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南京邮电大学 812 自动控制理论(含现控) 2023 年真题思维导图

强势双非共 8 题

难度:中等偏难 全卷 8 道大题,均为计算与综合分析。覆盖梅森公式求传函、无人机二阶系统指标反求参数、劳斯判据与极点区间平移、五阶系统根轨迹、非最小相位系统奈氏判稳、串联校正设计、状态空间传函与响应、非线性李雅普诺夫稳定性。未考离散、最优控制与电力拖动。

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1一、用梅森公式求闭环传函(含图)#

思路
  • 先找出结构图的全部独立回路并写出回路增益,确认有无互不接触回路;再列各前向通路及其余子式,按梅森增益公式写出闭环传递函数。
本卷考法
  • 用梅森增益公式求结构图的闭环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先列全部回路增益并检查有无互不接触回路
  • 中间结果:特征式等于一减各回路增益之和
  • 卡点:结构图未读,回路与前向通路编号需回原卷核对图
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求结构图的闭环传递函数
  • 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
多回路系统的逐层化简 结构图与方框图
本卷考法
  • 识别多回路系统的回路与前向通路结构
本卷实例
  • 关键一步:按信号流向逐个确定独立回路
  • 中间结果:无互不接触回路时各前向通路的余子式取一
  • 卡点:易把回路增益与前向通路增益混记
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
  • 本卷考过识别多回路系统的回路与前向通路结构
  • 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

2二、无人机二阶系统指标反求参数与时间指标#

思路
  • 由闭环传函写出标准二阶形式,把超调量与峰值时间分别对应到阻尼比与自然频率,联立求出两个参数;再由阻尼比与自然频率计算上升时间和调节时间。
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由超调量与峰值时间求阻尼比与自然频率
本卷实例
  • 关键一步:由超调量公式反解阻尼比,再由峰值时间求自然频率
  • 中间结果:阻尼比只由超调量决定,自然频率由峰值时间确定
  • 卡点:超调量公式中百分比与小数要统一
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
  • 本卷考过由超调量与峰值时间求阻尼比与自然频率
  • 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
由性能指标要求反求参数 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由标准二阶系数与性能指标反求两个参数
本卷实例
  • 关键一步:令一次项系数等于两倍阻尼比乘自然频率
  • 中间结果:常数项等于自然频率的平方,两方程解两个参数
  • 卡点:一次项系数由开环参数组合而成,不要看漏
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
  • 本卷考过由标准二阶系数与性能指标反求两个参数
  • 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
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由阻尼比与自然频率求上升时间与调节时间
本卷实例
  • 关键一步:上升时间按 π 减 arccos 阻尼比的形式计算
  • 中间结果:调节时间按三点五除以阻尼比乘自然频率估算
  • 卡点:调节时间要按 5% 误差带选系数
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
  • 本卷考过由阻尼比与自然频率求上升时间与调节时间
  • 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
  • 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

3三、劳斯判据求参数范围与极点区间#

思路
  • 先列劳斯表求系统稳定的两个参数范围;再把 s 平移使指定区间变成左半平面,对新特征方程用劳斯判据求满足极点区间的参数范围。
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 列劳斯表求系统稳定的两个参数范围
本卷实例
  • 关键一步:写出闭环特征方程并按降幂排列列劳斯表
  • 中间结果:由首列元素同号得到两参数的不等式
  • 卡点:两个参数同时出现时要消元后判范围
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
  • 本卷考过列劳斯表求系统稳定的两个参数范围
  • 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
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 用平移变换求极点落在指定区间的参数范围
本卷实例
  • 关键一步:令 s 等于 s1 减 1 代入特征方程并整理
  • 中间结果:对新多项式列劳斯表得参数不等式并取交集
  • 卡点:区间是负 1 到 0,平移后判的是 s1 左半平面
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
  • 本卷考过用平移变换求极点落在指定区间的参数范围
  • 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

4四、五阶系统根轨迹绘制#

思路
  • 标出五个开环极点与一个开环零点后判实轴段,求四条渐近线与复数极点出射角;再由分离点方程筛选有效分离点,并用劳斯表求根轨迹与虚轴的交点。
本卷考法
  • 按法则绘制含一个零点的五阶根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:标零极点后判实轴段并求四条渐近线
  • 中间结果:实轴根轨迹段由该段右侧零极点总数为奇数判断
  • 卡点:五阶系统有一条分支终止于有限零点
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
  • 本卷考过按法则绘制含一个零点的五阶根轨迹
  • 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
  • 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
  • 求根轨迹分离点并按实轴段筛选有效解
本卷实例
  • 关键一步:由分子乘分母导数等于分母乘分子导数列方程
  • 中间结果:分离点方程的解需按实轴根轨迹段筛选
  • 卡点:本题要求分离点取整数
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
  • 本卷考过求根轨迹分离点并按实轴段筛选有效解
  • 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
出射角与入射角 根轨迹法
本卷考法
  • 求共轭复数开环极点的出射角
本卷实例
  • 关键一步:按相角条件累加其余零极点的相角
  • 中间结果:两支共轭极点的出射角大小相等符号相反
  • 卡点:出射角累加时不要算该极点自身
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
  • 本卷考过求共轭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
  • 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
本卷考法
  • 求根轨迹与虚轴交点及临界增益
本卷实例
  • 关键一步:由劳斯表首列元素为零求临界增益
  • 中间结果:临界增益下由辅助方程解出虚轴交点频率
  • 卡点:辅助方程系数要用临界增益代入
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交点及临界增益
  • 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

5五、非最小相位系统幅相曲线与奈氏判稳#

思路
  • 写出开环频率特性后由起点、终点与负实轴交点画概略幅相曲线;量出交点处幅值后用奈奎斯特判据列不等式求使系统稳定的增益范围。
本卷考法
  • 由开环传函写频率特性并画概略幅相曲线
本卷实例
  • 关键一步:令 s 等于 jω 代入并分离实部与虚部
  • 中间结果:由虚部为零求与负实轴交点频率与幅值
  • 卡点:起点与终点的相角要按非最小相位环节确定
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频率特性并画概略幅相曲线
  • 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
本卷考法
  • 判断含右半平面零点的非最小相位系统
本卷实例
  • 关键一步:看分子一次项符号确定零点落在右半平面
  • 中间结果:非最小相位环节相角变化方向与最小相位相反
  • 卡点:不能只由幅频曲线唯一确定传函
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
  • 本卷考过判断含右半平面零点的非最小相位系统
  • 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
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用奈奎斯特判据求使系统稳定的增益范围
本卷实例
  • 关键一步:先数开环右半平面极点数再定判据形式
  • 中间结果:曲线不包围负一点对应稳定,据此得增益区间
  • 卡点:包围圈数的正负号定义容易搞反
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
  • 本卷考过用奈奎斯特判据求使系统稳定的增益范围
  • 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

6六、由稳态误差与裕度指标设计串联校正#

思路
  • 先由单位斜坡稳态误差要求确定开环增益;再画校正前 Bode 图求截止频率与相角裕度,判断需要超前校正;由最大超前角求网络参数并校验各裕度。
本卷考法
  • 由单位斜坡稳态误差要求确定开环增益
本卷实例
  • 关键一步:按 I 型系统速度误差系数列误差不等式
  • 中间结果:误差上限对应开环增益的下界
  • 卡点:串联校正在低频段基本不改变稳态误差
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
  • 本卷考过由单位斜坡稳态误差要求确定开环增益
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 计算校正前后的截止频率、相角裕度与幅值裕度
本卷实例
  • 关键一步:由幅频曲线求截止频率,由相频求各裕度
  • 中间结果:校正前相角裕度不足且截止频率偏低
  • 卡点:幅值裕度要求用分贝值与倒数关系换算
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
  • 本卷考过计算校正前后的截止频率、相角裕度与幅值裕度
  • 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
  • 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
  • 设计串联超前校正装置并校验指标
本卷实例
  • 关键一步:令校正后截止频率等于最大超前频率求参数
  • 中间结果:由原系统在该频率的幅值确定超前网络参数
  • 卡点:校正后要重新核算相角裕度是否达标
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校正装置并校验指标
  • 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
  • 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

7七、状态空间求传函、状态转移矩阵与输出#

思路
  • 先按输出矩阵乘状态矩阵逆乘输入矩阵求传递函数;再对状态矩阵逆逐项拉氏反变换求状态转移矩阵;最后用零输入项加卷积积分求输出响应。
本卷考法
  • 由状态空间表达式求系统传递函数
本卷实例
  • 关键一步:求 sI 减 A 的逆矩阵再作矩阵乘法
  • 中间结果:传函分子分母系数由逆矩阵与输入输出矩阵乘积给出
  • 卡点:不要漏掉直接传递项 D,本题 D 为零
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系统传递函数
  • 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
  • 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
  • 求状态转移矩阵并计算给定初值下的输出响应
本卷实例
  • 关键一步:对状态矩阵逆逐项作拉氏反变换
  • 中间结果:响应由状态转移矩阵乘初值加卷积积分项组成
  • 卡点:卷积积分后要再左乘输出矩阵
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
  • 本卷考过求状态转移矩阵并计算给定初值下的输出响应
  • 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
  • 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、非线性系统李雅普诺夫第二法判稳#

思路
  • 先求系统的唯一平衡点;取正定二次型作李雅普诺夫函数,沿状态方程求其导数并判断定号性,由半负定给出李雅普诺夫意义下稳定的结论。
李雅普诺夫稳定性分析 状态空间分析
本卷考法
  • 用李雅普诺夫第二法判断非线性系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:取正定函数后沿状态方程求其导数
  • 中间结果:导数化为负的第二个状态的四次方,属半负定
  • 卡点:导数半负定对应稳定而不是渐近稳定
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
  • 本卷考过用李雅普诺夫第二法判断非线性系统稳定性
  • 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