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电子科技大学 839 控制原理 2025 年真题思维导图

985 院校共 10 题

难度:中等偏难 电路与框图建模开场,中段集中考根轨迹与频域,尾部两道状态空间题;正反馈根轨迹是冷门考点

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1电路与框图建模#

思路
  • 电路用复阻抗分压,框图用串并反馈化简;两个系统分别独立算,别互相串味
本卷考法
  • 给定 R、C 参数求电路传递函数
本卷实例
  • 关键一步:对运放节点用虚短、虚断列 KCL,不要直接做并联等效
  • 中间结果:两对 RC 支路结构相同,闭环比值化为常数
  • 卡点:元件编号在 OCR 中可能互换,需回原卷核对图 1
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
  • 本卷考过给定 R、C 参数求电路传递函数
  • 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
  • 本卷考过电容复阻抗误写成 Cs
  • 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
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 由框图求闭环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:由结构图标出三个独立回路,再用梅森公式写前向通路与余子式
  • 中间结果:特征式含三回路,且无互不接触项
  • 卡点:第二条前向通路的余子式等于 Δ,容易漏写
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
  • 本卷考过由框图求闭环传递函数
  • 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

2由响应曲线求参数与调节时间#

思路
  • 稳态值定 h,超调量定 ξ,峰值时间定 ωn;调节时间注意题目给的是 ±2% 误差带
本卷考法
  • 由阶跃响应曲线求 a、k、h
本卷实例
  • 关键一步:稳态值定 h,超调量定 ξ,峰值时间定 ωn,三者联立
  • 中间结果:Φ(0)=1/h,超调量与 ξ 一一对应
  • 卡点:峰值 4.32、稳态 3、tp=6.49 s 的读数需回原卷核对
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
  • 本卷考过由阶跃响应曲线求 a、k、h
  • 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
  • 本卷考过未判断阶数就套二阶公式
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • Δ=±2% 时求调节时间
本卷实例
  • 关键一步:调节时间按 ±2% 误差带取 4.4/(ξωn)
  • 中间结果:ξ、ωn 已由第 1 问定出,直接代入
  • 卡点:不要用 5% 误差带的 3/ξωn 或 3.5 系数
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Δ=±2% 时求调节时间
  • 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
  • 本卷考过用 5% 误差带的系数 3.5
  • 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

3劳斯判据与参数稳定域#

思路
  • s⁴+2s³+s²+2s+K=0 列劳斯表,注意第三行首列可能为零,需要特殊处理
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 讨论 K 对系统稳定性的影响
本卷实例
  • 关键一步:列劳斯表,第二行与第一行成比例使 s² 行首列为零,改用 ε 法
  • 中间结果:s¹ 行与 s⁰ 行的符号共同决定稳定性
  • 卡点:K 为零与 K 大于零要分情况讨论,不能只写一个区间
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
  • 本卷考过讨论 K 对系统稳定性的影响
  • 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
  • 本卷考过首列出现 0 时未用 ε 法
  • 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
  • 求使系统稳定的 K 范围
本卷实例
  • 关键一步:由劳斯表首列同号得到 K 的不等式组
  • 中间结果:K 小于零与 K 大于零时首列变号次数不同
  • 卡点:本题 K 可取负值,稳定域可能为空或只含临界点
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
  • 本卷考过求使系统稳定的 K 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

4正反馈根轨迹#

思路
  • 单位正反馈对应零度根轨迹,相角条件变成 0°+360°l;「无衰减振荡」即闭环极点为实数
本卷考法
  • k<0 时绘制正反馈(零度)根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:单位正反馈对应零度根轨迹,相角条件改为 0°+360°l
  • 中间结果:k 从 0 到负无穷变化,根轨迹方向与常规相反
  • 卡点:零度根轨迹的渐近线夹角与 180° 情形不同
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k<0 时绘制正反馈(零度)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
  • 本卷考过零度根轨迹仍沿用 180° 相角条件
  • 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
  • 按绘制法则画根轨迹草图
本卷实例
  • 关键一步:起点为三个开环极点,终点为一个零点加两个无穷远零点
  • 中间结果:实轴根轨迹段由该段右侧零极点个数为偶数判定
  • 卡点:重极点 −1 的分离与汇合要单独处理,配图需回原卷核对
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
  • 本卷考过按绘制法则画根轨迹草图
  • 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
  • 本卷考过实轴段判据中的零极点个数算错
  • 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
  • 求系统稳定时 k 的范围
本卷实例
  • 关键一步:临界稳定对应劳斯表首列出现零或出现全零行
  • 中间结果:本题 k 小于零时首列不变号,故无虚轴交点
  • 卡点:稳定区间的表述在源文中有歧义,需回原卷核对
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
  • 本卷考过求系统稳定时 k 的范围
  • 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
  • 本卷考过只代一个 ω 漏掉另一组交点
  • 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
  • 求无衰减振荡(极点全为实数)对应的 k
本卷实例
  • 关键一步:无衰减振荡等价于闭环极点全为实数,对应实轴根轨迹段或重根点
  • 中间结果:三重根点由幅值条件定出对应参数
  • 卡点:源文给出两种口径,无衰减振荡的定义需回原卷核对
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
  • 本卷考过求无衰减振荡(极点全为实数)对应的 k
  • 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

5频域反求传函与相角裕度#

思路
  • 低频段斜率定型别、高度定增益,转折频率逐个对应环节;相角裕度只看符号不要求算具体值
本卷考法
  • 由开环渐近对数幅频特性求传递函数
本卷实例
  • 关键一步:低频段 0 dB/dec 说明无积分环节,转折频率 1 处修正量定 ζ
  • 中间结果:设 G=k/((s²/ωn²+2ξs/ωn+1)(s/10+1)),由低频高度定 k
  • 卡点:转折频率处修正值与 ζ 的换算需回原卷核对图 6
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
  • 本卷考过由开环渐近对数幅频特性求传递函数
  • 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
  • 本卷考过延长线交点没折算型别就当增益
  • 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
  • 粗略估算剪切频率 ωc
  • 用相角裕度判断稳定性
本卷实例
  • 关键一步:在 1 与 10 之间用 |G| 约等于 k/ω² 等于 1 估截止频率
  • 中间结果:ωc 落在两个转折频率之间,可用抓大放小
  • 卡点:相角裕度只判符号,但相角公式在 ω=1 处要接上
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
  • 本卷考过粗略估算剪切频率 ωc
  • 本卷考过用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奈氏图与极坐标图#

思路
  • 把 G(s) 的奈氏图补齐成完整极坐标图(含镜像与无穷大圆弧),再数包围 (-1,j0) 的圈数
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由部分奈氏图补全极坐标图并判断稳定性
本卷实例
  • 关键一步:叠加积分环节后相角整体滞后 180°,幅值乘 k/ω²
  • 中间结果:G′ 的起点为无穷大、相角 −180°,终点为零、相角 −180°
  • 卡点:开环含积分环节要补无穷大半径圆弧后才能数包围圈
  • 卡点: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
  • 本卷考过由部分奈氏图补全极坐标图并判断稳定性
  • 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
  • 本卷考过开环含积分环节时未补画无穷大半径圆弧
  • 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非线性系统描述函数#

思路
  • X(A)=4b/(πA) 是理想继电特性描述函数,负倒特性是负实轴;与 G(jω) 相交即自振条件
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 写出负倒描述函数
本卷实例
  • 关键一步:由 N(A)=4b/(πA) 直接取负倒数得 −1/N(A)=−πA/(4b)
  • 中间结果:A 从 0 增大时负倒特性沿负实轴走向负无穷
  • 卡点:N(A) 与频率无关,负倒曲线是直线而不是频率曲线
  • 卡点: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
  • 本卷考过写出负倒描述函数
  • 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
  • 分析系统稳定性并求自振点
本卷实例
  • 关键一步:比较 G(jω) 的相角变化范围与负倒曲线所在的负实轴
  • 中间结果:G(jω) 相角未到 −180°,与负实轴无交点
  • 卡点:没有交点只说明不存在自振,结论限于描述函数法的正弦近似
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
  • 本卷考过分析系统稳定性并求自振点
  • 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
  • 本卷考过把描述函数当成频率的函数
  • 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

8离散系统稳定性#

思路
  • 先按采样开关位置写 C(z)/R(z);判稳求特征根是否都在单位圆内,题目给了 e⁻¹≈0.368 备用
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 求 C(z)(结果含 R(z))
本卷实例
  • 关键一步:按采样开关位置写各点信号关系,先求 C*(s) 再取 z 变换
  • 中间结果:闭环脉冲传函为 G1(z)G2(z)/(1+G1(z)G2(z)G3(z))
  • 卡点:G1 为常数 2,G2 含零阶保持器,不能与连续环节直接相乘
  • 卡点: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
  • 本卷考过求 C(z)(结果含 R(z))
  • 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
  • 本卷考过两个无采样开关隔开的连续环节直接相乘
  • 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
  • T=1 时判断系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:把特征方程写成 z 的多项式,再用朱利判据或求根判稳
  • 中间结果:代入 e^{−1} 约 0.368 后特征式化为三次多项式
  • 卡点:朱利表中 Δ 的符号与边界要逐项核对,容易漏条件
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T=1 时判断系统稳定性
  • 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

9能控性与状态矩阵#

思路
  • 先写 A、B、C 矩阵再算能控判别阵的秩,和阶数 n 比较
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 判断系统能控性
本卷实例
  • 关键一步:先写 A、B、C 矩阵,再构造 [B AB] 并求秩
  • 中间结果:AB 与 B 成比例,能控阵秩为 1
  • 卡点:结构图未随文解析,需回原卷核对求和点与反馈支路
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
  • 本卷考过判断系统能控性
  • 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
  • 本卷考过只算到 A^{n-2}B 就下结论
  • 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
状态空间表达式的建立 状态空间分析
本卷考法
  • 由结构图写出状态矩阵
本卷实例
  • 关键一步:把每个状态导数方程写成矩阵形式,输出方程单列
  • 中间结果:A 的行来自各求和点,B 为输入到各状态的系数
  • 卡点:原图 OCR 难以辨认,A、B 的符号需回原卷核对
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
  • 本卷考过由结构图写出状态矩阵
  • 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

10状态反馈综合#

思路
  • 既要稳态误差为零(引入积分或按终值定理约束),又要超调 ≤2.84%(由 σ% 反求 ξ≈0.6),两个条件联立定 K
状态反馈与极点配置 状态空间分析
本卷考法
  • 设计状态反馈 K 同时满足稳态误差与超调要求
本卷实例
  • 关键一步:先验证能控性,再令闭环特征多项式等于期望二阶多项式
  • 中间结果:期望特征式为 s²+2√2 s+2
  • 卡点:稳态误差为零要求 ωn² 等于原传函直流增益,需与超调条件联立
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
  • 本卷考过设计状态反馈 K 同时满足稳态误差与超调要求
  • 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
  • 本卷考过未先验证能控性就做极点配置
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由 σp≤2.84% 反求 ξ
本卷实例
  • 关键一步:由超调量不超过 2.84% 反算阻尼比 ξ 的下界
  • 中间结果:超调量只由 ξ 决定,与 ωn 无关
  • 卡点:公式中的百分比要先化成小数再取对数
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 σp≤2.84% 反求 ξ
  • 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
  • 本卷考过超调量公式中漏乘 100%
  • 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
本卷考法
  • 用终值定理约束 e=v-y=0
本卷实例
  • 关键一步:用终值定理令 e(∞)=v−y=0,反推 ωn² 需等于原传函直流增益
  • 中间结果:状态反馈不改变传函分子,只改变分母
  • 卡点:先确认闭环稳定,终值定理才有意义
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
  • 本卷考过用终值定理约束 e=v-y=0
  • 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
  • 本卷考过未判稳就用终值定理
  • 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