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海南大学 899 自动控制原理 2024 年真题思维导图

211 院校共 7 题

难度:中等 正文印一~六共 6 个大题,其中「二、计算分析题」下含 2 道各自成题的独立题,故出 7 个板块;全卷未印任何分值。覆盖填空、梅森公式、二阶系统指标反求、劳斯与加速度误差、根轨迹、奈氏判据与稳定裕度、线性变换与能控性证明、状态转移矩阵

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一一、填空题(五小问)#

思路
  • 五个小空依次考单位速度下的稳态误差、由脉冲响应反求传函、校正装置类型、对数幅频中频段的物理意义与传递函数成立的前提
本卷考法
  • 求单位速度信号作用下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先由闭环特征方程判稳,再由静态速度误差系数求稳态误差
  • 中间结果:开环有一个积分环节,属 I 型系统,速度误差系数等于开环增益
  • 卡点:未判稳就直接套用误差公式
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
  • 本卷考过求单位速度信号作用下的稳态误差
  • 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
本卷考法
  • 由单位脉冲响应反求系统传递函数
本卷实例
  • 关键一步:单位脉冲响应的拉氏变换即闭环传递函数,再按单位负反馈关系反求开环传函
  • 中间结果:脉冲响应的各指数项对应拉氏变换的部分分式,通分后合并
  • 卡点:把脉冲响应直接当开环传函,漏掉由闭环反求开环这一步
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
  • 本卷考过由单位脉冲响应反求系统传递函数
  • 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
滞后校正 系统校正
本卷考法
  • 由传递函数形式判断串联校正装置的类型
本卷实例
  • 关键一步:比较分子分母的转折频率,由相频特性恒为负判断为滞后特性
  • 中间结果:分子转折频率高于分母转折频率,故相角整体滞后
  • 卡点:把时间常数比大于一判成超前校正
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
  • 本卷考过由传递函数形式判断串联校正装置的类型
  • 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
本卷考法
  • 借位挂三频段概念:说明对数幅频中频段对应的性能
本卷实例
  • 关键一步:按低频段管稳态、中频段管动态、高频段管抗干扰的三频段结论作答
  • 中间结果:中频段的斜率与宽度决定动态性能与稳定裕度
  • 卡点:把中频段的结论错挂到低频段上
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
  • 本卷考过借位挂三频段概念:说明对数幅频中频段对应的性能
  • 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
本卷考法
  • 填空说明传递函数成立的前提条件
本卷实例
  • 关键一步:由定义明确传递函数只对线性定常系统且零初始条件下成立
  • 中间结果:取输出与输入拉氏变换之比,初始条件须全部为零
  • 卡点:只答线性系统,漏掉定常与零初始条件
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 定义:零初始条件下,输出与输入的拉氏变换之比 G(s)=C(s)/R(s)
  • 只由系统结构与参数决定,与输入形式无关
  • 分母为特征多项式,其根是极点;分子的根是零点
  • 工程可实现系统必为真分式(分子阶数 ≤ 分母阶数)
步骤
  • 对微分方程两边取拉氏变换,初始条件全部置零
  • 把输出项移到左边、输入项移到右边
  • 整理成 C(s)/R(s) 的降幂形式
通用考法
  • 本卷考过填空说明传递函数成立的前提条件
  • 由微分方程直接写出传递函数
  • 指出系统的阶数、极点个数与零点个数
  • 判断给定分式能否作为实际系统的传递函数
常见易错
  • 忽略“零初始条件”这一前提,把初始值带进变换结果
  • 分子分母系数按升幂抄写导致顺序颠倒
公式

二1二1、梅森公式求传函#

思路
  • 由结构图改画信号流图,数清全部独立回路与前向通路,按梅森增益公式求闭环传递函数
本卷考法
  • 用梅森增益公式求多回路系统的闭环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先由系统结构图改画信号流图,再标出全部独立回路与前向通路
  • 中间结果:特征式按单回路与两两不接触回路逐层累加,各前向通路另求其余子式
  • 卡点:余子式中未剔除与前向通路接触的回路
  • 卡点:结构图以图给出,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
  • 本卷考过用梅森增益公式求多回路系统的闭环传递函数
  • 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

二2二2、二阶系统参数与动态指标#

思路
  • 由含参数的闭环传函化为标准二阶形式,按给定阻尼比与自然频率反求增益与反馈系数,再逐项算动态指标
二阶系统标准形式与阻尼比 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由给定阻尼比与自然频率反求开环增益与反馈系数
本卷实例
  • 关键一步:把闭环特征式与标准二阶形式逐项对应,列出两个方程联立
  • 中间结果:自然频率的平方等于开环增益,一次项系数由反馈系数决定
  • 卡点:未先把特征式化为首一标准形式就直接对系数
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 标准形式由自然频率 ωn 与阻尼比 ξ 两个参数确定
  • ξ>1 过阻尼、ξ=1 临界阻尼、0<ξ<1 欠阻尼、ξ=0 无阻尼
  • 闭环极点位置只由 ξωn 与 ωn√(1-ξ²) 决定
  • β=arccos ξ 是极点与负实轴的夹角
步骤
  • 把闭环传递函数化成标准二阶形式
  • 比对系数求出 ωn 与 ξ
  • 写出闭环极点表达式
  • 按 ξ 的取值判断响应类型
通用考法
  • 本卷考过由给定阻尼比与自然频率反求开环增益与反馈系数
  • 由闭环传递函数求 ωn 与 ξ
  • 判断响应是过阻尼还是欠阻尼
  • 在 s 平面上标出闭环极点的位置
常见易错
  • 化为标准形式时忘记把 s² 项系数归一化
  • 把开环增益误当成闭环传递函数的系数
公式
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由阻尼比与自然频率求上升时间、峰值时间、超调量与调节时间
本卷实例
  • 关键一步:上升时间与峰值时间由阻尼角和自然频率决定,超调量只由阻尼比决定
  • 中间结果:调节时间按百分之五与百分之二两种误差带分别取不同系数
  • 卡点:两种误差带的调节时间系数混用,或把上升时间与峰值时间公式用反
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 超调量只由 ξ 决定,与 ωn 无关
  • 峰值时间、上升时间、调节时间都与 ωn 成反比
  • 调节时间与 ξωn 的乘积成反比,ξωn 是衰减因子
  • 振荡次数与 ξ 直接相关
步骤
  • 由标准形式读出 ξ 与 ωn
  • 用超调量公式先求 ξ
  • 依次代入峰值时间、调节时间、上升时间公式
  • 必要时计算振荡次数
通用考法
  • 本卷考过由阻尼比与自然频率求上升时间、峰值时间、超调量与调节时间
  • 给定 ξ 与 ωn 求全部动态性能指标
  • 由超调量要求确定 ξ 的取值范围
  • 分析 ωn 变化时各指标如何变化
常见易错
  • 把两种误差带的调节时间系数搞混
  • 峰值时间与上升时间混用
  • 超调量公式中漏乘 100%
公式

三三、稳定条件与加速度稳态误差#

思路
  • 由闭环三次特征式列劳斯表求稳定条件,再由静态加速度误差系数求加速度输入下的稳态误差
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 求使三阶系统稳定的参数条件
本卷实例
  • 关键一步:列劳斯表,令首列全部为正,得到参数之间的不等式
  • 中间结果:稳定条件化为时间常数之间的大小关系
  • 卡点:首列出现参数为零的边界时未单独讨论
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
  • 本卷考过求使三阶系统稳定的参数条件
  • 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
本卷考法
  • 判断系统型别并由开环传函写静态加速度误差系数
本卷实例
  • 关键一步:先数开环积分环节个数定型别,再取复变量平方乘开环传函的极限
  • 中间结果:开环分母有两个积分环节,系统为 II 型
  • 卡点:把开环增益与静态加速度误差系数混为一谈
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 型别 v 由开环传递函数中积分环节的个数决定
  • 0 型有位置误差、Ⅰ型有速度误差、Ⅱ型有加速度误差
  • 静态误差系数只与开环传递函数有关
步骤
  • 把开环传递函数写成分式,数出 s 的幂次即型别
  • 按型别选择对应的静态误差系数公式
  • 代入求值
通用考法
  • 本卷考过判断系统型别并由开环传函写静态加速度误差系数
  • 判断系统型别
  • 求静态位置、速度、加速度误差系数
  • 分析增加积分环节对精度的影响
常见易错
  • 把开环增益与静态误差系数混为一谈
  • 数错积分环节个数导致型别判错
公式
本卷考法
  • 求加速度输入作用下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先判稳,再把输入整理成标准加速度信号的形式
  • 中间结果:稳态误差由加速度项幅值除以加速度误差系数得到
  • 卡点:未判稳就套终值定理
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
  • 本卷考过求加速度输入作用下的稳态误差
  • 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

四四、根轨迹绘制与极点反求#

思路
  • 按绘制法则画根轨迹并求分离点、渐近线与虚轴交点,再由已知一个闭环极点用幅值条件反求增益与其余极点
本卷考法
  • 按绘制法则画三阶系统根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:先把开环传函写成首一因式,标出全部开环零极点与实轴根轨迹段
  • 中间结果:渐近线交于极点实部之和减零点实部,夹角由极零点数之差决定
  • 卡点:实轴根轨迹段判据中的零极点个数算错
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
  • 本卷考过按绘制法则画三阶系统根轨迹
  • 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
  • 求根轨迹的分离点并筛选合理解
本卷实例
  • 关键一步:由闭环特征方程解出增益关于复变量的表达式,再令其导数为零
  • 中间结果:分离点方程为一个三次方程,根需按实轴段判据筛选
  • 卡点:求出根后不筛选,保留了不在根轨迹上的解
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
  • 本卷考过求根轨迹的分离点并筛选合理解
  • 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
  • 判断根轨迹与虚轴的交点及临界增益
本卷实例
  • 关键一步:令复变量等于纯虚数代入特征方程,实部与虚部分别为零
  • 中间结果:劳斯表首列恒为正,说明根轨迹与虚轴无交点
  • 卡点:只看劳斯表的部分行就下结论
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
  • 本卷考过判断根轨迹与虚轴的交点及临界增益
  • 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
本卷考法
  • 由幅值条件求已知闭环极点对应的增益
本卷实例
  • 关键一步:把已知闭环极点代入幅值条件,使开环传函的模等于一
  • 中间结果:另两个极点由特征多项式长除后解二次方程得到
  • 卡点:只用幅值条件求出增益却不求其余极点,漏答一半
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 根轨迹是开环某一参数由 0 变到无穷时闭环极点在 s 平面上的移动轨迹
  • 同时满足相角条件与幅值条件的 s 才是根轨迹上的点
  • 相角条件决定根轨迹的形状,幅值条件决定对应的参数值
  • 常规根轨迹以开环增益 K 为可变参数
步骤
  • 写出以 K 为参变量的闭环特征方程
  • 整理成 1+KG₀(s)=0 的标准形式
  • 用相角条件判断某点是否在根轨迹上
通用考法
  • 本卷考过由幅值条件求已知闭环极点对应的增益
  • 判断给定点是否在根轨迹上
  • 由幅值条件求该点对应的 K
  • 说明相角条件与幅值条件各自的作用
常见易错
  • 把相角条件的 180° 写成 0°(正反馈时才用 0°)
  • 用幅值条件判点,搞混两个条件的用途
公式

五五、奈氏图与稳定K范围#

思路
  • 由幅相特性求与负实轴的交点,据此划出稳定、临界与不稳定三种增益范围,再代入给定参数求截止频率与相角裕度
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由奈氏曲线与负实轴的交点判断稳定、临界与不稳定的增益范围
本卷实例
  • 关键一步:先数开环右半平面极点数,再由曲线包围临界点的情况写判据
  • 中间结果:交点在负实轴上的位置与负一的关系决定三种增益边界
  • 卡点:开环含积分环节时未补画无穷大半径圆弧
  • 卡点:幅相曲线以图给出,需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由奈氏曲线与负实轴的交点判断稳定、临界与不稳定的增益范围
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 求相角交越频率与相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:先由相角等于负一百八十度求相角交越频率,再算截止频率处的相角裕度
  • 中间结果:相角裕度等于截止频率处相角加一百八十度
  • 卡点:截止频率与相角交越频率用反
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
  • 本卷考过求相角交越频率与相角裕度
  • 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
  • 由渐近幅频特性估算截止频率
本卷实例
  • 关键一步:按转折频率把幅频特性分段近似,令各段幅值等于一求交点
  • 中间结果:截止频率落在中频段,由该段斜率对应的近似式确定
  • 卡点:分段近似时把相邻转折频率的区间取错
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 熟记 lg2≈0.3、lg5≈0.7、20lg2≈6dB
  • 从低频段开始逐段按各环节转折频率改变斜率
  • 低频段斜率由系统型别决定,高度由开环增益决定
  • 每经过一个转折频率斜率就叠加该环节的斜率变化
步骤
  • 把开环传递函数写成典型环节的标准乘积
  • 确定系统型别与开环增益,画出最低频段渐近线
  • 按转折频率从小到大逐段改斜率
  • 逐点叠加得到幅频与相频曲线
通用考法
  • 本卷考过由渐近幅频特性估算截止频率
  • 绘制开环对数渐近幅频特性
  • 计算指定频率处的幅值与相角
  • 由低频段斜率与高度判断型别与增益
常见易错
  • 逐段改斜率时忘记累加而非替换
  • 低频段起始高度没有乘上型别的 -20v dB/dec
公式

六六、线性变换与能控性证明#

思路
  • 由非奇异变换把状态方程化为新坐标形式,比较变换前后能控性矩阵的秩;再用状态转移矩阵的卷积积分证明零初值阶跃响应
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 证明非奇异线性变换不改变系统的能控性
本卷实例
  • 关键一步:把变换后的能控性矩阵整理成变换矩阵的逆与原能控性矩阵的乘积
  • 中间结果:两个能控性矩阵只差一个可逆因子,故秩相等
  • 卡点:变换矩阵与其逆的左右位置写反
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 能控性指能否用输入在有限时间内把任意初始状态驱动到原点
  • 能观性指能否由输出在有限时间内确定初始状态
  • 用能控性矩阵与能观性矩阵的秩判断
  • 能控性与能观性经非奇异线性变换保持不变
步骤
  • 构造能控性矩阵并求秩
  • 构造能观性矩阵并求秩
  • 与系统阶数 n 比较得出结论
  • 不可控或不可观时进一步做结构分解
通用考法
  • 本卷考过证明非奇异线性变换不改变系统的能控性
  • 判断系统的能控性与能观性
  • 求使系统能观的参数取值
  • 对不可控系统进行结构分解
常见易错
  • 只算到 A^{n-2}B 就下结论
  • 把能控性判据与能观性判据的矩阵构造搞混
公式
状态转移矩阵 状态空间分析
本卷考法
  • 由状态转移矩阵证明零初值单位阶跃响应的表达式
本卷实例
  • 关键一步:由状态方程解出含卷积积分的响应,再代入零初值与单位阶跃
  • 中间结果:把含矩阵指数的积分凑成状态转移矩阵减单位阵再乘逆矩阵的形式
  • 卡点:该式要求系统矩阵可逆,证明前须核对这一前提
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态转移矩阵 e^{At} 描述零输入下状态随时间的演化
  • 可从 (sI-A)^{-1} 求拉氏反变换得到
  • 满足 e^{A\cdot0}=I 且可逆
  • 含输入时用卷积积分写出全响应
步骤
  • 计算 (sI-A)^{-1}
  • 求拉氏反变换得到 e^{At}
  • 代入全响应公式求状态与输出
  • 用初值条件校验结果
通用考法
  • 本卷考过由状态转移矩阵证明零初值单位阶跃响应的表达式
  • 求状态转移矩阵
  • 求给定初始条件下的状态与输出响应
  • 用性质验证转移矩阵是否正确
常见易错
  • 矩阵求逆时忘记检查行列式是否为零
  • 卷积积分中变量代换写错
公式