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武汉科技大学 814 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 7道大题:选择6小题、填空4小题、无源网络求传函、结构图求传函与斜坡稳态误差、相位裕度判稳与非最小相位判稳、离散系统判稳、参数稳定条件与单位阶跃响应;计算量大且含图题多,多数大题印了总分

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1~6一、选择题(6小题)30 分#

思路
  • 6道小题分别考二阶系统幅相曲线与虚轴交点频率、斜坡输入下的静态误差、由传函系数判断阻尼类型、微分方程组模型的稳定条件、由Bode图反求传函、开环零点对闭环稳定的影响
本卷考法
  • 判断二阶系统幅相曲线与虚轴交点处的频率(第1小题)
本卷实例
  • 关键一步:令幅相特性的实部为零求曲线与虚轴的交点
  • 中间结果:交点对应的角频率等于系统的固有频率
  • 卡点:谐振频率对应幅值最大处,不是虚轴交点
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
  • 本卷考过判断二阶系统幅相曲线与虚轴交点处的频率(第1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
本卷考法
  • 判断斜坡输入下静态误差(第2小题)
本卷实例
  • 关键一步:先数开环传函中积分环节个数定系统型别
  • 中间结果:无积分环节为0型系统,斜坡误差趋于无穷
  • 卡点:不要把一阶惯性环节误当成积分环节
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
  • 本卷考过判断斜坡输入下静态误差(第2小题)
  • 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
  • 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
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
  • 由传函系数判断二阶系统阻尼类型(第3小题)
本卷实例
  • 关键一步:与标准二阶形式对比求ζ与ωn
  • 中间结果:阻尼比小于1时系统为欠阻尼
  • 卡点:一次项系数含二倍乘积,不要漏掉因子2
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
  • 本卷考过由传函系数判断二阶系统阻尼类型(第3小题)
  • 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
  • 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
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 由微分方程组求闭环稳定时参数范围(第4小题)
本卷实例
  • 关键一步:对微分方程组取拉氏变换并消去中间变量
  • 中间结果:得四阶闭环特征方程后列劳斯表求参数范围
  • 卡点:方程中导数阶次不同,消元时不要遗漏状态量
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
  • 本卷考过由微分方程组求闭环稳定时参数范围(第4小题)
  • 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
本卷考法
  • 由Bode图判断系统传递函数(第5小题)
本卷实例
  • 关键一步:看低频段斜率定积分环节数、看转折频率定时间常数
  • 中间结果:转折频率处斜率的变化对应一阶环节
  • 卡点:非最小相位环节只在相频上体现,须回原卷核对图
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Bode图判断系统传递函数(第5小题)
  • 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
  • 判断使闭环稳定的开环时间常数关系(第6小题)
本卷实例
  • 关键一步:由相角裕度大于零列截止频率处的相角条件
  • 中间结果:分子时间常数足够大才能保证正相角裕度
  • 卡点:两个时间常数同名,须分清分子与分母
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
  • 本卷考过判断使闭环稳定的开环时间常数关系(第6小题)
  • 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

2二、填空题(4小题)20 分#

思路
  • 4道小题分别考由特征方程求纯虚根、由截止频率处幅值为1求开环增益、由单位阶跃响应曲线求传函、按相位裕度与幅值裕度要求设计滞后校正
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由特征方程求系统的纯虚根(第1小题)
本卷实例
  • 关键一步:劳斯表出现全零行时取上一行系数写辅助方程
  • 中间结果:辅助方程的解即为系统的纯虚根
  • 卡点:全零行须用辅助方程求导后的系数代替再继续
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
  • 本卷考过由特征方程求系统的纯虚根(第1小题)
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 由给定截止频率求开环增益(第2小题)
本卷实例
  • 关键一步:令截止频率处开环幅值等于1列方程
  • 中间结果:把截止频率代入幅值式后即可解出增益
  • 卡点:分母两个惯性环节都要代入同一截止频率
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
  • 本卷考过由给定截止频率求开环增益(第2小题)
  • 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
本卷考法
  • 由单位阶跃响应曲线反求二阶传函(第3小题)
本卷实例
  • 关键一步:从曲线上读超调量与峰值时间反推ζ与ωn
  • 中间结果:用ζ与ωn组装标准二阶传递函数
  • 卡点:曲线以图给出,读数需回原卷核对图
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曲线反求二阶传函(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
滞后校正 系统校正
本卷考法
  • 按裕度要求设计串联滞后校正环节(第4小题)
本卷实例
  • 关键一步:按相位裕度要求选新的截止频率
  • 中间结果:由幅值衰减量定滞后网络的两个参数
  • 卡点:滞后校正把截止频率左移,不是右移
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 滞后校正利用高频段幅值衰减提高相角裕度
  • 会使截止频率降低,响应变慢
  • 转折频率要远低于新的截止频率以免引入过多相位滞后
  • 可同时提高低频增益改善稳态精度
步骤
  • 确定满足相角裕度要求的新截止频率
  • 由未校正系统在该频率处的幅值确定衰减量
  • 由衰减量求滞后网络的参数 β
  • 取转折频率低于新截止频率一个数量级,写出传递函数
通用考法
  • 本卷考过按裕度要求设计串联滞后校正环节(第4小题)
  • 设计串联滞后校正装置
  • 比较超前与滞后校正的效果差异
  • 分析滞后校正对响应速度的影响
常见易错
  • 把滞后网络的两个转折频率顺序写反
  • 转折频率取得过高导致相位滞后抵消了增益改善
公式

3三、无源网络求传递函数15 分#

思路
  • 由无源网络各元件复阻抗按节点列方程,逐层消去中间节点电压,最后求输出电压对输入电压的传递函数
电路网络与有源网络建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 由无源网络复阻抗模型求传递函数
本卷实例
  • 关键一步:把电容电感换成复阻抗,按分压或节点法列方程
  • 中间结果:逐层代入化简得输出电压与输入电压的有理式之比
  • 卡点:网络拓扑以图给出,元件连接需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由无源网络复阻抗模型求传递函数
  • 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
  • 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
  • 把电路方程整理成标准传递函数形式
本卷实例
  • 关键一步:消去中间节点电压后整理成s的多项式之比
  • 中间结果:分子分母最高次由网络阶数决定
  • 卡点:并联支路化简时不要漏掉接地支路
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 电路用复阻抗法:电阻 R、电感 Ls、电容 1/(Cs)
  • 机械平移系统三种元件:质量 m、阻尼 f、弹簧 k
  • 先列物理定律方程,再消去中间变量
  • 列方程的依据:KCL/KVL 或牛顿第二定律
步骤
  • 画出复阻抗等效电路或受力分析图
  • 按 KVL/KCL 或牛顿第二定律列出微分方程组
  • 消去中间变量,得到只含输入输出的方程
  • 取拉氏变换并整理成 C(s)/R(s)
通用考法
  • 本卷考过把电路方程整理成标准传递函数形式
  • 给定 RLC 网络求 U_o(s)/U_i(s)
  • 弹簧-质量-阻尼系统求位移对力的传递函数
  • 含运算放大器的有源网络求传递函数
常见易错
  • 复阻抗法把电容阻抗误写成 Cs
  • 机械系统阻尼力与弹簧力的正负方向取反
  • 运放电路忘记使用虚短与虚断条件
公式

4四、结构图求传函与斜坡稳态误差15 分#

思路
  • 由结构图列各回路增益与前向通路,用梅森公式求闭环传递函数,再由误差传函对斜坡输入用终值定理求稳态误差
本卷考法
  • 用梅森公式求多回路系统的闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:先枚举全部单独回路增益再找前向通路
  • 中间结果:特征式为1减各回路增益之和,前向通路余子式多为1
  • 卡点:结构图以图给出,回路接触关系需回原卷核对图
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
  • 本卷考过用梅森公式求多回路系统的闭环传函
  • 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r(t)=t时的斜坡稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:写出误差传函后用终值定理取s趋于0
  • 中间结果:极限结果由特征式常数项与增益之比决定
  • 卡点:求误差传函用1减闭环传函,不要用开环传函
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r(t)=t时的斜坡稳态误差
  • 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
  • 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

五1五、相位裕度与对数相频判稳#

思路
  • 由开环传函令幅值等于1求截止频率,算该频率下相角并求相角裕度,再用对数相频特性判断闭环稳定性
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 求最小相位系统的相角裕度并判稳
本卷实例
  • 关键一步:先按幅值等于1求截止频率,再代相频求相角
  • 中间结果:相角裕度等于180度加截止频率处相角
  • 卡点:本题大题头与传函在逐年OCR中缺失,据答案段还原
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
  • 本卷考过求最小相位系统的相角裕度并判稳
  • 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

五2五、非最小相位系统判稳#

思路
  • 写出开环频率特性,求与负实轴交点及对应幅值,按奈奎斯特判据由开环右极点个数和包围圈数算闭环右极点数
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用奈奎斯特判据判断非最小相位系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:求出曲线与负实轴交点及该点对应幅值
  • 中间结果:按z等于p减2N由包围圈数算闭环右极点数
  • 卡点:曲线以图为主,穿越方向需回原卷核对图
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非最小相位系统稳定性
  • 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
  • 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、离散系统稳定性判定15 分#

思路
  • 对含零阶保持器的连续部分作z变换求开环脉冲传函,写闭环特征方程,再用z域判据判断稳定性
z 变换与 z 反变换 离散控制系统
本卷考法
  • 求含零阶保持器的开环脉冲传递函数
本卷实例
  • 关键一步:对部分分式展开后的各一阶项查z变换表
  • 中间结果:开环脉冲传函为含衰减指数与z的各阶项之比
  • 卡点:零阶保持器引入的因子不要遗漏
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
  • 本卷考过求含零阶保持器的开环脉冲传递函数
  • 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
离散系统稳定性分析 离散控制系统
本卷考法
  • 用z域特征方程判断离散系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:把闭环特征方程写成z的降幂多项式
  • 中间结果:按朱里判据或根模判据列不等式组检验
  • 卡点:结构图以图给出,采样开关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
  • 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
  • 本卷考过用z域特征方程判断离散系统稳定性
  • 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

7七、参数稳定条件与单位阶跃响应15 分#

思路
  • 由结构图写特征方程,用劳斯判据求系统稳定时开环零点与增益的关系,再由单位阶跃输入用部分分式求系统响应
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 由劳斯判据求系统稳定的参数关系(第(1)问)
本卷实例
  • 关键一步:由两个环节写闭环特征方程并列劳斯表
  • 中间结果:稳定条件化为对增益与零点位置的联立不等式
  • 卡点:零点位置参数同时出现在两行,须联合判断
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
  • 本卷考过由劳斯判据求系统稳定的参数关系(第(1)问)
  • 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
高阶系统的降阶与主导极点 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 求单位阶跃输入下的三阶系统响应(第(2)问)
本卷实例
  • 关键一步:对闭环传函部分分式展开后逐项反变换
  • 中间结果:响应由稳态分量与衰减振荡分量叠加
  • 卡点:结构图以图给出,反馈极性需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 离虚轴最近的极点起主导作用,其余极点对应快速衰减分量
  • 闭环零点会增大超调、缩短峰值时间
  • 极点实部相差 5 倍以上时可按主导极点降阶
步骤
  • 求出全部闭环极点并按距虚轴远近排序
  • 用主导极点对近似为二阶系统
  • 用零点修正式修正超调量与峰值时间
通用考法
  • 本卷考过求单位阶跃输入下的三阶系统响应(第(2)问)
  • 把高阶系统近似为二阶系统并估算性能指标
  • 判断附加闭环零点对超调量的影响
  • 说明某极点能否忽略的理由
常见易错
  • 忽略零点对超调量的放大作用
  • 只看极点距离而不管该极点的留数大小
公式