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电子科技大学 839 控制原理 2021 年真题思维导图

985 院校共 10 题

难度:中等 全卷十题;覆盖结构图双输入、RLC建模、稳态误差反求参数、根轨迹、Bode反求、奈奎斯特、离散系统、描述函数、状态空间与李雅普诺夫,题面多含原卷插图

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1结构图双输入求输出#

思路
  • 结构图含参考与扰动两个输入,分别令另一输入为零,用梅森公式求两条通道的输出传函
本卷考法
  • 分别求参考输入与扰动输入作用下的输出传函
本卷实例
  • 关键一步:对R、D两通道分别置零另一输入,画信号流图标回路
  • 中间结果:两通道闭环特征式相同,分子为各自前向通路与余子式之积
  • 卡点:结构图为原卷插图,交叉支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
  • 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
  • 本卷考过分别求参考输入与扰动输入作用下的输出传函
  • 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
  • 用梅森增益公式列特征式与前向通路余子式
本卷实例
  • 关键一步:分别对R、D列前向通路并写出对应余子式
  • 中间结果:D通道有两条前向通路,其中一条经过局部反馈回路
  • 卡点:求D通道时未令R=0,或漏算局部回路的余子式
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列特征式与前向通路余子式
  • 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

2RLC电路参数与稳态误差#

思路
  • 由输出响应c(t)反求误差与闭环传函,再用KVL/KCL建电路传函,对比系数求L、C
本卷考法
  • 由给定单位阶跃响应表达式反求闭环传函与误差传函
本卷实例
  • 关键一步:由误差等于1减c(t)取拉氏变换得误差传函
  • 中间结果:误差传函分母即闭环特征多项式,由响应两个时间常数确定
  • 卡点:响应表达式两个指数项系数与闭环极点要一一对应
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
  • 本卷考过由给定单位阶跃响应表达式反求闭环传函与误差传函
  • 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
  • 由误差传函用终值定理求单位阶跃输入下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先用劳斯判据确认闭环稳定,再用终值定理求稳态误差
  • 中间结果:稳态误差等于s乘误差传函取s趋于零的极限
  • 卡点:未判稳就套用终值定理是常见错误
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
  • 本卷考过由误差传函用终值定理求单位阶跃输入下的稳态误差
  • 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
电路网络与有源网络建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 由RLC电路KVL与KCL求输入到输出的传递函数
本卷实例
  • 关键一步:列回路电压方程与电容电流关系,消去非状态量
  • 中间结果:整理成二阶传函,分母为LCs平方加RCs加1
  • 卡点:电路为原卷插图,元件连接与电压参考方向需回原卷核对图
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RLC电路KVL与KCL求输入到输出的传递函数
  • 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

3稳态误差反求参数关系#

思路
  • I型系统对阶跃无差,仅斜坡项贡献稳态误差;先劳斯判据保稳定,再联立求两时间常数关系
本卷考法
  • 由开环传函判断系统型别与静态速度误差系数
本卷实例
  • 关键一步:开环含一个积分环节定为I型,阶跃分量稳态误差为零
  • 中间结果:速度误差系数由开环增益与各时间常数乘积决定
  • 卡点:a、b两个输入分量要分别代入,不能合并幅值
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
  • 本卷考过由开环传函判断系统型别与静态速度误差系数
  • 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
  • 求复合输入下的稳态误差并令其小于给定值
本卷实例
  • 关键一步:写出稳态误差表达式,令其小于2得参数不等式
  • 中间结果:稳态误差与开环增益成反比,与时间常数乘积成正比
  • 卡点:误差要求与稳定要求是两条不等式,需取交集
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
  • 本卷考过求复合输入下的稳态误差并令其小于给定值
  • 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
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由三阶闭环特征方程列劳斯表求稳定条件
本卷实例
  • 关键一步:列劳斯表,令首列各元素同号得稳定不等式组
  • 中间结果:首列某行元素含两时间常数与开环增益的组合
  • 卡点:首列含待定参数时符号讨论易漏,需逐项检验
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
  • 本卷考过由三阶闭环特征方程列劳斯表求稳定条件
  • 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

4零度根轨迹与临界参数#

思路
  • 闭环方程可整理成开环传函等于1的零度根轨迹形式;由分离点与虚轴交点求重根与纯虚根对应参数
本卷考法
  • 绘制增益从0到正无穷的零度根轨迹概略图
本卷实例
  • 关键一步:把闭环特征方程整理成开环传函等于1的零度根轨迹形式
  • 中间结果:由开环零极点定实轴上根轨迹区间与渐近线
  • 卡点:零度根轨迹的相角条件与180度根轨迹不同,图需回原卷核对
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
  • 本卷考过绘制增益从0到正无穷的零度根轨迹概略图
  • 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
分离点与会合点 根轨迹法
本卷考法
  • 由分离点方程求系统出现重实根时的参数
本卷实例
  • 关键一步:对等效开环求导或列分离点方程,解出分离与会合点
  • 中间结果:分离点可能有两个,对应根轨迹两分支的实际交汇位置
  • 卡点:解出的分离点要代回根轨迹确认确实落在根轨迹上
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
  • 本卷考过由分离点方程求系统出现重实根时的参数
  • 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
  • 由s等于jω代入特征方程求纯虚根及临界参数
本卷实例
  • 关键一步:令特征方程实部与虚部分别为零,联立求频率与增益
  • 中间结果:临界增益由虚轴交点对应的振荡频率确定
  • 卡点:重实根与纯虚根对应两个不同参数,别混为一谈
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s等于jω代入特征方程求纯虚根及临界参数
  • 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

5Bode图反求传函与非最小相位判稳#

思路
  • 由低频斜率定型别、转折频率定各环节,再由初始相角判非最小相位;用相角裕度判稳
本卷考法
  • 由渐近对数幅频特性反求开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:由低频段斜率定型别,各转折频率处斜率变化定环节
  • 中间结果:惯性、微分与含右半平面极点的一阶环节依次串接
  • 卡点:转折频率处斜率变化要按累加量求和,曲线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
  • 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
  • 本卷考过由渐近对数幅频特性反求开环传递函数
  • 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
  • 由初始相角判断系统是否最小相位并解释原因
本卷实例
  • 关键一步:看频率趋于零时的相角与低频斜率是否匹配来判断
  • 中间结果:初始相角比最小相位情形多滞后180度说明含右半平面极点
  • 卡点:非最小相位系统仅凭幅频曲线不能唯一确定传函
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 最小相位系统:全部零点极点都在左半平面
  • 同类系统中最小相位系统的相位滞后最小
  • 非最小相位系统幅频特性相同但相位滞后更大
  • 含右半平面零点时阶跃响应出现初始反向
步骤
  • 检查零点实部符号判断是否最小相位
  • 比较同幅频特性的两类系统的相频曲线
  • 分析右半平面零点对时域响应的影响
通用考法
  • 本卷考过由初始相角判断系统是否最小相位并解释原因
  • 判断系统是否最小相位
  • 解释阶跃响应初始反向的原因
  • 说明仅由幅频曲线能否唯一确定传递函数
常见易错
  • 以为幅频特性可以唯一确定传递函数
  • 把右半平面极点与右半平面零点混为一谈
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 求幅值穿越频率并计算相角裕度判断稳定性
本卷实例
  • 关键一步:令开环幅值等于1求穿越频率,再算相角裕度
  • 中间结果:相角裕度为正时闭环稳定,接近零说明稳定余量很小
  • 卡点:幅值穿越频率与相位穿越频率不要用反
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
  • 本卷考过求幅值穿越频率并计算相角裕度判断稳定性
  • 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

6开环幅相曲线与奈奎斯特判据#

思路
  • 开环含两个积分环节,先补画无穷大圆弧,再数曲线对临界点的包围圈数判稳
本卷考法
  • 由开环传函写幅频相频表达式并绘制概略幅相曲线
本卷实例
  • 关键一步:取频率趋于零、趋于无穷与相角为负180度三点定走向
  • 中间结果:两个积分环节使低频相角从负180度出发、高频回到负360度
  • 卡点:原点处积分环节的无穷大圆弧补画方向易错,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
  • 本卷考过由开环传函写幅频相频表达式并绘制概略幅相曲线
  • 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
  • 用奈奎斯特判据判断闭环系统的稳定性
本卷实例
  • 关键一步:先数开环右半平面极点数P,再数对负一临界点的包围圈数N
  • 中间结果:由包围圈数与P算右半平面闭环极点数
  • 卡点:补画圆弧的绕行方向与包围圈数极易数错
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
  • 本卷考过用奈奎斯特判据判断闭环系统的稳定性
  • 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

7离散系统脉冲传函与稳定#

思路
  • 把零阶保持器与连续对象合并做z变换得开环脉冲传函,写闭环特征方程后由判据求稳定上限
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由含零阶保持器的采样系统求开环与闭环脉冲传函
本卷实例
  • 关键一步:对保持器与连续部分乘积作部分分式展开后查z变换表
  • 中间结果:开环脉冲传函在z等于1处有一重极点
  • 卡点:零阶保持器必须计入,采样周期要代入指数与系数
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
  • 本卷考过由含零阶保持器的采样系统求开环与闭环脉冲传函
  • 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
  • 写闭环特征方程并由稳定性判据求增益稳定范围
本卷实例
  • 关键一步:令闭环脉冲传函分母为零得特征方程,代稳定判据解不等式
  • 中间结果:二阶离散特征方程可由朱利判据给出增益上下限
  • 卡点:离散稳定判据是特征根模小于1,不是实部小于零
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
  • 本卷考过写闭环特征方程并由稳定性判据求增益稳定范围
  • 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

8描述函数法判断自振#

思路
  • 两个非线性环节先等效合并为带死区继电特性,再求线性部分与负倒描述函数曲线交点判自振
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 由两个非线性环节等效合并求负倒描述函数
本卷实例
  • 关键一步:按分段输入输出关系把两环节合并为带死区继电特性
  • 中间结果:负倒描述函数为负实轴上的一段,极值点由死区宽度决定
  • 卡点:合并后的死区宽度与继电幅值需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由两个非线性环节等效合并求负倒描述函数
  • 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
  • 由两曲线交点求自振参数并判断极限环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:令线性部分频率特性等于负倒描述函数,分离实部虚部求解
  • 中间结果:交点方程给出两个候选振幅,需按幅值增大方向取舍
  • 卡点:要按振幅增大方向判断稳定穿越,取使极限环稳定的那个根
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
  • 本卷考过由两曲线交点求自振参数并判断极限环稳定性
  • 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

9能控能观与状态反馈极点配置#

思路
  • 由A、B、C构造能控与能观判别矩阵求参数范围;再由阻尼比与自然频率定期望极点配状态反馈
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 求使系统完全能控且完全能观的参数取值范围
本卷实例
  • 关键一步:分别构造能控与能观判别矩阵,令其行列式不为零
  • 中间结果:能控矩阵不满秩对应一个参数禁区,能观矩阵对应两个
  • 卡点:能控与能观判别矩阵的构造顺序容易写反
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
  • 本卷考过求使系统完全能控且完全能观的参数取值范围
  • 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
状态反馈与极点配置 状态空间分析
本卷考法
  • 按阻尼比与自然频率求期望极点并设计反馈矩阵
本卷实例
  • 关键一步:由给定阻尼比与自然频率写期望二阶特征多项式
  • 中间结果:与加反馈后的闭环特征多项式比对同次项系数
  • 卡点:配置前要先确认能控,反馈后能观性需另行核验
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
  • 本卷考过按阻尼比与自然频率求期望极点并设计反馈矩阵
  • 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

10李雅普诺夫判渐近稳定#

思路
  • 取正定二次型李雅普诺夫函数,沿非线性状态方程求导,由导数负定条件确定参数范围
李雅普诺夫稳定性分析 状态空间分析
本卷考法
  • 取二次型李雅普诺夫函数判断平衡点渐近稳定并求参数范围
本卷实例
  • 关键一步:先求平衡点,再沿状态方程对给定二次型函数求时间导数
  • 中间结果:求导后交叉项相消,只剩含状态量与参数的负项组合
  • 卡点:导数为负半定而非负定,需结合零点集补充论证渐近稳定
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
  • 本卷考过取二次型李雅普诺夫函数判断平衡点渐近稳定并求参数范围
  • 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