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北京化工大学 841 控制原理 2018 年真题思维导图

211 院校共 9 题

难度:中等 全卷九道大题,自控与现控并重:无源网络建模与环节判断、方框图求传函、根轨迹与阻尼比定参数、Bode图反求传函、状态转移矩阵与离散化、由调节时间反求反馈参数、采样系统脉冲传函与稳定域、多输入传函与稳态误差、极点配置与全维观测器。卷首九题均印本题满分 N 分,属已被证伪的批量模板印法。

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一一、无源网络求传函与典型环节#

思路
  • 图1为无源阻容网络,用复阻抗按分压关系列写传函,再判断环节类型并说明其作用
本卷考法
  • 用复阻抗法求无源网络的传递函数
本卷实例
  • 关键一步:把电容写成1/(sC)复阻抗后按分压列式
  • 中间结果:传函为输出支路阻抗比串联总阻抗
  • 卡点:网络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
  • 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
  • 本卷考过用复阻抗法求无源网络的传递函数
  • 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
本卷考法
  • 由传函判断典型环节并说明其作用
本卷实例
  • 关键一步:把传函化为标准形式再与典型环节对照
  • 中间结果:输出与输入呈积分关系,属积分环节
  • 卡点:积分作用应落到提高型别与稳态精度
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 六种典型环节:比例、积分、微分、惯性、振荡、延迟
  • 惯性环节由时间常数 T 描述,T 越小响应越快
  • 振荡环节由自然频率 ωn 与阻尼比 ξ 共同描述
  • 延迟环节只改变相位,不改变幅值
步骤
  • 把传递函数分解为若干典型环节的乘积
  • 逐环节写出幅频与相频表达式
  • 按环节类型判断对系统性能的影响
通用考法
  • 本卷考过由传函判断典型环节并说明其作用
  • 指出给定传递函数由哪些典型环节串联组成
  • 由阶跃响应曲线或 Bode 图识别环节类型
  • 比较两个系统的时间常数大小
常见易错
  • 把一阶微分环节 (τs+1) 与纯微分环节 s 混为一谈
  • 把延迟环节的相位滞后误当作幅值衰减
公式

二二、由方框图求闭环传递函数#

思路
  • 图2为多回路负反馈方框图,用梅森增益公式整理回路与前向通路后合并
本卷考法
  • 用梅森增益公式求多回路方框图的传函
本卷实例
  • 关键一步:先数清全部独立回路并区分不接触回路
  • 中间结果:特征式为1减回路增益和加不接触回路乘积
  • 卡点:不接触回路易漏计或重复,须逐对核对
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多回路方框图的传函
  • 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

三三、根轨迹绘制与由阻尼比定参数#

思路
  • 由图3结构图写开环传函并画根轨迹,再由阻尼比0.5的阻尼角射线定闭环极点与增益
本卷考法
  • 按绘制法则画根轨迹:分支数、实轴段与渐近线
本卷实例
  • 关键一步:写开环零极点并按法则逐条绘制
  • 中间结果:无开环零点,三条分支均趋于无穷远
  • 卡点:结构图等效开环需回原卷核对图
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根轨迹:分支数、实轴段与渐近线
  • 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
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:把s=jω代入闭环特征方程分实虚部
  • 中间结果:由虚部方程定振荡频率再回代定增益
  • 卡点:只代一个ω会漏掉另一组交点
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
本卷考法
  • 由给定阻尼比确定闭环极点与对应增益
本卷实例
  • 关键一步:用阻尼角射线与根轨迹相交定闭环极点
  • 中间结果:阻尼比为0.5时阻尼角为60度
  • 卡点:交点须落在根轨迹上,增益用幅值条件回代
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
  • 本卷考过由给定阻尼比确定闭环极点与对应增益
  • 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
  • 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、由Bode图反求传函与相角裕度#

思路
  • 由图4对数渐近幅频特性反求开环传函并求相角裕度,再分析幅频曲线右移后的新传函
本卷考法
  • 由对数渐近幅频特性反求开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:由低频段斜率和转折频率定环节与时间常数
  • 中间结果:低频段高度折算型别后定开环增益
  • 卡点:延长线交点不能直接当增益,须按型别折算
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
  • 本卷考过由对数渐近幅频特性反求开环传递函数
  • 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
  • 由截止频率处相角求相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:由幅频渐近线过零分贝定截止频率
  • 中间结果:相角裕度等于180度加该处开环相角
  • 卡点:截止频率与相位穿越频率不能混用
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
  • 本卷考过由截止频率处相角求相角裕度
  • 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
  • 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

五五、状态转移矩阵、离散化与状态响应#

思路
  • 由A阵求状态转移矩阵,再离散化求G与H,最后求单位阶跃输入下的状态解
状态转移矩阵 状态空间分析
本卷考法
  • 由系统矩阵求状态转移矩阵并求输入下的状态响应
本卷实例
  • 关键一步:先求(sI-A)的逆再作拉氏反变换
  • 中间结果:矩阵含重特征值1,转移矩阵出现t乘指数项
  • 卡点:重特征值须带t项,不能只写指数
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
  • 本卷考过由系统矩阵求状态转移矩阵并求输入下的状态响应
  • 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
连续系统的离散化 离散控制系统
本卷考法
  • 按采样周期把连续状态方程离散化为G和H
本卷实例
  • 关键一步:用状态转移矩阵和输入积分式求离散矩阵
  • 中间结果:G为T时刻转移矩阵,H为转移矩阵乘B的积分
  • 卡点:积分上限是采样周期且须右乘输入矩阵
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 离散化状态方程由状态转移矩阵在采样周期处的取值构成
  • 输入矩阵是状态转移矩阵与输入矩阵乘积在采样周期上的积分
  • 带零阶保持器时即按上述积分式离散化,输出矩阵不变
步骤
  • 求连续系统的状态转移矩阵
  • 把采样周期代入得到离散状态矩阵
  • 对输入矩阵做积分得到离散输入矩阵
  • 写出差分形式的离散状态方程并按递推求采样点上的响应
通用考法
  • 本卷考过按采样周期把连续状态方程离散化为G和H
  • 求连续系统在给定采样周期下的离散化状态方程
  • 由给出的状态响应反求系统矩阵再离散化
  • 计算采样点上的状态与输出序列
常见易错
  • 把采样周期直接当成时间常数代进连续传函
  • 积分上限写成采样周期以外的量,或忘记乘输入矩阵
公式

六六、由调节时间要求反求反馈与前置参数#

思路
  • 图5为一阶对象加反馈K2与前置增益Kp,按调节时间降为0.1倍且总增益不变反求两参数
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 由方框图写闭环传函并分析反馈对时间常数的影响
本卷实例
  • 关键一步:按反馈等效写闭环传递函数
  • 中间结果:闭环时间常数随反馈系数增大而减小
  • 卡点:反馈极性与开环增益的对应关系易写反
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
  • 本卷考过由方框图写闭环传函并分析反馈对时间常数的影响
  • 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
  • 把负反馈的分母写成 1-GH
  • 并联环节相减时符号取反
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
  • 由调节时间和放大倍数要求反求控制器参数
本卷实例
  • 关键一步:令闭环时间常数降为原来的0.1倍列等式
  • 中间结果:由时间常数比值定反馈系数
  • 卡点:前置增益须保持总放大倍数不变,两步不能混
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
  • 本卷考过由调节时间和放大倍数要求反求控制器参数
  • 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

七七、采样系统脉冲传函、稳定域与稳态误差#

思路
  • 由差分方程与结构图写D(z)与G(z),求开环与闭环脉冲传函,用朱利判据定稳定域,再求单位阶跃稳态误差
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 求采样系统的开环与闭环脉冲传递函数
本卷实例
  • 关键一步:由差分方程写D(z),由结构图写G(z)后串联
  • 中间结果:开环为D(z)G(z),闭环为开环比上1加开环
  • 卡点:采样开关位置影响脉冲传函,勿直接相乘
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
  • 本卷考过求采样系统的开环与闭环脉冲传递函数
  • 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
离散系统稳定性分析 离散控制系统
本卷考法
  • 用朱利判据求使离散系统稳定的参数范围
本卷实例
  • 关键一步:由闭环特征方程列朱利表写稳定约束
  • 中间结果:须同时满足D(1)为正与D(-1)异号等条件
  • 卡点:稳定条件是模小于1,不是实部小于零
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
  • 本卷考过用朱利判据求使离散系统稳定的参数范围
  • 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
离散系统的稳态误差 离散控制系统
本卷考法
  • 求离散系统单位阶跃输入下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:由误差脉冲传函用终值定理求极限
  • 中间结果:阶跃输入的稳态误差由开环静态位置系数定
  • 卡点:未判稳就用终值定理会得到错误结果
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 误差由输入类型与开环脉冲传函中 z=1 处极点的个数决定
  • 型别由 G(z)H(z) 中 z=1 处极点的重数确定
  • 用终值定理求稳态误差,前提是系统稳定
  • 采样周期也影响稳态误差大小
步骤
  • 求误差脉冲传递函数
  • 数出 z=1 处极点重数确定型别
  • 查表或用终值定理求稳态误差
  • 分析采样周期变化对误差的影响
通用考法
  • 本卷考过求离散系统单位阶跃输入下的稳态误差
  • 求离散系统在典型输入下的稳态误差
  • 由稳态误差要求反求开环增益
  • 分析采样周期对稳态精度的影响
常见易错
  • 直接用 s 域静态误差系数公式处理离散系统
  • 未判稳就用终值定理
公式

八八、多输入方框图传函、稳定域与稳态误差#

思路
  • 图7含R与W两个输入,分别求两通道传函,用劳斯判据定参数范围,再求指定参数下斜坡输入的稳态误差
本卷考法
  • 求多输入系统各通道的闭环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:令另一输入为零后分别用梅森公式求各通道
  • 中间结果:两通道共用同一闭环特征多项式
  • 卡点:分别求各通道时须确认系统为线性
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
  • 本卷考过求多输入系统各通道的闭环传递函数
  • 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
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由含参数特征方程用劳斯判据求参数范围
本卷实例
  • 关键一步:列劳斯表并令首列各项为正
  • 中间结果:由一次项和常数项约束联立得参数不等式
  • 卡点:系数缺项或首列为零时不能用常规判据
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
  • 本卷考过由含参数特征方程用劳斯判据求参数范围
  • 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
本卷考法
  • 求指定参数下斜坡输入的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先确认该参数下闭环稳定再对误差传函取极限
  • 中间结果:参数不满足稳定域时系统不存在稳态误差
  • 卡点:不稳定时套用终值定理没有意义
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
  • 本卷考过求指定参数下斜坡输入的稳态误差
  • 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
  • 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

九九、能控能观、极点配置与全维观测器#

思路
  • 对含参数二阶系统求完全能控能观条件,指定参数下作极点配置,再按给定极点设计全维观测器并写增广状态方程
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 求使系统完全能控与完全能观的参数范围
本卷实例
  • 关键一步:分别构造能控与能观判别阵并令行列式非零
  • 中间结果:两个判别阵的行列式给出参数的不等式条件
  • 卡点:两种判别阵的构造方式不同,勿写反
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
  • 本卷考过求使系统完全能控与完全能观的参数范围
  • 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
  • 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
  • 用状态反馈把闭环极点配置到指定位置
本卷实例
  • 关键一步:由期望极点写特征多项式并与实际式比较系数
  • 中间结果:比较同次幂系数解出反馈阵元素
  • 卡点:配置前须先验证系统能控
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
  • 本卷考过用状态反馈把闭环极点配置到指定位置
  • 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
  • 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
  • 按指定极点设计全维状态观测器并写增广状态方程
本卷实例
  • 关键一步:由观测器特征多项式与期望式比较系数求增益阵
  • 中间结果:增广系统由原状态与观测状态联立写成
  • 卡点:系统不完全能观时观测器极点不能任意配置
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
  • 本卷考过按指定极点设计全维状态观测器并写增广状态方程
  • 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
  • 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