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福州大学 812 自动控制理论(含现控) 2022 年真题思维导图

211 院校共 10 题

难度:中等偏难 十道大题覆盖多回路信号流图、三阶系统稳定性与动态响应、极点配置与扰动不变性、劳斯判据、参数根轨迹与降阶、频率指标反求参数、奈氏判据、由奈氏图反求参数与滞后校正、相平面法、描述函数法;无印分值,多数题需读图

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1一、多回路信号流图与梅森公式#

思路
  • 由多回路结构图先画信号流图,找出三条回路与两条前向通路再用梅森公式求传函
本卷考法
  • 由信号流图用梅森公式求闭环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:分别列出三条回路增益与各前向通路增益
  • 中间结果:两两不接触回路只取其中一组,代入特征式
  • 卡点:不接触回路的乘积项容易漏写或重复
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
  • 本卷考过由信号流图用梅森公式求闭环传递函数
  • 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
  • 含多条交错反馈回路的系统逐层化简
本卷实例
  • 关键一步:先按嵌套层次把交错回路拆开再分别化简
  • 中间结果:内层回路增益作为整体参与外层化简
  • 卡点:结构图以图给出,回路连接需回原卷核对图
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
  • 本卷考过含多条交错反馈回路的系统逐层化简
  • 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

2二、三阶系统稳定性与动态响应#

思路
  • 由结构图求开环传函列劳斯表判稳,再由闭环极点求输出响应、稳态误差与调节时间
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据求使三阶系统稳定的反馈参数范围
本卷实例
  • 关键一步:由结构图写开环传函再列闭环特征方程
  • 中间结果:劳斯表首列两式同号给出参数下界
  • 卡点:三阶系统还要检查常数项非零这个隐含条件
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
  • 本卷考过用劳斯判据求使三阶系统稳定的反馈参数范围
  • 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
高阶系统的降阶与主导极点 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由闭环极点分布用主导极点法估算调节时间
本卷实例
  • 关键一步:比较各极点距虚轴距离找出主导极点对
  • 中间结果:把闭环传函写成主导极点对与剩余极点之积
  • 卡点:相距不足五倍时忽略远极点会带来较大误差
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 离虚轴最近的极点起主导作用,其余极点对应快速衰减分量
  • 闭环零点会增大超调、缩短峰值时间
  • 极点实部相差 5 倍以上时可按主导极点降阶
步骤
  • 求出全部闭环极点并按距虚轴远近排序
  • 用主导极点对近似为二阶系统
  • 用零点修正式修正超调量与峰值时间
通用考法
  • 本卷考过由闭环极点分布用主导极点法估算调节时间
  • 把高阶系统近似为二阶系统并估算性能指标
  • 判断附加闭环零点对超调量的影响
  • 说明某极点能否忽略的理由
常见易错
  • 忽略零点对超调量的放大作用
  • 只看极点距离而不管该极点的留数大小
公式
本卷考法
  • 求单位阶跃输入下高阶系统的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先由闭环传函求稳态值再与输入幅值相减
  • 中间结果:稳态误差由终值定理求极限得到
  • 卡点:终值定理使用前必须先确认系统稳定
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 稳态误差由系统型别与输入类型共同决定
  • 0 型对阶跃有差、Ⅰ型对斜坡有差、Ⅱ型对加速度有差
  • 低型别系统对高阶输入的误差为无穷大
步骤
  • 判断系统型别并联立稳定性检查
  • 写出输入信号的拉氏变换
  • 用终值定理求 e_ss,或直接查表
  • 必要时按叠加原理分别计算各分量
通用考法
  • 本卷考过求单位阶跃输入下高阶系统的稳态误差
  • 求给定输入下的稳态误差
  • 由稳态误差要求反求开环增益
  • 比较不同型别系统的跟踪能力
常见易错
  • 未判稳就使用终值定理
  • 输入为组合信号时漏掉某一分量
  • Ⅰ型系统求阶跃误差时误代入速度误差公式
公式

3三、极点配置与扰动误差不变性#

思路
  • 由期望极点写期望特征多项式并比较系数定K、T,再分别令参考与扰动误差传函为零设计补偿环节
由性能指标要求反求参数 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由期望闭环极点反求结构图中的待定参数
本卷实例
  • 关键一步:把期望极点写成二次因式与闭环特征式比较系数
  • 中间结果:由一次项与常数项对应关系解出两个待定参数
  • 卡点:比较系数时别把回路增益写成闭环增益
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 超调量要求给出 ξ 的下界,调节时间要求给出 ξωn 的下界
  • 多个指标同时给出时需求参数可同时满足的公共区域
  • 指标之间往往相互制约,需权衡取舍
步骤
  • 把每个指标要求翻译成对 ξ 或 ωn 的不等式
  • 在参数平面上画出各不等式的可行域
  • 取交集并选取合适的参数值
  • 回代验证全部指标是否满足
通用考法
  • 本卷考过由期望闭环极点反求结构图中的待定参数
  • 由超调量和调节时间要求设计开环增益与阻尼
  • 求满足指标要求的参数取值范围
  • 判断给定指标组合是否可实现
常见易错
  • 只满足单项指标就下结论,未做交叉验证
  • 把 ξ 的可行域方向取反
公式
本卷考法
  • 求参考输入与扰动分别作用下的传递函数
本卷实例
  • 关键一步:求扰动传函时把参考输入置零
  • 中间结果:两个输入的输出可分别求出后再叠加
  • 卡点:不能默认两路输入可直接叠加而不说明线性条件
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
  • 本卷考过求参考输入与扰动分别作用下的传递函数
  • 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
本卷考法
  • 通过设计前向通道使扰动稳态误差恒为零
本卷实例
  • 关键一步:写出扰动误差传函并令其分子为零
  • 中间结果:由分子为零反解出补偿环节的传递函数
  • 卡点:求得的补偿环节要检查是否物理可实现
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 扰动误差与输入误差必须分开计算再叠加
  • 扰动误差取决于扰动作用点到误差点的传递函数
  • 增大扰动点前的增益可减小扰动误差
步骤
  • 令参考输入为零,求扰动到误差的传递函数
  • 代入扰动信号求稳态值
  • 与输入引起的误差叠加
通用考法
  • 本卷考过通过设计前向通道使扰动稳态误差恒为零
  • 求扰动引起的稳态误差
  • 比较扰动与输入对误差的不同影响
  • 分析提高前向增益的作用
常见易错
  • 把扰动误差直接当作总误差,遗漏输入分量
  • 求扰动传函时没有把参考输入置零
公式

4四、劳斯判据判非负实根#

思路
  • 由闭环特征方程列劳斯表,数首列变号次数并检查辅助方程判断非负实根
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯表判断系统是否有非负实根及个数
本卷实例
  • 关键一步:由开环传函写出闭环特征方程并补齐缺项
  • 中间结果:首列出现零时借助辅助方程求纯虚根
  • 卡点:辅助方程只能给出纯虚根,非负实根要另行判断
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
  • 本卷考过用劳斯表判断系统是否有非负实根及个数
  • 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

5五、参数根轨迹与系统降阶#

思路
  • 把含待定参数的特征方程整理成参数根轨迹形式,画根轨迹求分离点,再由指定实部闭环极点降阶
本卷考法
  • 以含参数的项为根轨迹增益绘制参数根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:把参数项完整提到分子位置写出等效开环
  • 中间结果:有效开环零点与极点决定根轨迹形状
  • 卡点:参数根轨迹仍用180度相角条件
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 可变参数不是开环增益时称为参数根轨迹
  • 方法是用等效开环传递函数把参数提到标准位置
  • 正反馈系统或零度根轨迹的相角条件是 0°+360°l
步骤
  • 把特征方程整理成 1+αG*(s)=0 的形式
  • 把 α 以外部分视为等效开环传递函数
  • 按常规根轨迹法则绘制
  • 注意相角条件是否变成 0°
通用考法
  • 本卷考过以含参数的项为根轨迹增益绘制参数根轨迹
  • 以时间常数或其他参数为变量绘制根轨迹
  • 绘制正反馈系统的零度根轨迹
  • 比较零度与 180 度根轨迹的差别
常见易错
  • 整理时没有把参数完整地提到分子位置
  • 零度根轨迹仍沿用 180° 相角条件
公式
本卷考法
  • 按绘制法则画三阶系统的参数根轨迹草图
本卷实例
  • 关键一步:先定实轴上根轨迹段与渐近线
  • 中间结果:分离点由等效开环对参数求导得到
  • 卡点:求出分离点后要筛掉不在根轨迹上的解
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
  • 本卷考过按绘制法则画三阶系统的参数根轨迹草图
  • 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
高阶系统的降阶与主导极点 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由指定实部的闭环极点对系统降阶
本卷实例
  • 关键一步:用根轨迹条件求指定实部处的复数极点
  • 中间结果:闭环传函分解后保留主导极点对实现降阶
  • 卡点:降阶前要先说明远极点可忽略的依据
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 离虚轴最近的极点起主导作用,其余极点对应快速衰减分量
  • 闭环零点会增大超调、缩短峰值时间
  • 极点实部相差 5 倍以上时可按主导极点降阶
步骤
  • 求出全部闭环极点并按距虚轴远近排序
  • 用主导极点对近似为二阶系统
  • 用零点修正式修正超调量与峰值时间
通用考法
  • 本卷考过由指定实部的闭环极点对系统降阶
  • 把高阶系统近似为二阶系统并估算性能指标
  • 判断附加闭环零点对超调量的影响
  • 说明某极点能否忽略的理由
常见易错
  • 忽略零点对超调量的放大作用
  • 只看极点距离而不管该极点的留数大小
公式

6六、频率指标反求参数与正弦稳态输出#

思路
  • 由相角裕度与截止频率条件联立求K、T,再代入频率特性求正弦输入的稳态输出
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 由相角裕度与截止频率条件反求开环参数
本卷实例
  • 关键一步:在截止频率处幅值等于一、相角裕度等于给定值
  • 中间结果:两式联立解出增益与时间常数
  • 卡点:截止频率与相角裕度要用同一频率点计算
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
  • 本卷考过由相角裕度与截止频率条件反求开环参数
  • 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
  • 求正弦输入下系统的稳态输出
本卷实例
  • 关键一步:把输入频率代入闭环传函求幅频与相频
  • 中间结果:稳态输出幅值等于输入幅值乘闭环幅频
  • 卡点:输入频率单位要与相频计算的角频率统一
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
  • 本卷考过求正弦输入下系统的稳态输出
  • 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

7七、奈氏判据确定稳定范围#

思路
  • 把闭环特征方程整理成等效开环形式,画奈奎斯特曲线并用判据求稳定的参数范围
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用奈氏判据求使闭环稳定的增益范围
本卷实例
  • 关键一步:先把特征方程化为等效开环传递函数
  • 中间结果:求曲线与负实轴交点对应的频率与幅值
  • 卡点:开环有积分环节时要补画无穷大半径圆弧
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求使闭环稳定的增益范围
  • 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

8八、由奈氏图反求参数与滞后校正#

思路
  • 由给定奈氏曲线读出幅值相角条件反求K、T,再按相角裕度要求设计串联滞后校正装置
本卷考法
  • 由奈奎斯特曲线读幅值与相角反求开环参数
本卷实例
  • 关键一步:取曲线与负实轴交点读出该频率处的幅值
  • 中间结果:令相角等于负180度并幅值等于读数建立方程
  • 卡点:曲线以图给出,交点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
  • 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
  • 本卷考过由奈奎斯特曲线读幅值与相角反求开环参数
  • 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
滞后校正 系统校正
本卷考法
  • 设计串联滞后校正提高低频增益并保持裕度
本卷实例
  • 关键一步:先按相角裕度要求确定新的截止频率
  • 中间结果:由截止频率处衰减量确定滞后网络参数
  • 卡点:滞后网络转折频率取得过高会抵消增益改善
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 滞后校正利用高频段幅值衰减提高相角裕度
  • 会使截止频率降低,响应变慢
  • 转折频率要远低于新的截止频率以免引入过多相位滞后
  • 可同时提高低频增益改善稳态精度
步骤
  • 确定满足相角裕度要求的新截止频率
  • 由未校正系统在该频率处的幅值确定衰减量
  • 由衰减量求滞后网络的参数 β
  • 取转折频率低于新截止频率一个数量级,写出传递函数
通用考法
  • 本卷考过设计串联滞后校正提高低频增益并保持裕度
  • 设计串联滞后校正装置
  • 比较超前与滞后校正的效果差异
  • 分析滞后校正对响应速度的影响
常见易错
  • 把滞后网络的两个转折频率顺序写反
  • 转折频率取得过高导致相位滞后抵消了增益改善
公式
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 校验校正后系统的相角裕度是否达标
本卷实例
  • 关键一步:在新截止频率处重新计算相角裕度
  • 中间结果:相角裕度等于180度加该频率处开环相角
  • 卡点:校正前后截止频率不同,不能沿用旧值
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系统的相角裕度是否达标
  • 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

9九、相平面法分析奇点与相轨迹#

思路
  • 按非线性环节分段列写误差的相轨迹微分方程,求奇点并判断类型后画出相轨迹
相平面法 非线性系统
本卷考法
  • 分段列写相轨迹方程并判断奇点类型
本卷实例
  • 关键一步:由结构图求误差微分方程并按非线性分段
  • 中间结果:各线性段的奇点位置与类型由特征根判断
  • 卡点:非线性特性以图给出,分段边界需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 相平面以误差及其导数为坐标,适用于一、二阶非线性系统
  • 相轨迹的斜率由系统微分方程直接给出
  • 奇点对应系统的平衡状态,奇点类型决定局部行为
  • 极限环对应相平面上的孤立闭曲线
步骤
  • 写出以误差及其导数表示的二阶微分方程
  • 由等倾线法或解析法求相轨迹斜率
  • 画出各区域相轨迹并判断奇点类型
  • 由是否存在闭曲线判断极限环与自振
通用考法
  • 本卷考过分段列写相轨迹方程并判断奇点类型
  • 画出给定初始条件下的相轨迹
  • 判断奇点类型与稳定性
  • 分析极限环的存在与形态
常见易错
  • 相轨迹斜率公式中分子分母写反
  • 把相轨迹与根轨迹混淆
公式

10十、描述函数法判断自激振荡#

思路
  • 由输出波形识别非线性特性并写出描述函数,再令负倒描述函数与线性部分频率特性比较判断自振
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 由输入输出波形识别饱和特性并写描述函数
本卷实例
  • 关键一步:由波形斜率和限幅值确定线性区增益
  • 中间结果:饱和描述函数是振幅的函数且随振幅增大而减小
  • 卡点:波形以图给出,转折点数值需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 描述函数是非线性环节在正弦输入下的等效复放大倍数
  • 描述函数是输入幅值的函数,与频率无关
  • 只适用于非线性环节输入近似为正弦、线性部分具有低通滤波特性的系统
  • 描述函数法用来判断自振的存在与参数
步骤
  • 写出非线性环节在正弦输入下的输出表达式
  • 取输出的一次谐波分量求基波幅值与相位
  • 按定义求描述函数 N(A)
  • 与线性部分特性联立判断自振
通用考法
  • 本卷考过由输入输出波形识别饱和特性并写描述函数
  • 求饱和、死区、继电特性等典型非线性的描述函数
  • 说明描述函数法的适用条件
  • 指出描述函数与频率特性的区别
常见易错
  • 把描述函数当成频率的函数
  • 忽略一次谐波近似带来的误差条件
公式
本卷考法
  • 由负倒描述函数与频率特性交点判断自激振荡
本卷实例
  • 关键一步:分别画负倒描述函数曲线与线性部分奈氏曲线
  • 中间结果:交点处由穿越方向判断是否为稳定自振
  • 卡点:从稳定区穿越到不稳定区才是稳定极限环
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 自振条件为 G(jω)N(A)=-1,即线性部分特性与负倒描述函数曲线相交
  • 交点给出自振频率 ω 与自振幅值 A
  • 负倒描述函数曲线上幅值增大的方向决定自振是否稳定
  • 交点处两条曲线的走向关系决定极限环稳定性
步骤
  • 求线性部分的频率特性 G(jω)
  • 求非线性环节的负倒描述函数 -1/N(A) 并确定 A 的增大方向
  • 在同一复平面上画两条曲线并求交点
  • 由交点处的走向判断自振是否存在且稳定,读出 ω 与 A
通用考法
  • 本卷考过由负倒描述函数与频率特性交点判断自激振荡
  • 判断系统是否产生自持振荡
  • 求自振频率与自振幅值
  • 分析参数变化对自振的影响
常见易错
  • 画的是 N(A) 而不是负倒描述函数 -1/N(A)
  • 未标注 A 的增大方向就判断稳定性
  • 把交点频率当成截止频率
公式