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中国科学技术大学 845 控制原理 2019 年真题思维导图

985 院校共 7 题

难度:中等偏难 7 题;含扰动多回路误差传递函数、参数根轨迹圆轨迹与阶跃指标、由 Bode 图反求传函、奈氏判据与参数影响及超前校正、子系统最小实现与闭环能控性、能观性分块证明、状态空间综合六小问

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一一、含扰动多回路系统的误差传递函数#

思路
  • 对给定与扰动分别置零,用梅森公式求各自的误差传递函数后叠加成总误差表达式
本卷考法
  • 用梅森公式写出多回路系统的特征式
本卷实例
  • 关键一步:先列出全部单回路
  • 关键一步:再找两两不接触的回路组合
  • 中间结果:特征式含不接触回路的乘积项
  • 卡点:回路增益的正负由反馈极性决定
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写出多回路系统的特征式
  • 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
  • 本卷考过两两不接触回路漏加或乘积符号写错
  • 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
  • 分别求给定与扰动作用下的误差分量
本卷实例
  • 关键一步:两个输入分别置零找各自前向通路
  • 关键一步:再把两个误差分量相加
  • 中间结果:两分量分母同为系统特征式
  • 卡点:扰动支路只含扰动点之后的环节
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
  • 本卷考过分别求给定与扰动作用下的误差分量
  • 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
  • 本卷考过求扰动传函时没有把参考输入置零
  • 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

二二、参数根轨迹、圆轨迹与阶跃性能#

思路
  • 把特征方程整理成以开环极点位置为参数的根轨迹,求分离点与出射角;由运动模态定阻尼比再算指标
本卷考法
  • 以开环极点位置为参数画闭环根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:把特征方程整理成 1 加 p 乘等效开环为零
  • 关键一步:再按等效开环的极零点画轨迹
  • 中间结果:等效开环的极点为一对共轭复根
  • 卡点:分离点由等效开环的微分方程求
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
  • 本卷考过以开环极点位置为参数画闭环根轨迹
  • 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
  • 本卷考过整理时没有把参数完整地提到分子位置
  • 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
出射角与入射角 根轨迹法
本卷考法
  • 求复数开环极点的出射角
本卷实例
  • 关键一步:按相角条件代入其余零点极点的方向角
  • 关键一步:再把结果归到主值区间
  • 中间结果:出射角决定轨迹离开复极点的走向
  • 卡点:象限判断错会整体差 180 度
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 出射角是根轨迹离开开环极点的方向
  • 入射角是根轨迹进入开环零点的方向
  • 计算时需代入相角条件并逐项累加各零极点贡献的相角
  • 共轭复数极点的出射角互为相反数
步骤
  • 取待求极点(或零点)为参考点
  • 写出相角条件并代入该点
  • 把其余零极点的相角移到等式右边累加
  • 求反正切得到出射角或入射角
通用考法
  • 本卷考过求复数开环极点的出射角
  • 求复数极点的出射角
  • 根据出射角画出根轨迹起始方向
  • 由入射角确定根轨迹终止方向
常见易错
  • 本卷考过累加相角时把该极点自身的相角也算进去
  • 累加相角时把该极点自身的相角也算进去
  • 忘记判断象限导致角度差 180°
公式
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由运动模态的频率与衰减确定阻尼比后算指标
本卷实例
  • 关键一步:由共轭极点的实部虚部读出衰减系数与阻尼振动频率
  • 关键一步:对着标准二阶式求阻尼比与自然频率
  • 中间结果:超调量只由阻尼比决定
  • 卡点:峰值时间与调节时间都用阻尼振动频率
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
  • 本卷考过由运动模态的频率与衰减确定阻尼比后算指标
  • 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
  • 本卷考过把两种误差带下的调节时间系数搞混
  • 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
  • 求单位阶跃输入下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先判闭环稳定
  • 关键一步:再按系统型别求静态位置误差系数
  • 中间结果:阶跃输入下误差有限但一般不为零
  • 卡点:开环增益不能直接当成误差系数
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
  • 本卷考过未判稳就直接用终值定理
  • 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

三三、由渐近对数幅频特性反求传函#

思路
  • 由低频段斜率与高度判型别和增益,按转折频率处斜率变化列待定环节,再用渐近线几何关系定参数
本卷考法
  • 由渐近对数幅频特性写出开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:由低频段斜率判积分环节个数
  • 关键一步:由延长线在频率为 1 处的高度定增益
  • 中间结果:斜率每变一次对应一个一阶环节
  • 卡点:转折频率由相邻渐近线的交点确定
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写出开环传递函数
  • 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
  • 本卷考过把延长线交点误当增益值而没有折算型别
  • 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
  • 由低频段斜率与高度判断系统型别与增益
本卷实例
  • 关键一步:按转折频率逐段累加各环节斜率
  • 关键一步:再用几何关系写各转折频率表达式
  • 中间结果:每段斜率等于该段各环节斜率之和
  • 卡点:最小相位假设用于由幅频估相频
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 熟记 lg2≈0.3、lg5≈0.7、20lg2≈6dB
  • 从低频段开始逐段按各环节转折频率改变斜率
  • 低频段斜率由系统型别决定,高度由开环增益决定
  • 每经过一个转折频率斜率就叠加该环节的斜率变化
步骤
  • 把开环传递函数写成典型环节的标准乘积
  • 确定系统型别与开环增益,画出最低频段渐近线
  • 按转折频率从小到大逐段改斜率
  • 逐点叠加得到幅频与相频曲线
通用考法
  • 本卷考过由低频段斜率与高度判断系统型别与增益
  • 绘制开环对数渐近幅频特性
  • 计算指定频率处的幅值与相角
  • 由低频段斜率与高度判断型别与增益
常见易错
  • 本卷考过逐段改斜率时忘记累加而是直接替换
  • 逐段改斜率时忘记累加而非替换
  • 低频段起始高度没有乘上型别的 -20v dB/dec
公式

四四、奈氏判据、参数影响与超前校正#

思路
  • 画无校正开环幅相曲线并补画积分圆弧判稳,用劳斯判据讨论参数影响,再按相角裕度差额设计超前校正
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由开环幅相曲线用奈氏判据判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:先数开环右半平面极点数 P
  • 关键一步:再按曲线包围临界点情况定 N 与 Z
  • 中间结果:起点终点相角由型别与阶数决定
  • 卡点:包围圈数的正负号定义容易取反
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
  • 本卷考过由开环幅相曲线用奈氏判据判断闭环稳定性
  • 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
  • 本卷考过开环含积分环节时没有补画无穷大圆弧
  • 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
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 讨论校正参数对系统稳定性的影响
本卷实例
  • 关键一步:列劳斯表并令首列各元同号
  • 关键一步:解出参数的取值区间
  • 中间结果:边界值对应临界稳定
  • 卡点:二阶系统劳斯表退化时要回到特征式判断
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
  • 本卷考过讨论校正参数对系统稳定性的影响
  • 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
  • 本卷考过只列部分首列元素的不等式而漏掉约束
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 求给定截止频率下的相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:在截止频率处累加各环节相角
  • 关键一步:由 180 度加相频值求相角裕度
  • 中间结果:超前环节的相角为正
  • 卡点:惯性环节相角为负且随频率增大
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
  • 本卷考过求给定截止频率下的相角裕度
  • 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
  • 本卷考过相角累加时漏掉积分环节的负 90 度
  • 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
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 设计串联超前校正提高相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:按相角差额加补偿角求最大超前角
  • 关键一步:再按截止频率要求定时间常数
  • 中间结果:校正后截止频率一般会右移
  • 卡点:设计完要回代校验新截止频率下的裕度
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 超前校正利用相位超前特性提高相角裕度
  • 会使截止频率提高,响应加快
  • 最大超前角出现在两个转折频率的几何中点
  • 最大超前角不超过 60°,否则噪声放大明显
步骤
  • 由未校正系统的相角裕度差额确定所需最大超前角
  • 由最大超前角公式求 α
  • 由 α 与目标截止频率求两个转折频率
  • 写出校正装置传递函数并校验
通用考法
  • 本卷考过设计串联超前校正提高相角裕度
  • 设计串联超前校正装置
  • 计算校正后的相角裕度与截止频率
  • 分析超前校正的局限性
常见易错
  • 本卷考过补偿角没有留裕量导致校正后仍不达标
  • 计算补偿角时忽略截止频率变化带来的附加相角损失
  • α 的取值与超前角公式方向取反
公式

五五、子系统最小实现与闭环能控性#

思路
  • 分别写两子传函的最小实现,按反馈连接拼出闭环状态空间表达式,再由能控性矩阵行列式判参数影响
本卷考法
  • 由传递函数写能控标准型最小实现
本卷实例
  • 关键一步:先判断传函是否严格真,必要时分离常数项
  • 关键一步:再按分母系数写能控标准型
  • 中间结果:最小实现维数等于分母阶数
  • 卡点:含常数项时输出方程要带直接传递项
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
  • 本卷考过由传递函数写能控标准型最小实现
  • 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
  • 本卷考过真分式化分时直接传递项处理错误
  • 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
状态空间表达式的建立 状态空间分析
本卷考法
  • 按反馈连接写闭环状态空间表达式
本卷实例
  • 关键一步:按连接关系把两个子系统串接
  • 关键一步:再合并成整体矩阵
  • 中间结果:整体矩阵出现交叉耦合块
  • 卡点:信号相加点的符号要与题面一致
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
  • 本卷考过按反馈连接写闭环状态空间表达式
  • 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
  • 本卷考过状态变量个数与系统阶数不匹配
  • 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
  • 分析参数对闭环系统能控性的影响
本卷实例
  • 关键一步:构造能控性矩阵并求其行列式
  • 关键一步:令行列式不为零得能控条件
  • 中间结果:行列式含某个参数的一次因子
  • 卡点:另一个参数对能控性没有影响
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
  • 本卷考过分析参数对闭环系统能控性的影响
  • 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
  • 本卷考过只算到系统矩阵的零次幂就下结论
  • 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

六六、能观性分块判据的证明#

思路
  • 写出分块系统的能观性矩阵,利用输出只取第一块的结构,由整体能观反推子系统能观
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 证明整体能观蕴含子系统能观
本卷实例
  • 关键一步:假设子块不能观再推出整体也不能观
  • 关键一步:或用分块秩不等式直接证明
  • 中间结果:能观性矩阵的秩在非奇异变换下不变
  • 卡点:输出矩阵只含第一块的直通结构是证明关键
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
  • 本卷考过证明整体能观蕴含子系统能观
  • 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
  • 本卷考过分块矩阵相乘的次序写错
  • 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

七七、状态空间传函、稳定性与观测器综合#

思路
  • 由状态方程求传函并判稳,用转移矩阵求状态与输出响应,再做状态反馈极点配置与最小维观测器
本卷考法
  • 由状态空间表达式求传函并判断稳定性
本卷实例
  • 关键一步:按输出矩阵乘 sI 减 A 的逆再乘输入矩阵求传函
  • 关键一步:由传函极点与特征值分别判两种稳定性
  • 中间结果:出现零极点对消时传函极点数少于状态维数
  • 卡点:渐近稳定看特征值、BIBO 稳定看传函极点
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 由状态空间求传递函数为 C(sI-A)^{-1}B+D
  • 传递函数只反映能控能观子系统,含零极点对消
  • 系统的特征值等于传递函数的极点
  • 同一传递函数对应的状态空间实现不唯一
步骤
  • 计算 (sI-A)^{-1}
  • 按公式求 G(s)=C(sI-A)^{-1}B+D
  • 与已知传递函数比对,判断是否发生零极点对消
通用考法
  • 本卷考过由状态空间表达式求传函并判断稳定性
  • 由状态空间表达式求传递函数
  • 判断状态空间实现是否存在零极点对消
  • 比较不同实现对应的传递函数是否相同
常见易错
  • 本卷考过漏掉直接传递项导致传函分子错
  • 漏掉直接传递项 D
  • 把特征值个数与传递函数极点数直接等同而不检查对消
公式
状态转移矩阵 状态空间分析
本卷考法
  • 求给定输入与初态下系统的状态与输出响应
本卷实例
  • 关键一步:先求状态转移矩阵
  • 关键一步:再叠加零输入分量与零状态分量
  • 中间结果:响应由各特征模态的指数项组成
  • 卡点:重根时转移矩阵含时间乘指数项
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
  • 本卷考过求给定输入与初态下系统的状态与输出响应
  • 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
  • 本卷考过卷积积分中变量代换写错
  • 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
状态反馈与极点配置 状态空间分析
本卷考法
  • 设计状态反馈把闭环极点配置到指定位置
本卷实例
  • 关键一步:写出期望特征多项式
  • 关键一步:与闭环特征多项式比较系数
  • 中间结果:反馈阵由两组系数之差给出
  • 卡点:能控性不满足时要在卡点说明理由
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把闭环极点配置到指定位置
  • 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
  • 本卷考过没有先检查能控性就去配置极点
  • 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
状态观测器设计 状态空间分析
本卷考法
  • 设计最小维观测器并写出组合闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:由期望观测器极点定观测器增益
  • 关键一步:再与状态反馈组合求闭环传函
  • 中间结果:观测器部分只影响估计误差动态
  • 卡点:组合闭环传函与观测器极点无关
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态观测器用输出与输入重构状态,前提是系统能观
  • 极点配置法与龙伯格观测器是两种常用形式
  • 观测器误差动态由 A-LC 的特征值决定
  • 观测器极点通常取得比系统极点快若干倍
步骤
  • 验证系统能观性
  • 写出观测器方程并求误差动态矩阵
  • 按期望特征多项式比较系数求出 L
  • 校验观测器收敛速度是否合适
通用考法
  • 本卷考过设计最小维观测器并写出组合闭环传函
  • 设计全维状态观测器
  • 由期望观测器极点求反馈增益阵 L
  • 分析观测器与状态反馈组合后的系统极点
常见易错
  • 本卷考过把观测器增益阵写成了状态反馈增益阵的形式
  • 把观测器增益阵写成了状态反馈增益阵的形式
  • 忽略观测器极点过快会放大噪声
公式