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武汉科技大学 814 自动控制理论(含现控) 2019 年真题思维导图

强势双非共 9 题合计 150 分

难度:中等 7道大题:填空6小题、光电纠偏器分析、由结构图求传函、由误差与动态指标反求参数、判断稳定性三小题(劳斯+采样+奈氏)、由对数幅频特性求传函与裕度、离散系统输出z变换;逐题印了大题分,含图题多

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1一、填空题(6小题)30 分#

思路
  • 6小题分别考PI控制器全称与PID超前环节、z反变换、由阶跃响应求传函、开环零极点与闭环极点、超前校正最大超前角频率、频域指标与时域指标的对应
本卷考法
  • 写PI控制器中文全称并指出PID中具有相位超前特性的环节(第1小题)
本卷实例
  • 关键一步:按比例、积分、微分三项的作用区分各环节
  • 中间结果:PI为比例积分;微分项产生超前相位
  • 卡点:相位超前是微分项,积分项相位滞后
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 比例项提高快速性但存在稳态误差
  • 积分项消除稳态误差但降低稳定性、增大超调
  • 微分项提供超前相位改善动态性能但对噪声敏感
  • PD 相当于超前校正,PI 相当于滞后校正
步骤
  • 按误差类型选择需要引入的环节
  • 先调比例再调积分最后调微分
  • 用稳定裕度或性能指标校验并微调
通用考法
  • 本卷考过写PI控制器中文全称并指出PID中具有相位超前特性的环节(第1小题)
  • 设计 PID 控制器满足给定指标
  • 分析各参数变化对系统性能的影响
  • 说明微分项对噪声的影响
常见易错
  • 把 PI 的相位影响说成超前
  • 积分增益过大导致系统振荡甚至不稳定
公式
z 变换与 z 反变换 离散控制系统
本卷考法
  • 由E(z)的部分分式展开求原序列e(t)(第2小题)
本卷实例
  • 关键一步:先把E(z)/z分解为两项,再乘z查常用z变换对
  • 中间结果:含z/(z−1)与z/(z−2)分别对应阶跃与指数序列
  • 卡点:要先除z展开再乘回z,顺序不能颠倒
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • z 变换是离散信号的拉氏变换,令 z=e^{Ts} 得到
  • 常用函数的 z 变换要熟记
  • z 反变换可用部分分式法、幂级数法或留数法
  • 左半 s 平面映射到 z 平面单位圆内
步骤
  • 将连续传递函数展开为部分分式
  • 逐项查表做 z 变换
  • 需要时做 z 反变换求时间序列
通用考法
  • 本卷考过由E(z)的部分分式展开求原序列e(t)(第2小题)
  • 求给定函数的 z 变换
  • 求 z 反变换得到采样序列
  • 说明 s 平面与 z 平面的映射关系
常见易错
  • 把 z 变换结果中的 e^{-aT} 写成 e^{-a}
  • 部分分式分解时漏项导致反变换出错
公式
本卷考法
  • 由单位阶跃响应求系统传递函数(第3小题)
本卷实例
  • 关键一步:对阶跃响应求导得脉冲响应,再取拉氏变换
  • 中间结果:脉冲响应的拉氏变换即为系统传函
  • 卡点:题干OCR残缺,据答案段还原为指数型脉冲响应
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求系统传递函数(第3小题)
  • 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
  • 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G(s)=(as+1)/[s(s+b)]求开环零点、开环极点与闭环极点(第4小题)
本卷实例
  • 关键一步:分子零点与分母极点直接读,闭环极点由1加G(s)等于零求
  • 中间结果:开环零极点由传函因式定,闭环极点由特征方程根定
  • 卡点:开环极点与闭环极点不要混淆
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 极点决定响应由哪些模态组成,零点决定各模态的权重
  • 左半平面极点对应衰减,右半平面对应发散,虚轴对应等幅振荡
  • 离虚轴最近的极点为主导极点,主导响应的形状
  • 共轭复极点产生振荡,实极点产生单调分量
步骤
  • 求特征方程得到全部闭环极点
  • 按实数/共轭复数分类,写出对应模态
  • 找出主导极点对,近似为低阶系统
  • 结合零点判断各模态权重大小
通用考法
  • 本卷考过由G(s)=(as+1)/[s(s+b)]求开环零点、开环极点与闭环极点(第4小题)
  • 由极点分布写出响应的大致形式
  • 判断系统是单调还是振荡、是否收敛
  • 用主导极点概念把高阶系统近似为二阶系统
常见易错
  • 只看极点分布就断定振荡,忽略零点引起的模态权重为零
公式
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 由超前校正装置传函求最大超前角对应频率ωm(第5小题)
本卷实例
  • 关键一步:由传函零极点时间常数求分度系数a,再代ωm公式
  • 中间结果:ωm等于1/(根号a乘T),与零极点位置有关
  • 卡点:分度系数取分子分母时间常数之比,不要取反
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
  • 本卷考过由超前校正装置传函求最大超前角对应频率ωm(第5小题)
  • 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
本卷考法
  • 指出开环幅值穿越频率ωc对应的时域指标及其反映的动态特性(第6小题)
本卷实例
  • 关键一步:从频域指标与时域指标的对应关系出发判断
  • 中间结果:ωc对应调节时间,反映系统快速性
  • 卡点:ωc不反映平稳性,别写成超调量
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
  • 本卷考过指出开环幅值穿越频率ωc对应的时域指标及其反映的动态特性(第6小题)
  • 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
  • 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

2二、光电纠偏器系统分析15 分#

思路
  • 由光电纠偏器原理图指出输入量、输出量与反馈量,说明闭环工作原理并画结构图
本卷考法
  • 指出长距离走料纠偏系统的输入量、输出量与反馈量(第(1)问)
  • 说明反馈控制工作原理并画系统结构图(第(2)(3)问)
本卷实例
  • 关键一步:先找被控量即物料位置,再顺信号流向定输入、反馈与执行环节
  • 中间结果:系统为闭环位置随动系统,光电传感器构成反馈通道
  • 卡点:反馈量是传感器输出电压而非被控位置本身
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 闭环系统按给定、比较、放大、执行、对象、检测六个环节串联成环
  • 按有无反馈分为开环、闭环与复合控制;按给定信号分为恒值、随动与程序控制
  • 检测变送元件把被控量转换成可比较的信号,是反馈通道的入口
  • 控制系统的基本要求是稳、准、快三条
步骤
  • 从工艺或物理描述里找出被控量与操纵量
  • 逐个指认给定、比较、控制、执行、对象与检测六个环节对应的实物
  • 按信号流向把环节串成闭环方框图
  • 说明系统靠什么维持被控量等于给定量
通用考法
  • 本卷考过指出长距离走料纠偏系统的输入量、输出量与反馈量(第(1)问)
  • 本卷考过说明反馈控制工作原理并画系统结构图(第(2)(3)问)
  • 指出系统的被控对象、被控量与操纵量
  • 说明检测变送元件在闭环系统中的作用
  • 画出给定系统的闭环方框图并说明工作过程
常见易错
  • 把被控量与操纵量搞反
  • 只画方框图而不指认环节,或反之,漏答一半

3三、由结构图求传递函数10 分#

思路
  • 把结构图化为信号流图,用梅森公式分别求参考输入与扰动输入下的传递函数
本卷考法
  • 用梅森公式求参考输入下的传递函数C(s)/Rr(s)(第(1)问)
本卷实例
  • 关键一步:列出前向通路G₁G₂与两个回路L₁、L₂
  • 中间结果:无互不接触回路,特征式为1减两回路增益之和
  • 卡点:回路极性与符号要带进特征式
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求参考输入下的传递函数C(s)/Rr(s)(第(1)问)
  • 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
本卷考法
  • 求扰动输入单独作用下系统的传递函数(第(2)问)
本卷实例
  • 关键一步:令参考输入为零,从扰动作用点到输出重新找前向通路
  • 中间结果:扰动通道前向通路为两路叠加后除同一特征式
  • 卡点:扰动作用点不同,不能直接套参考输入的传函
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
  • 本卷考过求扰动输入单独作用下系统的传递函数(第(2)问)
  • 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
  • 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

4四、由稳态误差与动态指标反求参数30 分#

思路
  • 对G(s)=K/[s(τs+1)],由斜坡稳态误差要求与单位阶跃动态性能要求分别列K、τ的不等式再取交集
本卷考法
  • 由单位斜坡输入下稳态误差要求反求开环增益K(条件①)
本卷实例
  • 关键一步:先判为I型系统,再按ess等于1/Kv代入要求
  • 中间结果:斜坡稳态误差是K的倒数形式,据此得K的下界
  • 卡点:先确认稳定条件再谈稳态误差
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输入下稳态误差要求反求开环增益K(条件①)
  • 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
由性能指标要求反求参数 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由单位阶跃响应的超调量与调节时间要求反求K与τ(条件②)
本卷实例
  • 关键一步:把闭环传函与标准二阶形式对应,写出ξ、ωn与K、τ的关系
  • 中间结果:ωn为根号(K/τ),ξ为1/(2倍根号(τK)),由σ%和ts要求反推不等式
  • 卡点:两条件都化为K、τ不等式后取交集,并结合稳定性约束筛解
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
  • 本卷考过由单位阶跃响应的超调量与调节时间要求反求K与τ(条件②)
  • 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
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 由闭环特征方程给出参数稳定域作为筛选约束
本卷实例
  • 关键一步:令特征多项式各系数为正得稳定条件
  • 中间结果:τ大于零、K大于零是稳定域的基本要求
  • 卡点:稳定域与性能不等式须同时满足,不能只取其一
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
  • 本卷考过由闭环特征方程给出参数稳定域作为筛选约束
  • 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

五1五、劳斯判据判稳10 分#

思路
  • 用劳斯判据判断四阶特征方程的稳定性并说明特征根在复平面的分布
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 对s⁴+2s³+3s²+6s+1=0用劳斯判据判稳并说明特征根分布
本卷实例
  • 关键一步:首列出现0时用ε法继续列劳斯表,再数首列符号变化次数
  • 中间结果:首列符号变化两次对应右半平面有两个特征根
  • 卡点:首列为0不能直接判稳,要与ε法配合
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
  • 本卷考过对s⁴+2s³+3s²+6s+1=0用劳斯判据判稳并说明特征根分布
  • 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

五2五、采样系统稳定条件10 分#

思路
  • 由采样系统结构图求脉冲传函,写出闭环特征方程后套朱利判据求稳定条件
离散系统稳定性分析 离散控制系统
本卷考法
  • 求采样系统稳定的充分必要条件(第2小题)
本卷实例
  • 关键一步:先求开环脉冲传函G(z),再对闭环特征式套朱利判据
  • 中间结果:由D(1)大于0与D(−1)大于0等条件联立求K与T关系
  • 卡点:采样周期T留在指数项里,特征式要对z整理后再判
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
  • 本卷考过求采样系统稳定的充分必要条件(第2小题)
  • 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

五3五、奈奎斯特判据判稳10 分#

思路
  • 绘出开环系统的Nyquist图,用奈氏判据判定闭环稳定性
本卷考法
  • 写出开环频率特性并绘制Nyquist图(第3小题)
本卷实例
  • 关键一步:求起止点、与负实轴交点及穿越方向
  • 中间结果:ω趋于零时相角为−90°,ω趋于无穷时相角为−270°
  • 卡点:与负实轴交点需令相角为−180°反解频率
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并绘制Nyquist图(第3小题)
  • 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
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由幅相曲线的负穿越次数与开环右半平面极点数判定闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:数曲线对(−1,j0)左侧负实轴的负穿越次数
  • 中间结果:由Z等于P减2N判断右半平面闭环极点数
  • 卡点:注意穿越方向,负穿越才增加不稳定根
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
  • 本卷考过由幅相曲线的负穿越次数与开环右半平面极点数判定闭环稳定性
  • 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
  • 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、由对数幅频特性求传函与裕度25 分#

思路
  • 由最小相位系统开环对数幅频特性反求传函,再求幅值穿越频率、相频特性与相位裕量判稳
本卷考法
  • 由对数幅频特性求系统型别、开环增益及传函G(s)(第(1)问)
本卷实例
  • 关键一步:由低频段斜率定型别,由延长线交点定增益,再由转折频率写环节
  • 中间结果:低频段−40dB/dec对应II型;转折频率对应一阶微分与惯性环节
  • 卡点:转折频率以π为单位给出时要换算成rad/s
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
  • 本卷考过由对数幅频特性求系统型别、开环增益及传函G(s)(第(1)问)
  • 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
  • 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
  • 求幅值穿越频率、相频特性与相位裕量并判稳(第(2)(3)问)
本卷实例
  • 关键一步:令开环幅频等于1解穿越频率,再代各环节相频求裕量
  • 中间结果:相位裕量为180°加相频在穿越频率处的值,大于零判稳
  • 卡点:穿越频率求解要保留足够精度,避免后续相角误差
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
  • 本卷考过求幅值穿越频率、相频特性与相位裕量并判稳(第(2)(3)问)
  • 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

7七、离散系统输出z变换10 分#

思路
  • 对含多个采样开关的离散系统设中间星号信号,列z域方程组消元求输出C(z)
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由多采样开关离散结构图求输出C(z)(第七题)
本卷实例
  • 关键一步:在开关后设两个星号信号并列z域方程组消元
  • 中间结果:输出等于参考输入到输出各环节z传函乘积除以闭环特征项
  • 卡点:不同开关后的信号星号化不同,连续环节不能直接相乘
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
  • 本卷考过由多采样开关离散结构图求输出C(z)(第七题)
  • 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
  • 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
z 变换与 z 反变换 离散控制系统
本卷考法
  • 整理z域方程组得到输出表达式
本卷实例
  • 关键一步:把星号信号对应的z传函代入并消去中间变量
  • 中间结果:分母反馈项由采样点之间的环节组合确定
  • 卡点:采样开关位置决定z传函的组合方式
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • z 变换是离散信号的拉氏变换,令 z=e^{Ts} 得到
  • 常用函数的 z 变换要熟记
  • z 反变换可用部分分式法、幂级数法或留数法
  • 左半 s 平面映射到 z 平面单位圆内
步骤
  • 将连续传递函数展开为部分分式
  • 逐项查表做 z 变换
  • 需要时做 z 反变换求时间序列
通用考法
  • 本卷考过整理z域方程组得到输出表达式
  • 求给定函数的 z 变换
  • 求 z 反变换得到采样序列
  • 说明 s 平面与 z 平面的映射关系
常见易错
  • 把 z 变换结果中的 e^{-aT} 写成 e^{-a}
  • 部分分式分解时漏项导致反变换出错
公式