←择校首页控制考研真题思维导图真题思维导图

重庆邮电大学 805 自动控制原理 2015 年真题思维导图

强势双非共 6 题合计 150 分

难度:中等 六道大题:填空9小空、按图形判断稳定性5小题、由阶跃响应定参数并求相角裕度、根轨迹与劳斯判据、由对数幅频特性反求传函并作超前校正、由渐近Bode图反求传函并画Nyquist曲线

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

一(1~9)一、填空题:反馈方框图、超前校正、响应反求、静态误差系数、等效开环、劳斯判稳、极点比较、非线性平衡点30 分#

思路
  • 9个独立小空:画负反馈方框图、超前校正的作用、由单位阶跃响应反求闭环传函与脉冲响应、正弦输入下的稳态输出、静态误差系数与斜坡误差、参数变化时的等效开环传函、四阶特征方程劳斯判稳、由极点分布比较超调、单摆非线性方程的平衡点
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 由驾驶员制动过程画出负反馈控制系统的方框图
本卷实例
  • 关键一步:按给定、比较、放大、执行、对象、反馈的回路连线
  • 中间结果:反馈量取自被控量后再送回比较点
  • 卡点:方框图需按题意自画,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
  • 本卷考过由驾驶员制动过程画出负反馈控制系统的方框图
  • 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
  • 本卷考过把给定信号与反馈信号的接入点画反
  • 把负反馈的分母写成 1-GH
  • 并联环节相减时符号取反
公式
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 说明超前校正利用相角超前特性改善系统的哪项指标
本卷实例
  • 关键一步:由超前网络在剪切频率处提供最大超前相位
  • 中间结果:最大超前角应出现在校正后剪切频率处
  • 卡点:填空只考原理,无需算具体参数
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
  • 本卷考过说明超前校正利用相角超前特性改善系统的哪项指标
  • 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
  • 本卷考过把超前校正的作用误说成提高稳态精度
  • 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
本卷考法
  • 由单位阶跃响应反求闭环传递函数与单位脉冲响应
本卷实例
  • 关键一步:先扣掉响应的稳态分量得到零初值阶跃响应
  • 中间结果:阶跃响应的拉氏变换乘 s 即闭环传函
  • 卡点:题面响应含非零初值项,需先分离稳态
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
  • 本卷考过由单位阶跃响应反求闭环传递函数与单位脉冲响应
  • 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
  • 本卷考过把含非零初值分量的响应直接当作零初值响应处理
  • 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
  • 由闭环传递函数与正弦输入求稳态输出信号的幅值与表达式
本卷实例
  • 关键一步:将输入角频率代入闭环幅频与相频特性
  • 中间结果:输出幅值等于输入幅值乘闭环幅频值
  • 卡点:需先把闭环传函写成频率特性形式
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
  • 本卷考过由闭环传递函数与正弦输入求稳态输出信号的幅值与表达式
  • 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
  • 本卷考过把输入角频率代入开环传函而非闭环传函
  • 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
本卷考法
  • 由开环传递函数求静态位置、速度与加速度误差系数
本卷实例
  • 关键一步:按型别代入 s 趋于零的极限式求三个静态系数
  • 中间结果:型别由开环积分环节个数决定
  • 卡点:开环含一阶微分环节不影响型别判断
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
  • 本卷考过由开环传递函数求静态位置、速度与加速度误差系数
  • 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
  • 本卷考过积分环节个数与系统型别的对应记错
  • 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
  • 求单位斜坡输入作用下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:取速度误差系数的倒数得单位斜坡稳态误差
  • 中间结果:斜坡输入的误差只与速度误差系数有关
  • 卡点:须先判断系统型别再选误差公式
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
  • 本卷考过求单位斜坡输入作用下的稳态误差
  • 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
  • 本卷考过把速度误差系数与误差的倒数关系写反
  • 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
本卷考法
  • 参数由零变到无穷时写出对应的等效开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:由特征方程分离出待变参数并整理成 1 加 K 乘等效开环等于零
  • 中间结果:等效开环由方程中其余项之比构成
  • 卡点:需把含待变参数的项整理到分母之外
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
  • 本卷考过参数由零变到无穷时写出对应的等效开环传递函数
  • 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
  • 本卷考过把参数根轨迹的等效开环写成了原开环
  • 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
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据判断四阶特征方程系统的稳定性及右半平面极点数
本卷实例
  • 关键一步:排劳斯表并统计首列元素的变号次数
  • 中间结果:首列变号次数即右半平面闭环极点数
  • 卡点:首列出现零时需改用 ε 法处理
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四阶特征方程系统的稳定性及右半平面极点数
  • 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
  • 本卷考过首列变号次数与右半平面极点数对应错
  • 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
二阶系统标准形式与阻尼比 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由两系统闭环极点分布比较超调量的大小
本卷实例
  • 关键一步:由极点到负实轴的夹角推阻尼比大小
  • 中间结果:阻尼比越大则超调量越小
  • 卡点:极点分布图以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 标准形式由自然频率 ωn 与阻尼比 ξ 两个参数确定
  • ξ>1 过阻尼、ξ=1 临界阻尼、0<ξ<1 欠阻尼、ξ=0 无阻尼
  • 闭环极点位置只由 ξωn 与 ωn√(1-ξ²) 决定
  • β=arccos ξ 是极点与负实轴的夹角
步骤
  • 把闭环传递函数化成标准二阶形式
  • 比对系数求出 ωn 与 ξ
  • 写出闭环极点表达式
  • 按 ξ 的取值判断响应类型
通用考法
  • 本卷考过由两系统闭环极点分布比较超调量的大小
  • 由闭环传递函数求 ωn 与 ξ
  • 判断响应是过阻尼还是欠阻尼
  • 在 s 平面上标出闭环极点的位置
常见易错
  • 本卷考过把极点距虚轴远近与超调量的关系弄反
  • 化为标准形式时忘记把 s² 项系数归一化
  • 把开环增益误当成闭环传递函数的系数
公式
非线性模型的线性化 建模与机电系统
本卷考法
  • 由单摆非线性方程求平衡点并判断其稳定性
本卷实例
  • 关键一步:令角加速度与角速度为零解出平衡点
  • 中间结果:平衡点由正弦项为零的条件给出
  • 卡点:稳定平衡点对应图中位置,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 在工作点附近作泰勒展开并忽略高阶项
  • 线性化模型只在小偏差范围内有效
  • 必须先求出平衡工作点
步骤
  • 由静态方程求平衡工作点
  • 在工作点处求偏导得到增量系数
  • 写出以增量表示的线性化方程
通用考法
  • 本卷考过由单摆非线性方程求平衡点并判断其稳定性
  • 对非线性微分方程在平衡点处线性化
  • 写出小偏差线性化模型的传递函数
常见易错
  • 本卷考过把平衡点的稳定性与线性化条件混为一谈
  • 未先求平衡点就直接展开
  • 把增量符号去掉后与原始变量混用
公式

二二、根据图形判断系统稳定性并说明理由(a~e五个小问)30 分#

思路
  • 五幅开环幅相曲线a~e逐一判断闭环稳定性:a、b、d需画增补线数包围临界点的净圈数,c为半次正穿越,e由对数幅频特性与相频穿越对照;统一按右半平面闭环极点数等于开环极点数减两倍净穿越数计算
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由开环幅相曲线判断闭环系统稳定性并说明理由
  • 含积分环节时补画无穷大半径圆弧后再数穿越
本卷实例
  • 关键一步:画增补线后数曲线在临界点左侧的净穿越次数
  • 中间结果:由开环极点数与净穿越数得右半平面闭环极点数
  • 卡点:五幅曲线均以图给出,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
  • 本卷考过由开环幅相曲线判断闭环系统稳定性并说明理由
  • 本卷考过含积分环节时补画无穷大半径圆弧后再数穿越
  • 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
  • 本卷考过未先数开环右半平面极点数
  • 本卷考过把正穿越与负穿越的符号取反
  • 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
本卷考法
  • 由对数幅频特性与相频曲线的穿越关系判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:先由幅值大于零确定可能发生穿越的频段
  • 中间结果:在该频段内检查相频对负180度线的净穿越
  • 卡点:e 小题的幅频与相频图均需回原卷核对
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
  • 本卷考过由对数幅频特性与相频曲线的穿越关系判断闭环稳定性
  • 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
  • 本卷考过只在低频段检查穿越而漏掉幅值大于零的其余频段
  • 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

三三、由阶跃响应定参数并求相角裕度判稳20 分#

思路
  • 由两倍单位阶跃响应曲线读出峰值时间与超调量,反求二阶系统的增益与开环极点位置;再由开环传函求剪切频率与相角裕度并据此判断稳定性
由性能指标要求反求参数 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由超调量与峰值时间反求二阶系统的增益与开环极点
本卷实例
  • 关键一步:由超调量先解阻尼比再由峰值时间解自然频率
  • 中间结果:把结果对应到标准二阶形式得到增益与时间常数
  • 卡点:响应曲线以图给出,需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由超调量与峰值时间反求二阶系统的增益与开环极点
  • 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
  • 本卷考过峰值时间公式中把阻尼振荡频率写成自然频率
  • 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
二阶系统标准形式与阻尼比 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 把闭环传递函数整理成二阶标准形式并读出阻尼比与自然频率
本卷实例
  • 关键一步:按标准二阶形式对齐分子与分母的系数
  • 中间结果:由系数对应关系解出结构与参数
  • 卡点:结构图参数与响应指标的对应需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 标准形式由自然频率 ωn 与阻尼比 ξ 两个参数确定
  • ξ>1 过阻尼、ξ=1 临界阻尼、0<ξ<1 欠阻尼、ξ=0 无阻尼
  • 闭环极点位置只由 ξωn 与 ωn√(1-ξ²) 决定
  • β=arccos ξ 是极点与负实轴的夹角
步骤
  • 把闭环传递函数化成标准二阶形式
  • 比对系数求出 ωn 与 ξ
  • 写出闭环极点表达式
  • 按 ξ 的取值判断响应类型
通用考法
  • 本卷考过把闭环传递函数整理成二阶标准形式并读出阻尼比与自然频率
  • 由闭环传递函数求 ωn 与 ξ
  • 判断响应是过阻尼还是欠阻尼
  • 在 s 平面上标出闭环极点的位置
常见易错
  • 本卷考过未把二次项系数归一化就套用标准公式
  • 化为标准形式时忘记把 s² 项系数归一化
  • 把开环增益误当成闭环传递函数的系数
公式
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 求剪切频率并计算相角裕度以判断系统的稳定性
本卷实例
  • 关键一步:令开环幅频等于1解出剪切频率
  • 中间结果:相角裕度由180度加该频率处的相角得到
  • 卡点:参考数据以角度近似给出,直接代入即可
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
  • 本卷考过求剪切频率并计算相角裕度以判断系统的稳定性
  • 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
  • 本卷考过相角裕度公式中相频的符号取错
  • 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

四四、根轨迹绘制、串联零点后劳斯判稳与阶跃响应曲线24 分#

思路
  • 由开环传函绘制180度根轨迹(分离点、与虚轴交点);在原传函前串联给定环节后用劳斯判据求系统稳定的参数范围;再画参数取定值时的单位阶跃响应曲线
本卷考法
  • 按绘制法则画出开环传函的根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:确定开环零极点、渐近线与实轴上的根轨迹段
  • 中间结果:按法则逐段画出各分支
  • 卡点:结构图与根轨迹图均需回原卷核对图
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出开环传函的根轨迹
  • 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
  • 本卷考过实轴上根轨迹段的判据取反
  • 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
  • 由驻点方程求根轨迹的分离点
本卷实例
  • 关键一步:令分母导数与分子之比等于零列分离点方程
  • 中间结果:只保留落在实轴根轨迹段上的解
  • 卡点:增根需用相角条件剔除
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
  • 本卷考过由驻点方程求根轨迹的分离点
  • 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
  • 本卷考过解出驻点后不筛选全部保留
  • 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
  • 求根轨迹与虚轴的交点
本卷实例
  • 关键一步:令闭环特征方程中 s 取纯虚值并分离实虚部
  • 中间结果:联立实虚部为零解出交点频率与临界增益
  • 卡点:构造全零行后由辅助方程解交点
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
  • 本卷考过求根轨迹与虚轴的交点
  • 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
  • 本卷考过只令实部为零而漏掉虚部为零的条件
  • 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
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 串联给定环节后用劳斯判据求系统稳定时参数的取值范围
本卷实例
  • 关键一步:写出串联后闭环特征多项式再排劳斯表
  • 中间结果:由首列各元素大于零列出不等式组
  • 卡点:取交集后以最紧的下界为稳定范围
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
  • 本卷考过串联给定环节后用劳斯判据求系统稳定时参数的取值范围
  • 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
  • 本卷考过首列不等式取交集时漏掉某个约束
  • 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
二阶系统标准形式与阻尼比 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 参数取定值时写出闭环传函并画单位阶跃响应曲线
本卷实例
  • 关键一步:由闭环传函因式分解确定极点位置
  • 中间结果:极点分布决定响应的模态与初值
  • 卡点:响应曲线按极点模态定性画出即可
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 标准形式由自然频率 ωn 与阻尼比 ξ 两个参数确定
  • ξ>1 过阻尼、ξ=1 临界阻尼、0<ξ<1 欠阻尼、ξ=0 无阻尼
  • 闭环极点位置只由 ξωn 与 ωn√(1-ξ²) 决定
  • β=arccos ξ 是极点与负实轴的夹角
步骤
  • 把闭环传递函数化成标准二阶形式
  • 比对系数求出 ωn 与 ξ
  • 写出闭环极点表达式
  • 按 ξ 的取值判断响应类型
通用考法
  • 本卷考过参数取定值时写出闭环传函并画单位阶跃响应曲线
  • 由闭环传递函数求 ωn 与 ξ
  • 判断响应是过阻尼还是欠阻尼
  • 在 s 平面上标出闭环极点的位置
常见易错
  • 本卷考过把闭环传函的极点当成开环极点
  • 化为标准形式时忘记把 s² 项系数归一化
  • 把开环增益误当成闭环传递函数的系数
公式

五五、由开环对数幅频特性反求传函、求相角裕度与串联超前校正26 分#

思路
  • 由转折频率与低频段斜率写出开环传函;写出频率特性并求剪切频率与相角裕度;再按相角裕度不低于45度的要求设计串联超前校正网络的参数
本卷考法
  • 由渐近对数幅频特性的转折频率与斜率反求开环传函
本卷实例
  • 关键一步:由低频段斜率与各转折频率写出对应环节
  • 中间结果:用某频率处的幅值确定开环增益
  • 卡点:幅频特性曲线以图给出,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的转折频率与斜率反求开环传函
  • 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
  • 本卷考过低频段斜率与积分环节个数的对应记错
  • 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
  • 写出开环频率特性、幅频特性与相频特性表达式
本卷实例
  • 关键一步:把每类典型环节的幅频与相频分别相乘相加
  • 中间结果:幅频取模相乘、相频求代数和
  • 卡点:惯性环节与积分环节的相角符号易混
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
  • 本卷考过写出开环频率特性、幅频特性与相频特性表达式
  • 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
  • 本卷考过求相频时把各环节角度当成了幅值相乘
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 由剪切频率求相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:先由幅频等于1的条件求剪切频率
  • 中间结果:把剪切频率代入相频求相角裕度
  • 卡点:相角裕度为零对应临界稳定
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
  • 本卷考过由剪切频率求相角裕度
  • 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
  • 本卷考过直接用某个转折频率代替剪切频率
  • 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
  • 设计串联超前网络使校正后相角裕度满足指标要求
本卷实例
  • 关键一步:由需补偿的相角确定最大超前角与分度系数
  • 中间结果:由校正后剪切频率确定时间常数
  • 卡点:需回代校验校正后实际相角裕度是否达标
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网络使校正后相角裕度满足指标要求
  • 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
  • 本卷考过最大超前角取得过大导致高频增益抬高太多
  • 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

六六、由渐近Bode图反求传函、画Nyquist曲线并求相角裕度判稳20 分#

思路
  • 由转折频率与零分贝交点确定开环传函;分析频率趋于零与无穷时的幅相端点并画出Nyquist曲线;求相角裕度并判断稳定性
本卷考法
  • 由渐近幅频特性曲线的转折频率反求开环传函
本卷实例
  • 关键一步:由斜率变化量判断转折处是零点还是重极点
  • 中间结果:由曲线过零分贝点的频率确定开环增益
  • 卡点:渐近幅频特性以图给出,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
  • 本卷考过由渐近幅频特性曲线的转折频率反求开环传函
  • 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
  • 本卷考过把转折处的斜率变化量当作环节个数
  • 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
  • 分析Nyquist曲线的起点、终点与实轴交点
本卷实例
  • 关键一步:分别取频率趋于零、零正与无穷分析幅值和相角
  • 中间结果:由相角范围判断曲线所在象限
  • 卡点:需结合幅频特性定性画出完整曲线
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
  • 本卷考过分析Nyquist曲线的起点、终点与实轴交点
  • 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
  • 本卷考过频率为零与频率零正两个端点混淆
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 求相角裕度并判断系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:由开环幅频幅值等于1的条件求剪切频率
  • 中间结果:相角裕度由180度加该频率处的相角得到
  • 卡点:参考数据以角度近似给出,直接代入即可
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
  • 本卷考过求相角裕度并判断系统稳定性
  • 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
  • 本卷考过把增益裕度与相角裕度的判据混用
  • 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