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南京航空航天大学 820 控制原理 2020 年真题思维导图

211 院校共 10 题

难度:中等偏难 十道大题依次考结构图求闭环传函、由ωn与ξ反求参数并算动态指标、根轨迹与已知闭环极点求ess和σ%、劳斯判据全零行求全部特征根、由幅相曲线设计校正、含开环RHP极点的奈氏判据、由程序框图求脉冲传函判稳、滞环非线性周期运动、桥式电路建模与能控性、内模控制器与极点配置

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一结构图求闭环传函#

思路
  • 由结构图逐步化简或画信号流图用梅森公式求闭环传函C(s)/R(s)
本卷考法
  • 由结构图或信号流图用梅森公式求闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:数清单独回路与两两互不接触回路
  • 中间结果:特征式Δ由回路增益及其互不接触乘积组成
  • 卡点:结构以图给出,回路拓扑需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由结构图或信号流图用梅森公式求闭环传函
  • 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
多回路系统的逐层化简 结构图与方框图
本卷考法
  • 按串联、并联与反馈逐层化简多回路结构图
本卷实例
  • 关键一步:从最内环开始化简再逐层向外
  • 中间结果:内环化简结果作为外环的一个环节
  • 卡点:化简内环时勿把外环信号当常数
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
  • 本卷考过按串联、并联与反馈逐层化简多回路结构图
  • 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

二由性能指标反求参数#

思路
  • 由飞机自动控制结构图写闭环传函,令ωn=6、ξ=1反求k与kt,再按临界阻尼计算调节时间与超调量
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ωn与ξ要求反求结构参数k与kt
本卷实例
  • 关键一步:把闭环特征式化为标准二阶形式后比较系数
  • 中间结果:k与kt分别由ωn和阻尼项确定
  • 卡点:只满足单项指标就下结论,需交叉验证
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ωn与ξ要求反求结构参数k与kt
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 按ζ=1计算单位阶跃响应的调节时间与超调量
本卷实例
  • 关键一步:临界阻尼无超调,调节时间由闭环实极点决定
  • 中间结果:σ%为零,ts按5%误差带估算
  • 卡点:ζ=1时峰值时间公式不适用
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
  • 本卷考过按ζ=1计算单位阶跃响应的调节时间与超调量
  • 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

三根轨迹与闭环极点估算#

思路
  • 由Ⅰ型系统条件与开环极点作根轨迹,再将s=-5代入特征式求其余极点,用主导极点估算单位阶跃的ess与σ%
本卷考法
  • 由开环极点按法则绘制根轨迹并求关键参数
本卷实例
  • 关键一步:先定实轴段、渐近线与分离点
  • 中间结果:分离点由dK/ds=0求得
  • 卡点:实轴段判据与渐近线夹角公式勿写错
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
  • 本卷考过由开环极点按法则绘制根轨迹并求关键参数
  • 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
  • 由已知闭环极点求其余极点并判断主导极点
本卷实例
  • 关键一步:把已知极点代入特征式解出其余极点
  • 中间结果:其余极点距虚轴远,可作主导极点近似
  • 卡点:估算指标时勿忽略闭环零点作用
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
  • 本卷考过由已知闭环极点求其余极点并判断主导极点
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 用主导极点按二阶公式估算超调量
本卷实例
  • 关键一步:由主导极点对位置读ζ与ωn
  • 中间结果:σ%由主导极点阻尼比估算
  • 卡点:主导极点近似需实部相差足够大
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
  • 本卷考过用主导极点按二阶公式估算超调量
  • 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

四劳斯判据求特征根#

思路
  • 对给定四次特征方程列劳斯表判断稳定性,出现全零行时用辅助方程求根,进而解出全部特征根
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据判断稳定性并处理全零行
本卷实例
  • 关键一步:全零行用上一行系数构造辅助方程求导继续
  • 中间结果:辅助方程的根给出一对对称特征根
  • 卡点:全零行不能直接判临界,需由辅助方程定根
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判断稳定性并处理全零行
  • 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

五由幅相曲线设计校正#

思路
  • 由典型环节幅相曲线拼出开环传函,按稳态误差与相角裕度要求设计Gc,再在保持截止频率下追加串联校正降低斜坡误差
本卷考法
  • 由多个典型环节的幅相曲线反求开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:按各环节幅相特征与相角之和定型别与增益
  • 中间结果:开环传函由典型环节相乘组成
  • 卡点:半圆幅相曲线对应一阶环节,勿误判为振荡环节
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
  • 本卷考过由多个典型环节的幅相曲线反求开环传递函数
  • 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
本卷考法
  • 把稳态误差与相角裕度要求折算为校正设计指标
本卷实例
  • 关键一步:先由无差要求定系统型别,再按裕度选校正方式
  • 中间结果:校正装置须兼顾低频精度与中频裕度
  • 卡点:截止频率与相角裕度两个指标要同时满足
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
  • 本卷考过把稳态误差与相角裕度要求折算为校正设计指标
  • 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
  • 设计串联校正使斜坡稳态误差降低到给定比例
本卷实例
  • 关键一步:在保持ωc不变的前提下提高低频增益
  • 中间结果:斜坡误差与开环增益成反比
  • 卡点:提高增益会压缩相角裕度,须校核γ降幅
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使斜坡稳态误差降低到给定比例
  • 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

六幅相特性与奈氏判据#

思路
  • 由开环传函画幅相特性概略图,注意开环含一个右半平面极点,再用奈氏判据由P、N确定闭环稳定性
本卷考法
  • 求开环幅相特性概略图并分析起点与终点
本卷实例
  • 关键一步:由低频段型别定起点、由相对阶定终点相角
  • 中间结果:曲线在实轴上的穿越点由虚部为零求得
  • 卡点:分母含负常数项,开环存在RHP极点
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
  • 本卷考过求开环幅相特性概略图并分析起点与终点
  • 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
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用奈氏判据判断含开环RHP极点系统的闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:先数P=1,再由曲线对-1点的包围数求Z
  • 中间结果:按Z=P-2N计算,Z为零时闭环稳定
  • 卡点:P不为零时判据不能简化为不包围
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判断含开环RHP极点系统的闭环稳定性
  • 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

七程序框图脉冲传函判稳#

思路
  • 由给定Matlab程序对应结构图求开环与闭环脉冲传函,再由闭环特征根模长判断系统稳定性
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由结构框图与给定环节求闭环脉冲传函
本卷实例
  • 关键一步:把串联环节与采样开关按z域结构化简
  • 中间结果:闭环脉冲传函为z的有理分式
  • 卡点:采样开关位置不同结果不同
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
  • 本卷考过由结构框图与给定环节求闭环脉冲传函
  • 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
离散系统稳定性分析 离散控制系统
本卷考法
  • 由闭环脉冲传函判断离散系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:解特征方程求z根并比较其模与1
  • 中间结果:稳定判据是所有特征根都在单位圆内
  • 卡点:z域稳定条件是模小于1而非实部小于零
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
  • 本卷考过由闭环脉冲传函判断离散系统稳定性
  • 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

八滞环非线性周期运动#

思路
  • 由滞环继电特性的描述函数画负倒描述函数曲线,与线性部分幅相曲线求交点确定周期运动,再写出输出表达式
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 写出滞环继电特性的描述函数
本卷实例
  • 关键一步:按描述函数定义取非线性输出的基波分量
  • 中间结果:滞环特性的N(A)为含实部与虚部的复函数
  • 卡点:滞环的虚部使其随A的移动方向与纯继电不同
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
  • 本卷考过写出滞环继电特性的描述函数
  • 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
  • 由负倒描述函数与线性部分交点分析周期运动
本卷实例
  • 关键一步:联立G(jω)=-1/N(A)解出A与ω
  • 中间结果:交点给出周期运动的振幅与频率
  • 卡点:需按A增大方向判断交点稳定性
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线性部分交点分析周期运动
  • 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

九电路建模与能控性#

思路
  • 由桥式电路选iL与uC为状态列写状态方程与输出方程,构造能控性判别矩阵判能控,再说明非奇异变换不改变能控性
状态空间表达式的建立 状态空间分析
本卷考法
  • 由电路列写状态空间表达式并分析能控性
本卷实例
  • 关键一步:用KCL与KVL消去非状态变量后整理成矩阵形式
  • 中间结果:A、B、C矩阵由电路元件参数构成
  • 卡点:状态变量个数要与储能元件个数匹配
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态方程为一阶微分方程组,输出方程是状态与输入的代数关系
  • 状态变量的个数等于系统阶数,选取不唯一
  • 状态空间描述可同时刻画内部状态与外部输出
  • 可处理多输入多输出系统
步骤
  • 确定系统阶数并选取状态变量
  • 列写各状态变量的一阶微分方程
  • 写成矩阵形式 x'=Ax+Bu 与 y=Cx+Du
通用考法
  • 本卷考过由电路列写状态空间表达式并分析能控性
  • 由物理系统列写状态空间表达式
  • 判断状态变量选取是否合理
  • 写出系统的 A、B、C、D 矩阵
常见易错
  • 状态变量个数与系统阶数不匹配
  • 输出方程中漏掉直接传递项 D
公式
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前后能控性不变
本卷实例
  • 关键一步:对判别矩阵作非奇异变换并说明秩不变
  • 中间结果:变换后能控性判别矩阵与原矩阵等价
  • 卡点:变换矩阵必须非奇异,秩才保持不变
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前后能控性不变
  • 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

十内模控制与极点配置#

思路
  • 由被控对象状态空间与内模原理构造含积分环节的增广系统,再按期望极点配置状态反馈增益并写出控制律
状态空间表达式的建立 状态空间分析
本卷考法
  • 由被控对象与内模控制器列写增广状态空间表达式
本卷实例
  • 关键一步:把参考输入的积分环节作为新增状态
  • 中间结果:增广系统状态维数比原系统多一维
  • 卡点:内模状态方程需与对象输入关系正确互联
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态方程为一阶微分方程组,输出方程是状态与输入的代数关系
  • 状态变量的个数等于系统阶数,选取不唯一
  • 状态空间描述可同时刻画内部状态与外部输出
  • 可处理多输入多输出系统
步骤
  • 确定系统阶数并选取状态变量
  • 列写各状态变量的一阶微分方程
  • 写成矩阵形式 x'=Ax+Bu 与 y=Cx+Du
通用考法
  • 本卷考过由被控对象与内模控制器列写增广状态空间表达式
  • 由物理系统列写状态空间表达式
  • 判断状态变量选取是否合理
  • 写出系统的 A、B、C、D 矩阵
常见易错
  • 状态变量个数与系统阶数不匹配
  • 输出方程中漏掉直接传递项 D
公式
状态反馈与极点配置 状态空间分析
本卷考法
  • 按期望极点配置状态反馈增益K并写出控制律u(t)
本卷实例
  • 关键一步:比较增广系统闭环特征式与期望特征式
  • 中间结果:K由三次特征式系数匹配求出
  • 卡点:配置前须确认增广系统能控
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态反馈 u=-Kx+v 可任意配置闭环极点,前提是系统完全能控
  • 状态反馈不改变系统的零点
  • 极点配置通过比较期望与实际的闭环特征多项式求解 K
  • 状态反馈可能改变能观性
步骤
  • 先验证系统能控
  • 写出希望配置的极点并求期望特征多项式
  • 求闭环系统特征多项式 det(sI-A+BK)
  • 比较系数解出反馈增益阵 K
通用考法
  • 本卷考过按期望极点配置状态反馈增益K并写出控制律u(t)
  • 设计状态反馈使闭环极点位于指定位置
  • 判断给定极点是否可通过状态反馈配置
  • 分析状态反馈对系统性能的影响
常见易错
  • 未验证能控性就直接做极点配置
  • 特征多项式比较系数时符号写反
公式