←择校首页控制考研真题思维导图真题思维导图

太原理工大学 830 自动控制原理(含现控) 2020 年真题思维导图

211 院校共 10 题

难度:中等 正文中文编号 一~十 共 10 题。逐题分值只印了 二 15、三 15、五(10+5=15)、八 15、九 15、十 20,一/四/六/七 两源括号内均无数字。自控部分覆盖结构图求闭环与误差传函、非零初值阶跃响应反求传函、参数根轨迹、Nyquist 判据、零阶保持器双域稳定性、相平面法;现控部分覆盖由矩阵指数反求 A、离散传函对角线标准型、李雅普诺夫判稳、能观性分解。题面含多幅插图。

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、结构图求闭环与误差传递函数#

思路
  • 按比较点与反馈通道逐层化简结构图,分别由输出节点与误差节点写闭环传函和误差传函。
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 由多回路结构图求闭环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先化简内环再用外环反馈关系
  • 中间结果:闭环分母为 1 加开环回路增益
  • 卡点:题1图为原卷插图,回路走向需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由多回路结构图求闭环传递函数
  • 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
多回路系统的逐层化简 结构图与方框图
本卷考法
  • 逐层化简含局部反馈的多回路系统
本卷实例
  • 关键一步:把比较点与引出点按移动规则重组再合并
  • 中间结果:化简后得到单一前向通道与反馈通道
  • 卡点:化简内环时把外环信号当成常数处理
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
  • 本卷考过逐层化简含局部反馈的多回路系统
  • 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
本卷考法
  • 写误差节点到输入的误差传递函数
本卷实例
  • 关键一步:从误差节点沿前向与反馈通道写 E 对 R 的关系
  • 中间结果:误差传函的分母与闭环传函相同
  • 卡点:非单位反馈时两种误差定义混用
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 误差有两种定义:输入端 E(s)=R(s)-C(s) 与 E(s)=R(s)-B(s),须看清题意
  • 误差传递函数由结构决定
  • 单位反馈时两种定义等价
步骤
  • 按题意确定误差取在输入端还是反馈端
  • 由结构图写出误差传递函数
  • 乘输入后取 s→0 的极限
通用考法
  • 本卷考过写误差节点到输入的误差传递函数
  • 写出误差传递函数
  • 说明不同误差定义对结果的影响
常见易错
  • 非单位反馈时两种误差定义混用导致结果差一个 H(s)
  • 忘记先判断系统是否稳定
公式

2二、由非零初值阶跃响应反求传递函数15 分#

思路
  • 把给定响应分解为零输入与零状态两部分,由初值定自由响应系数,再对应阶跃输入写出传递函数。
本卷考法
  • 由非零初值下的阶跃响应反求系统传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先由响应及其导数在零时刻的值定初值系数
  • 中间结果:扣除零输入分量后得到零状态阶跃响应
  • 卡点:未判断系统阶数就直接套用二阶公式
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
  • 本卷考过由非零初值下的阶跃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
本卷考法
  • 把全响应分解为零输入响应与零状态响应
本卷实例
  • 关键一步:由解的结构写出自由项与强迫项
  • 中间结果:初值条件用来确定两个待定系数
  • 卡点:只求零状态响应而漏掉初值决定的自由响应
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
  • 本卷考过把全响应分解为零输入响应与零状态响应
  • 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

3三、以时间常数为变量的参数根轨迹15 分#

思路
  • 把含 T 的特征方程整理成 1 加 T 倍等效开环等于零,按参数根轨迹法则画 T 从零到无穷的轨迹并判稳。
本卷考法
  • 以时间常数为变量绘制参数根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:把含 T 的项整体提出来构造等效开环
  • 中间结果:等效开环的极点零点由原系统系数决定
  • 卡点:整理时参数没有完整提到分子就套法则
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
  • 本卷考过以时间常数为变量绘制参数根轨迹
  • 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
  • 按实轴段与渐近线法则绘制参数根轨迹草图
本卷实例
  • 关键一步:由等效开环零极点定实轴轨迹与渐近线
  • 中间结果:轨迹随 T 增大从一个极点出发趋向零点
  • 卡点:实轴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
  • 本卷考过按实轴段与渐近线法则绘制参数根轨迹草图
  • 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
本卷考法
  • 由根轨迹与虚轴交点判断参数变化下的稳定性
本卷实例
  • 关键一步:令特征方程实部虚部同时为零求交点
  • 中间结果:交点处对应 T 的临界值划分稳定区间
  • 卡点:得到临界值后没有回原题核对参数定义
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
  • 本卷考过由根轨迹与虚轴交点判断参数变化下的稳定性
  • 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

4四、非最小相位系统的奈奎斯特判据#

思路
  • 把开环传函代 s 等于 jω 写幅相表达式,画完整幅相曲线并补画无穷大圆弧,再按包围次数判稳。
本卷考法
  • 求非最小相位系统的幅频与相频表达式
本卷实例
  • 关键一步:分子含负号项时分段讨论相角变化
  • 中间结果:幅相曲线起终点由分子分母阶数决定
  • 卡点:相角累加时漏掉右半平面零点的影响
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
  • 本卷考过求非最小相位系统的幅频与相频表达式
  • 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
  • 由幅相曲线包围原点的次数判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:先数开环右半平面极点数 P 再求包围圈数 N
  • 中间结果:闭环稳定要求 Z 等于 P 减 2N 为零
  • 卡点:把包围圈数的正负号定义搞反
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
  • 本卷考过由幅相曲线包围原点的次数判断闭环稳定性
  • 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

5五、零阶保持器离散系统的双域稳定性分析15 分#

思路
  • 先由连续部分与零阶保持器求脉冲传函,在 z 平面用模小于 1、在 w 平面用劳斯判据分析稳定性并求 K 范围。
本卷考法
  • 由连续传函与零阶保持器求脉冲传递函数
本卷实例
  • 关键一步:把零阶保持器与连续部分合并后作 z 变换
  • 中间结果:脉冲传函分母含 z 减 1 与 z 减指数项
  • 卡点:忽略零阶保持器带来的相位滞后
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 采样把连续信号变成脉冲序列,采样周期 T 是关键参数
  • 采样定理要求采样频率不低于信号最高频率的两倍
  • 采样频率不足会产生频率混叠
  • 零阶保持器把离散信号恢复为连续信号,并引入半个采样周期的延迟
步骤
  • 确定信号最高频率或系统带宽
  • 按采样定理确定采样频率与采样周期上限
  • 必要时加入前置滤波器抑制混叠
通用考法
  • 本卷考过由连续传函与零阶保持器求脉冲传递函数
  • 由信号最高频率确定采样周期
  • 判断给定采样频率是否满足采样定理
  • 说明零阶保持器的频率特性
常见易错
  • 把采样定理写成采样周期不大于信号周期即可
  • 忽略零阶保持器带来的相位滞后
公式
离散系统稳定性分析 离散控制系统
本卷考法
  • 分别在 z 域与 w 域判断离散系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:z 域看特征根是否在单位圆内,w 域作双线性变换后列劳斯表
  • 中间结果:两种判据应给出同一稳定 K 范围
  • 卡点:w 变换公式记错导致映射关系颠倒
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
  • 本卷考过分别在 z 域与 w 域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
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由闭环脉冲传函写特征方程
本卷实例
  • 关键一步:令 1 加开环脉冲传函等于零整理特征方程
  • 中间结果:特征方程为 z 的二次或三次多项式
  • 卡点:把两个无采样开关隔开的环节直接相乘
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
  • 本卷考过由闭环脉冲传函写特征方程
  • 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

6六、相平面法分析非线性系统#

思路
  • 以误差及其导数为相变量列相轨迹微分方程,分段积分得轨迹表达式,再由相图读超调量、峰值时间与稳态误差。
相平面法 非线性系统
本卷考法
  • 以误差及其导数为相变量绘制相轨迹
本卷实例
  • 关键一步:由系统方程消去时间得到相轨迹斜率方程
  • 中间结果:分段积分的分界线由非线性环节切换点确定
  • 卡点:相轨迹斜率公式中分子分母写反
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
  • 本卷考过以误差及其导数为相变量绘制相轨迹
  • 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
本卷考法
  • 分析继电或饱和非线性对相轨迹的影响
本卷实例
  • 关键一步:按非线性环节的分段特性分别列写方程
  • 中间结果:相轨迹由不同区域的抛物线段拼接而成
  • 卡点:题6图为原卷插图,非线性环节参数需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 饱和特性降低等效增益,可能引起系统不稳定或自振
  • 死区特性使小信号时增益为零,产生稳态误差
  • 间隙特性引起相位滞后,导致波形畸变与自振
  • 继电特性使系统出现持续振荡并可能产生颤振
步骤
  • 识别非线性环节类型
  • 写出其描述函数或分段数学表达式
  • 分析其对等效增益与稳定性的影响
通用考法
  • 本卷考过分析继电或饱和非线性对相轨迹的影响
  • 分析饱和或死区对系统性能的影响
  • 求典型非线性的描述函数表达式
  • 说明间隙为何容易引起自振
常见易错
  • 认为饱和总是使系统更稳定
  • 忽略死区在原点附近造成的小信号失效
公式
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由相轨迹上的极值点确定超调量与峰值时间
本卷实例
  • 关键一步:峰值点对应相轨迹与横轴的交点
  • 中间结果:稳态误差由轨迹最终收敛位置读出
  • 卡点:把相轨迹与时间响应曲线的横轴混淆
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
  • 本卷考过由相轨迹上的极值点确定超调量与峰值时间
  • 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

7七、由矩阵指数反求系统矩阵与阶跃响应#

思路
  • 对已知矩阵指数求导取 t 为零得系统矩阵 A,再由状态转移矩阵与输入矩阵按卷积求单位阶跃下的状态响应。
状态空间表达式的建立 状态空间分析
本卷考法
  • 由已知矩阵指数反求系统矩阵 A
本卷实例
  • 关键一步:对矩阵指数逐元素求导并令 t 等于零
  • 中间结果:求导后得到二阶系统矩阵 A
  • 卡点:把矩阵指数误当作系统矩阵本身
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
  • 本卷考过由已知矩阵指数反求系统矩阵 A
  • 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
状态转移矩阵 状态空间分析
本卷考法
  • 由状态转移矩阵求给定初值和输入下的响应
本卷实例
  • 关键一步:用状态转移矩阵与输入卷积积分写全响应
  • 中间结果:零输入项与零状态项分别为矩阵指数乘初值和卷积
  • 卡点:卷积积分中变量代换写错
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求给定初值和输入下的响应
  • 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

8八、离散脉冲传函的对角线标准型与状态转移矩阵15 分#

思路
  • 对脉冲传函做部分分式展开,按极点写对角线标准型状态空间表达式,再由对角阵求状态转移矩阵。
本卷考法
  • 由脉冲传递函数写对角线标准型状态空间表达式
本卷实例
  • 关键一步:对传函作部分分式后以各极点输出为状态变量
  • 中间结果:系统矩阵为对角阵,元素为两个极点
  • 卡点:真分式化分时直接传递项处理错误
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 同一传递函数可对应无穷多个状态空间实现
  • 常用能控标准型、能观标准型与对角标准型
  • 能控标准型的 A 阵为友矩阵形式
  • 最小实现要求系统既能控又能观
步骤
  • 把传递函数化为真分式,分离直接项 D
  • 按标准型规则写出 A、B、C、D
  • 必要时用线性变换换成其他标准型
通用考法
  • 本卷考过由脉冲传递函数写对角线标准型状态空间表达式
  • 由传递函数写出能控标准型
  • 由传递函数写出能观标准型
  • 判断给定的实现是否为最小实现
常见易错
  • 真分式化分时直接项 D 处理错误
  • 友矩阵中系数符号写反
公式
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由离散脉冲传函确定闭环系统的状态实现
本卷实例
  • 关键一步:把 z 传函与离散状态方程的标准形式对应
  • 中间结果:分子系数决定输出矩阵与直接传递项
  • 卡点:把脉冲传函当作连续传函处理
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
  • 本卷考过由离散脉冲传函确定闭环系统的状态实现
  • 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
状态转移矩阵 状态空间分析
本卷考法
  • 由对角线标准型求状态转移矩阵
本卷实例
  • 关键一步:对角阵的矩阵指数等于各对角元素分别取幂
  • 中间结果:离散状态转移矩阵为极点的 k 次幂对角阵
  • 卡点:把连续矩阵指数公式直接套到离散的 k 次幂上
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
  • 本卷考过由对角线标准型求状态转移矩阵
  • 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

9九、李雅普诺夫第二法判断线性系统稳定性15 分#

思路
  • 取二次型李雅普诺夫函数,由李雅普诺夫方程解出对称矩阵 P,判定 P 正定即系统渐近稳定。
李雅普诺夫稳定性分析 状态空间分析
本卷考法
  • 用李雅普诺夫方程判断线性系统渐近稳定性
本卷实例
  • 关键一步:令 A 转置 P 加 PA 等于负单位阵解出 P 的各元素
  • 中间结果:P 的主子式全大于零则系统渐近稳定
  • 卡点:李雅普诺夫方程中 P 与 Q 的角色混用
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 第一法通过线性化系统的特征值判断原系统的局部稳定性
  • 第二法用李雅普诺夫函数直接判断稳定性,无需解方程
  • 李雅普诺夫函数正定且其导数为负定则渐近稳定
  • 线性定常系统中李雅普诺夫方程有正定解等价于系统稳定
步骤
  • 选取或构造李雅普诺夫函数
  • 沿系统轨迹求其对时间的导数
  • 判断函数与导数的正负定性
  • 据此得出稳定性结论
通用考法
  • 本卷考过用李雅普诺夫方程判断线性系统渐近稳定性
  • 用李雅普诺夫方程判断系统稳定性
  • 构造李雅普诺夫函数证明渐近稳定
  • 分析非线性系统的稳定性范围
常见易错
  • 李雅普诺夫方程中 P、Q 的角色混用
  • 只判断 V 正定就下结论而未检查导数
公式

10十、状态完全能观性判断与能观性分解20 分#

思路
  • 构造能观性判别矩阵求秩,不完全能观时选可逆变换阵把系统化为能观部分与不能观部分分离的形式。
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 判断状态完全能观并作能观性分解
本卷实例
  • 关键一步:由 C、CA、CA 平方堆叠求秩并找出独立行
  • 中间结果:变换后前两个状态构成能观子系统
  • 卡点:变换阵取法导致不能观部分没有完全分离
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
  • 本卷考过判断状态完全能观并作能观性分解
  • 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