不能混
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 脉冲传递函数是零初始条件下输出与输入 z 变换之比
  • 连续环节串联时若中间没有采样开关,不能直接相乘
  • 闭环脉冲传递函数的写法取决于采样开关的位置
  • G(z)=Z[G(s)] 中的保持器要一并计入
步骤
  • 确定采样开关位置并画出离散化结构图
  • 对包含保持器的连续部分整体做 z 变换
  • 按串并联或反馈等效写出脉冲传递函数
通用考法
  • 本卷考过由采样系统信号流图求闭环脉冲传函
  • 求开环或闭环脉冲传递函数
  • 比较不同采样开关位置对结果的影响
  • 由连续传递函数求脉冲传递函数
常见易错
  • 把两个无采样开关隔开的连续环节直接相乘
  • 忘记把零阶保持器计入 G(z)
公式
z 变换与 z 反变换 离散控制系统
本卷考法
  • 用Z变换解采样系统信号关系
本卷实例
  • 关键一步:把连续环节与采样点序列分别作z变换
  • 中间结果:E(z)等于R(z)减G3(z)乘C(z)
  • 卡点:两个连续环节之间无采样开关时不能简单相乘
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • z 变换是离散信号的拉氏变换,令 z=e^{Ts} 得到
  • 常用函数的 z 变换要熟记
  • z 反变换可用部分分式法、幂级数法或留数法
  • 左半 s 平面映射到 z 平面单位圆内
步骤
  • 将连续传递函数展开为部分分式
  • 逐项查表做 z 变换
  • 需要时做 z 反变换求时间序列
通用考法
  • 本卷考过用Z变换解采样系统信号关系
  • 求给定函数的 z 变换
  • 求 z 反变换得到采样序列
  • 说明 s 平面与 z 平面的映射关系
常见易错
  • 把 z 变换结果中的 e^{-aT} 写成 e^{-a}
  • 部分分式分解时漏项导致反变换出错
公式
本卷考法
  • 多回路采样系统的闭环传函化简
本卷实例
  • 关键一步:按信号流图列三条方程后消元
  • 中间结果:分母为1加回路增益加交叉项
  • 卡点:结构图需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 线性系统可用叠加原理,每次只保留一个输入
  • 求扰动的传递函数时令参考输入为零
  • 扰动误差与输入误差分别计算后再叠加
步骤
  • 令 R(s)=0,求扰动到输出的传递函数
  • 令 N(s)=0,求输入到输出的传递函数
  • 按题目要求叠加或单独分析
通用考法
  • 本卷考过多回路采样系统的闭环传函化简
  • 求扰动引起的输出或误差
  • 分析满足扰动不变性的补偿条件
常见易错
  • 两个输入同时存在时直接叠加却未验证系统的线性性
  • 求扰动传函时没有把参考输入置零
公式