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上海理工大学 867 自动控制理论(含现控) 2017 年真题思维导图

强势双非共 9 题合计 150 分

难度:中等 9 题覆盖梅森公式、前馈与稳态误差、根轨迹、电网络频率特性、Nyquist 与超前校正、数字控制器、描述函数法、状态反馈与观测器、李雅普诺夫稳定性

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一一、结构图求 C/R 与 C/N10 分#

思路
  • 由结构图分别求参考输入与扰动到输出的传递函数,用梅森公式列回路、前向通路与余子式
本卷考法
  • 由结构图用梅森公式求 C(s)/R(s)
本卷实例
  • 关键一步:列独立回路与前向通路
  • 中间结果:特征式含回路增益与不接触回路乘积
  • 卡点:结构图以扫描图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由结构图用梅森公式求 C(s)/R(s)
  • 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
  • 本卷考过互不接触回路漏算或重复计数
  • 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
  • 求扰动 N(s) 到输出 C(s) 的传函
本卷实例
  • 关键一步:令 R=0 只保留扰动通道
  • 中间结果:按梅森公式写扰动前向通路与余子式
  • 卡点:比较点与引出点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
  • 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
  • 本卷考过求扰动 N(s) 到输出 C(s) 的传函
  • 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
  • 本卷考过求扰动传函时未把参考输入置零
  • 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、前馈误差稳态误差与 Kd 设计20 分#

思路
  • 按 e=r-c 写误差表达式,分别求输入与扰动两路误差,再令总误差中斜坡项系数为零解出 Kd
本卷考法
  • 按定义 e(t)=r(t)-c(t) 写误差传函
本卷实例
  • 关键一步:先明确误差取在输入端还是输出端
  • 中间结果:写出 E(s) 与 R、N 的关系
  • 卡点:系统框图以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 误差有两种定义:输入端 E(s)=R(s)-C(s) 与 E(s)=R(s)-B(s),须看清题意
  • 误差传递函数由结构决定
  • 单位反馈时两种定义等价
步骤
  • 按题意确定误差取在输入端还是反馈端
  • 由结构图写出误差传递函数
  • 乘输入后取 s→0 的极限
通用考法
  • 本卷考过按定义 e(t)=r(t)-c(t) 写误差传函
  • 写出误差传递函数
  • 说明不同误差定义对结果的影响
常见易错
  • 本卷考过非单位反馈时两种误差定义混用
  • 非单位反馈时两种误差定义混用导致结果差一个 H(s)
  • 忘记先判断系统是否稳定
公式
本卷考法
  • 求扰动作用下系统的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:分别求输入与扰动两路误差再叠加
  • 中间结果:用终值定理前先确认系统稳定
  • 卡点:前馈通道增益符号需回原卷核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 扰动误差与输入误差必须分开计算再叠加
  • 扰动误差取决于扰动作用点到误差点的传递函数
  • 增大扰动点前的增益可减小扰动误差
步骤
  • 令参考输入为零,求扰动到误差的传递函数
  • 代入扰动信号求稳态值
  • 与输入引起的误差叠加
通用考法
  • 本卷考过求扰动作用下系统的稳态误差
  • 求扰动引起的稳态误差
  • 比较扰动与输入对误差的不同影响
  • 分析提高前向增益的作用
常见易错
  • 本卷考过把扰动误差直接当总误差遗漏输入分量
  • 把扰动误差直接当作总误差,遗漏输入分量
  • 求扰动传函时没有把参考输入置零
公式
本卷考法
  • 选择 Kd 使输出与期望输入无稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:令误差传函中斜坡相关项抵消
  • 中间结果:由总误差首项系数为零解出 Kd
  • 卡点:结果需回代验证系统稳定
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
  • 本卷考过选择 Kd 使输出与期望输入无稳态误差
  • 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
  • 本卷考过忽略扰动分量对总误差的贡献
  • 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、负反馈根轨迹与闭环传函20 分#

思路
  • 由开环传函画 K 从 0 到无穷的根轨迹,用劳斯表求稳定 K 范围,再由已知闭环极点反求 K 与闭环传函
本卷考法
  • 绘制 K 从 0 到无穷的根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:标开环零极点并确定实轴根轨迹段
  • 中间结果:按 n-m 求渐近线交点与夹角
  • 卡点:根轨迹图以扫描图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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 K 从 0 到无穷的根轨迹
  • 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
  • 本卷考过渐近线夹角中的 2k+1 写成 2k
  • 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
  • 由劳斯表确定闭环稳定的 K 范围
本卷实例
  • 关键一步:列劳斯表并求全零行对应参数
  • 中间结果:由辅助方程求虚轴交点
  • 卡点:劳斯表系数受 OCR 影响,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
  • 本卷考过由劳斯表确定闭环稳定的 K 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 就下结论漏掉另一组解
  • 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
  • 由已知闭环极点反求 K 与闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:将 s=-1 代入闭环特征方程求 K
  • 中间结果:由 K 与开环传函写闭环传递函数
  • 卡点:闭环传函分子分母系数需回原卷核对
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
  • 本卷考过由已知闭环极点反求 K 与闭环传函
  • 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
  • 本卷考过把闭环极点代入开环特征方程
  • 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

四四、电网络频率特性10 分#

思路
  • 由电网络图列复阻抗方程求传递函数,再令 s=jω 写出幅频与相频表达式
电路网络与有源网络建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 由电网络图求传递函数 Uo/Ui
本卷实例
  • 关键一步:用复阻抗列节点或回路方程
  • 中间结果:整理成 s 域有理分式
  • 卡点:网络元件以扫描图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由电网络图求传递函数 Uo/Ui
  • 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
  • 本卷考过复阻抗法把电容阻抗误写成 Cs
  • 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
本卷考法
  • 把传递函数化为频率特性
本卷实例
  • 关键一步:令 s=jω 代入传函
  • 中间结果:分别写出幅频与相频表达式
  • 卡点:元件参数以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过把传递函数化为频率特性
  • 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
  • 本卷考过求幅值时忘记分母复数取模
  • 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

五五、Nyquist 判稳与串联超前校正20 分#

思路
  • 先用奈奎斯特判据判原系统稳定性,再串入给定超前环节并用 Bode 图验证相角裕度,最后定性分析性能变化
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用奈奎斯特判据判断系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:先数开环右半平面极点数 P
  • 中间结果:按 Z=P-2N 判闭环右半平面极点数
  • 卡点:幅相曲线以扫描图给出,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
  • 本卷考过用奈奎斯特判据判断系统稳定性
  • 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
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 用 Bode 图证明串联超前环节满足相角裕度要求
本卷实例
  • 关键一步:写出校正前后开环传函
  • 中间结果:算校正后截止频率与相角裕度
  • 卡点:Bode 图以扫描图给出,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
  • 本卷考过用 Bode 图证明串联超前环节满足相角裕度要求
  • 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
  • 本卷考过把校正环节的分子分母转折频率写反
  • 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
  • 定性分析串联超前校正对系统性能的影响
本卷实例
  • 关键一步:从截止频率和相角裕度变化分析快速性与超调
  • 中间结果:校正不改变开环增益,稳态误差不变
  • 卡点:定性结论要结合校正装置特点
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 校正是在系统中引入附加装置以改善性能
  • 串联校正、反馈校正与复合校正是三种基本形式
  • 时域指标与频域指标存在对应关系
  • 校正通常以相角裕度、开环增益与穿越频率为目标
步骤
  • 由指标要求确定目标相角裕度与穿越频率
  • 画出未校正系统的 Bode 图
  • 比较未校正特性与目标要求的差距
  • 选择校正方式并计算校正装置参数
通用考法
  • 本卷考过定性分析串联超前校正对系统性能的影响
  • 说明串联校正与反馈校正的适用场合
  • 把时域指标折算为频域指标
  • 分析未校正系统的主要缺陷
常见易错
  • 本卷考过忽略校正对截止频率与快速性的影响
  • 把截止频率与相位穿越频率混用
  • 只盯相角裕度而忽略带宽要求
公式

六六、数字控制器 D(z) 设计20 分#

思路
  • 先求广义对象 G(z),再按期望闭环输出 C(z)=1/(z-1) 反解数字控制器 D(z)
本卷考法
  • 由期望闭环输出反求数字控制器 D(z)
本卷实例
  • 关键一步:先求广义对象 G(z) 再按闭环公式反解 D(z)
  • 中间结果:由闭环传函与 G(z) 解出 D(z)
  • 卡点:采样周期 T 与开关位置以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 最少拍系统指在典型输入下经过有限拍达到无稳态误差
  • 设计需要满足可实现性与稳定性约束
  • 最少拍系统的闭环脉冲传递函数由输入类型确定
  • 最少拍设计通常导致很大的控制量,需加限制
步骤
  • 确定输入类型及对应的误差传函形式
  • 按无稳态误差要求构造闭环脉冲传递函数
  • 由 D(z)=Φ(z)/[G(z)(1-Φ(z))] 求数字控制器
  • 检验可实现性、稳定性与控制量大小
通用考法
  • 本卷考过由期望闭环输出反求数字控制器 D(z)
  • 设计最少拍数字控制器
  • 比较不同输入类型下的最少拍数
  • 分析最少拍系统存在的问题
常见易错
  • 本卷考过忽略 D(z) 必须物理可实现
  • 忽略 D(z) 必须是物理可实现的因果系统
  • 闭环传函构造时未满足稳定性约束条件
公式
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 求零阶保持器与连续对象的脉冲传函 G(z)
本卷实例
  • 关键一步:对 (1-e^{-Ts})/s 乘对象作 z 变换
  • 中间结果:整理成关于 z 的有理分式
  • 卡点:题给 z 变换公式有 OCR 缺失,需回原卷核对
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
  • 本卷考过求零阶保持器与连续对象的脉冲传函 G(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
  • 本卷考过忘记把零阶保持器计入 G(z)
  • 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

七七、描述函数法稳定域与周期运动20 分#

思路
  • 由给定 N(A) 写负倒描述函数,与 G(jω) 求交,按交点位置划分稳定、不稳定与周期运动区间并求振幅频率
本卷考法
  • 求系统稳定、不稳定及周期运动时 K 的范围
本卷实例
  • 关键一步:画 -1/N(A) 与 G(jω) 并求交
  • 中间结果:按交点位置划分稳定与不稳定区间
  • 卡点:两曲线以扫描图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过求系统稳定、不稳定及周期运动时 K 的范围
  • 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
  • 本卷考过未比较负倒描述函数与 G(jω) 的包围关系
  • 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
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 由给定 N(A) 写负倒描述函数
本卷实例
  • 关键一步:对 N(A)=(A+6)/(A+2) 取负倒数
  • 中间结果:确定 -1/N(A) 随 A 的变化区间
  • 卡点:非线性特性以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由给定 N(A) 写负倒描述函数
  • 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
  • 本卷考过把描述函数当成频率的函数
  • 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

八八、状态反馈极点配置与观测器20 分#

思路
  • 先判能控能观,再用状态反馈把极点配置到 -3,-4,-5,并设计同极点的全维状态观测器
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 判断系统能控性与能观性
本卷实例
  • 关键一步:分别堆叠能控与能观判别矩阵
  • 中间结果:两矩阵满秩才能配置极点与观测器
  • 卡点:矩阵元素 OCR 有错位,需回原卷核对
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与能观性
  • 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
  • 本卷考过把能控性矩阵与能观性矩阵构造搞混
  • 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
  • 设计状态反馈把极点配置到 -3,-4,-5
本卷实例
  • 关键一步:令闭环特征多项式等于期望多项式
  • 中间结果:比较同次幂系数求反馈增益 K
  • 卡点:期望极点为互异负实根,展开要仔细
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极点配置到 -3,-4,-5
  • 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
  • 本卷考过特征多项式比较系数时符号写反
  • 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
  • 设计全维状态观测器配置到指定极点
本卷实例
  • 关键一步:令 A-GC 特征多项式等于期望式
  • 中间结果:比较系数解出观测器增益阵 G
  • 卡点:答案段观测器方程符号有错,需回原卷核对
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
  • 本卷考过设计全维状态观测器配置到指定极点
  • 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

九九、平衡状态与李雅普诺夫稳定性10 分#

思路
  • 令状态导数为零求平衡状态,再用李雅普诺夫方程判断该平衡状态是否渐近稳定
李雅普诺夫稳定性分析 状态空间分析
本卷考法
  • 求平衡状态并用李雅普诺夫方法判渐近稳定
本卷实例
  • 关键一步:令状态导数为零求平衡点
  • 中间结果:解 A^T P+PA=-I 并检验 P 正定
  • 卡点:李雅普诺夫法为充分条件,结论表述要准确
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
  • 本卷考过求平衡状态并用李雅普诺夫方法判渐近稳定
  • 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
  • 本卷考过把 P、Q 的角色混用
  • 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