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河海大学 827 自动控制理论(含现控) 2023 年真题思维导图

211 院校共 9 题

难度:中等 全卷九道大题,含运放有源网络、双输入叠加、斜坡误差与不变性、增益与微分环节根轨迹、Bode图反求传函、由特征方程反求开环传函、离散系统、相平面与描述函数法;结构多以插图给出,两源均未印每题分值。

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1一、理想运放有源网络求传递函数#

思路
  • 对理想运放电路用虚短虚断列电流关系,把各支路写成复阻抗,整理出输入输出传递函数。
本卷考法
  • 用复阻抗法求理想运放有源网络的传递函数
本卷实例
  • 关键一步:按虚短虚断列节点电流关系,再用复阻抗表示各元件
  • 关键一步:把输入输出关系整理成两个一阶环节相乘再除以一个积分因子
  • 中间结果:整理结果含两个时间常数与一个纯积分环节
  • 卡点:运放电路以图给出,反馈支路接法需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 电路用复阻抗法:电阻 R、电感 Ls、电容 1/(Cs)
  • 机械平移系统三种元件:质量 m、阻尼 f、弹簧 k
  • 先列物理定律方程,再消去中间变量
  • 列方程的依据:KCL/KVL 或牛顿第二定律
步骤
  • 画出复阻抗等效电路或受力分析图
  • 按 KVL/KCL 或牛顿第二定律列出微分方程组
  • 消去中间变量,得到只含输入输出的方程
  • 取拉氏变换并整理成 C(s)/R(s)
通用考法
  • 本卷考过用复阻抗法求理想运放有源网络的传递函数
  • 给定 RLC 网络求 U_o(s)/U_i(s)
  • 弹簧-质量-阻尼系统求位移对力的传递函数
  • 含运算放大器的有源网络求传递函数
常见易错
  • 复阻抗法把电容阻抗误写成 Cs
  • 机械系统阻尼力与弹簧力的正负方向取反
  • 运放电路忘记使用虚短与虚断条件
公式
电路网络与有源网络建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 由有源网络电路列写输出与输入的传递关系
本卷实例
  • 关键一步:把反馈支路阻抗与输入支路阻抗分别写成复阻抗
  • 关键一步:按运放两端虚短列方程消去中间节点电压
  • 中间结果:输入输出关系由两条支路阻抗之比决定
  • 卡点:多级放大要注意级间是否引入反馈,不能直接相乘
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 无源网络用复阻抗分压或节点法
  • 含运放的网络使用虚短与虚断两个条件
  • 有源滤波器与 RC 网络是常见载体
步骤
  • 画出复阻抗等效电路
  • 用分压公式或节点电流方程列写关系
  • 整理为输出与输入的比值
通用考法
  • 本卷考过由有源网络电路列写输出与输入的传递关系
  • RC 网络或有源滤波器求传递函数
  • 求运算电路的输出表达式
常见易错
  • 含运放时忽略虚短虚断导致方程数不足
  • 把反相输入的负号漏掉
公式

2二、双输入作用下用梅森公式求输出#

思路
  • 分别对参考输入与扰动用梅森公式求两条传函,再按线性系统叠加原理合成总输出。
本卷考法
  • 用梅森公式分别求参考输入与扰动到输出的传函
本卷实例
  • 关键一步:对参考输入和扰动分别找前向通路与全部回路
  • 关键一步:分别写出两条前向通路的余子式与公共特征式
  • 中间结果:两条前向通路的余子式由与之不接触的回路构成
  • 卡点:结构图以图给出,通路接触关系需回原卷核对图
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
  • 本卷考过用梅森公式分别求参考输入与扰动到输出的传函
  • 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
本卷考法
  • 用叠加原理写出双输入共同作用下的系统输出
本卷实例
  • 关键一步:分别令另一输入为零,各求一个传递函数
  • 关键一步:把两个输入各自作用的结果相加得到总输出
  • 中间结果:总输出等于两个输入各自传函作用结果之和
  • 卡点:求扰动传函时要把参考输入置零,不能漏项
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
  • 本卷考过用叠加原理写出双输入共同作用下的系统输出
  • 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

3三、斜坡输入与干扰下稳态误差及不变性#

思路
  • 写误差传函求斜坡输入下的稳态误差,再由总误差为零的条件解出补偿参数之间的关系。
本卷考法
  • 求斜坡参考输入下单闭环系统的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:判稳后写出误差传函,用终值定理求斜坡输入下的误差
  • 关键一步:把输入幅值代入误差表达式整理成增益的函数
  • 中间结果:斜坡误差与开环系统在原点处极点的重数有关
  • 卡点:误差为组合信号时要按分量分别计算再相加
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
  • 本卷考过求斜坡参考输入下单闭环系统的稳态误差
  • 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
本卷考法
  • 求斜坡扰动单独作用下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:把参考输入置零,求扰动到误差的传递函数
  • 关键一步:按扰动作用点前向通路与回路的增益化简传函
  • 中间结果:扰动误差与扰动作用点前向通路的增益有关
  • 卡点:结构图以图给出,扰动接入点需回原卷核对图
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
  • 本卷考过求斜坡扰动单独作用下的稳态误差
  • 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
本卷考法
  • 由误差等于零的条件求补偿参数应满足的关系
本卷实例
  • 关键一步:让总误差表达式的分子为零,解出两个参数的关系
  • 关键一步:回到系统特征方程检查该参数下闭环是否稳定
  • 中间结果:补偿参数取特定关系时斜坡误差被完全补偿
  • 卡点:零误差是理想条件,实际还要检查系统是否稳定
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
  • 本卷考过由误差等于零的条件求补偿参数应满足的关系
  • 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

4四、增益与微分环节变化下的根轨迹与性能#

思路
  • 按绘制法则画根轨迹求渐近线与分离点,加入微分环节后重新绘制,并对比说明对性能的影响。
本卷考法
  • 按绘制法则画三阶系统根轨迹并求渐近线与分离点
本卷实例
  • 关键一步:标出零极点,判断实轴根轨迹段与渐近线夹角
  • 关键一步:由分离点方程求解并筛选落在根轨迹上的解
  • 中间结果:三条分支按渐近线夹角六十度等分圆周方向延伸
  • 卡点:分离点方程可能有多个根,要按实轴区段筛选
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并求渐近线与分离点
  • 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
本卷考法
  • 由根轨迹与虚轴交点和分离点求增益取值范围
本卷实例
  • 关键一步:令特征方程中 s 等于 jω 解出临界频率与临界增益
  • 关键一步:由分离点处的增益与虚轴交点处的增益夹出所需范围
  • 中间结果:衰减振荡对应轨迹离开实轴之后且尚未穿越虚轴
  • 卡点:参数范围要同时满足衰减振荡与稳定两个条件
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
  • 本卷考过由根轨迹与虚轴交点和分离点求增益取值范围
  • 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
  • 分析串联微分环节对根轨迹形状与系统性能的影响
本卷实例
  • 关键一步:对比加零点前后渐近线交点与分离点的移动方向
  • 关键一步:由轨迹左移或弯曲判断对稳定性与快速性的作用
  • 中间结果:附加零点使轨迹向左弯,有利于稳定与提高响应速度
  • 卡点:附加零点的影响与附加极点方向相反,不要记混
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 增加开环零点使根轨迹左移,改善稳定性
  • 增加开环极点使根轨迹右移,恶化稳定性
  • 附加零点会改变分离点位置与渐近线走向
  • 增加极点还可能是系统结构不稳定
步骤
  • 对比增加前后零极点分布
  • 重新判断实轴段与渐近线
  • 分析根轨迹整体移动方向
  • 据此说明对稳定性和动态性能的影响
通用考法
  • 本卷考过分析串联微分环节对根轨迹形状与系统性能的影响
  • 说明附加零点对根轨迹形状的影响
  • 判断增加极点后系统是否仍稳定
  • 分析为何某系统需要引入零点
常见易错
  • 只讨论渐近线是否左移右移,忽略分离点变化
  • 把附加零点的影响与附加极点的影响搞反

5五、由Bode图求传函、相角裕度与斜坡误差#

思路
  • 由Bode图低频段与转折频率反求传函,再算截止频率处的相角裕度与斜坡输入下的稳态误差。
本卷考法
  • 由Bode图读出转折频率与截止频率反求开环传函
本卷实例
  • 关键一步:按低频段斜率定系统型别,按低频段高度定开环增益
  • 关键一步:按各转折频率处的斜率变化量确定环节类型与时间常数
  • 中间结果:传函由一个积分、一个微分和两个惯性环节串联组成
  • 卡点:Bode图以插图给出,转折频率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
  • 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Bode图读出转折频率与截止频率反求开环传函
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 由截止频率处的相角求系统的相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:先由幅值条件定截止频率,再代入相频表达式
  • 关键一步:按相角裕度等于一百八十度加相角算出结果
  • 中间结果:相角裕度由截止频率处各环节相角的代数和决定
  • 卡点:截止频率与相位穿越频率要分清,别用反
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
  • 本卷考过由截止频率处的相角求系统的相角裕度
  • 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
  • 求斜坡输入下系统的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:判稳后求静态速度误差系数,再取输入幅值与之比
  • 关键一步:把开环传函去掉积分环节后的直流增益代入
  • 中间结果:速度误差系数等于开环传函去掉积分环节后的直流增益
  • 卡点:求误差前先确认系统闭环稳定
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
  • 本卷考过求斜坡输入下系统的稳态误差
  • 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

6六、由特征方程求开环传函与两类稳定域#

思路
  • 由特征方程与I型无零点条件反求开环传函,用劳斯判据求稳定域,再平移坐标求极点左移范围。
本卷考法
  • 由I型系统与无开环零点条件反求开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:把闭环特征方程与含一个积分环节的开环形式对照系数
  • 关键一步:由常数项与二次项系数写出开环分母的多项式
  • 中间结果:开环分母由特征方程去掉常数项后除以 s 得到
  • 卡点:I型系统有一个积分环节,型别判断错误会导致传函形式错
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
  • 本卷考过由I型系统与无开环零点条件反求开环传递函数
  • 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
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据求闭环稳定的增益范围
本卷实例
  • 关键一步:列劳斯表并令首列各元素为正
  • 关键一步:由首列含增益元素为零的临界条件定出增益上界
  • 中间结果:增益上界由劳斯表首列元素为零的临界条件给出
  • 卡点:特征方程缺项时按零补齐再计算劳斯表
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
  • 本卷考过用劳斯判据求闭环稳定的增益范围
  • 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
  • 求使全部闭环极点位于 s 等于负一左侧的增益范围
本卷实例
  • 关键一步:令 s 等于新变量减一,把稳定边界平移到坐标原点
  • 关键一步:对平移后的新特征方程再用劳斯判据求增益范围
  • 中间结果:平移后得到的新特征方程常数项含增益的线性项
  • 卡点:平移方向弄反会把左半平面条件写成右半平面
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
  • 本卷考过求使全部闭环极点位于 s 等于负一左侧的增益范围
  • 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

7七、离散系统脉冲传函、稳定范围与终值#

思路
  • 按框图求闭环脉冲传函,由特征根位置求稳定的增益范围,再用终值定理求阶跃输出的稳态值。
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 按离散系统框图求闭环脉冲传递函数
本卷实例
  • 关键一步:对零阶保持器与连续部分一起做 z 变换
  • 关键一步:按回路结构写出分子分母都含增益的闭环传函
  • 中间结果:闭环脉冲传函分母为回路脉冲传函加一
  • 卡点:框图以图给出,采样开关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
  • 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
  • 本卷考过按离散系统框图求闭环脉冲传递函数
  • 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
离散系统稳定性分析 离散控制系统
本卷考法
  • 由闭环特征根在 z 平面单位圆内求增益范围
本卷实例
  • 关键一步:解出闭环特征根并令其模小于一
  • 关键一步:由两个不等式夹出稳定的增益取值范围
  • 中间结果:一阶离散系统的稳定条件由特征根的绝对值给出
  • 卡点:采样周期已知时要先代入再化简特征方程
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 闭环脉冲传函的极点全部位于 z 平面单位圆内则稳定
  • 可直接求解特征根,也可用朱里判据或 w 变换后套劳斯判据
  • w 变换把单位圆内映射到左半平面
  • 采样周期增大会使稳定性变差
步骤
  • 写出闭环脉冲传递函数的特征方程
  • 选择方法:求根、朱里判据或 w 变换后用劳斯判据
  • 对含参数的系统求使稳定成立的参数范围
  • 必要时分析采样周期对稳定域的影响
通用考法
  • 本卷考过由闭环特征根在 z 平面单位圆内求增益范围
  • 判断离散系统是否稳定
  • 求使系统稳定的采样周期或增益范围
  • 用 w 变换后套用劳斯判据
常见易错
  • 把稳定条件写成实部小于零而不是模小于 1
  • w 变换公式记错导致映射关系颠倒
公式
离散系统的稳态误差 离散控制系统
本卷考法
  • 求单位阶跃下离散系统输出的稳态值
本卷实例
  • 关键一步:判稳后用 z 域终值定理求输出的极限
  • 关键一步:把闭环脉冲传函在 z 等于一处的取值代入
  • 中间结果:终值由闭环脉冲传函在 z 等于一处的值决定
  • 卡点:终值定理要求系统稳定,否则极限不存在
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 误差由输入类型与开环脉冲传函中 z=1 处极点的个数决定
  • 型别由 G(z)H(z) 中 z=1 处极点的重数确定
  • 用终值定理求稳态误差,前提是系统稳定
  • 采样周期也影响稳态误差大小
步骤
  • 求误差脉冲传递函数
  • 数出 z=1 处极点重数确定型别
  • 查表或用终值定理求稳态误差
  • 分析采样周期变化对误差的影响
通用考法
  • 本卷考过求单位阶跃下离散系统输出的稳态值
  • 求离散系统在典型输入下的稳态误差
  • 由稳态误差要求反求开环增益
  • 分析采样周期对稳态精度的影响
常见易错
  • 直接用 s 域静态误差系数公式处理离散系统
  • 未判稳就用终值定理
公式

8八、两类微分方程的奇点类型与相轨迹#

思路
  • 令速度与加速度为零求奇点,在奇点处线性化,由特征根判断类型并画出对应的相轨迹草图。
相平面法 非线性系统
本卷考法
  • 求两类微分方程的奇点及类型并画相轨迹
本卷实例
  • 关键一步:令速度与加速度为零求奇点,再在奇点处线性化
  • 关键一步:由线性化特征根判中心点、不稳定焦点或鞍点
  • 中间结果:虚轴上的共轭纯虚根对应中心点,异号实根对应鞍点
  • 卡点:源文第二问方程文字残缺,须据同年宝典补出
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
  • 本卷考过求两类微分方程的奇点及类型并画相轨迹
  • 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

9九、描述函数法求等效传函与自振参数#

思路
  • 由自振时振幅与频率满足的等式求出等效线性传函与非线性参数,再画两轨迹草图。
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 由给定描述函数求负倒描述函数并画曲线
本卷实例
  • 关键一步:对描述函数取负倒数并分析随振幅的走向
  • 关键一步:由振幅范围确定负倒轨迹的起点与终点
  • 中间结果:负倒描述函数是一条随振幅变化的负实轴轨迹
  • 卡点:非线性结构以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由给定描述函数求负倒描述函数并画曲线
  • 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
  • 由自振条件求等效线性传函与非线性参数
本卷实例
  • 关键一步:把自振频率与振幅代入描述函数与频率特性等式
  • 关键一步:联立实部虚部方程解出等效传函与非线性参数
  • 中间结果:两轨迹的交点同时给出自振频率与参数关系
  • 卡点:画两轨迹草图时要标出振幅增大方向以判稳定
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
  • 本卷考过由自振条件求等效线性传函与非线性参数
  • 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