←择校首页控制考研真题思维导图真题思维导图

北京交通大学 801 控制原理 2018 年真题思维导图

211 院校共 7 题合计 150 分

难度:中等偏难 七道大题:结构图化简求双输入传函、含速度反馈的参数整定、由阶跃响应反求二阶参数、极点配置与零度根轨迹、根轨迹性能可达性、由最小相位幅频反求模型并判稳、采样系统判稳与输出序列;根轨迹与频域占比较高,多题附原卷插图。

点击节点展开/折叠 · 滚轮缩放 · 拖拽平移
控制考研哪家强,万人教育来领航
28考研交流群:1104923352
B站账号:控制考研阿祖

1一、结构图化简求双输入传函15 分#

思路
  • 结构图含交叉比较点与 R、N 两个输入。第1问令 N 为零,比较点前移化简求 C(s)/R(s);第2问令 R 为零求 C(s)/N(s)。题面含图未读图。
比较点与引出点的移动 结构图与方框图
本卷考法
  • 比较点前移化简含交叉比较点的结构图
本卷实例
  • 关键一步:把第二个比较点前移消去交叉支路再按串联合并
  • 关键一步:求扰动传函时把参考输入置零
  • 中间结果:化简后闭环分母为两回路增益之和再加一
  • 卡点:比较点移动时乘除关系易反;支路接法需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 移动的判据:移动前后各支路变量关系必须保持不变
  • 比较点前移要除以所跨环节,后移要乘以所跨环节
  • 引出点前移要乘以所跨环节,后移要除以所跨环节
步骤
  • 确定要移动的点和跨越的环节
  • 按“前移用除、后移用乘”的规则补上等效环节
  • 检查移动后与原结构是否等价
通用考法
  • 本卷考过比较点前移化简含交叉比较点的结构图
  • 化简含交叉比较点或引出点的结构图
  • 判断某次移动是否正确
常见易错
  • 移动方向与乘除关系搞反
  • 引出点与比较点的移动规则混用
本卷考法
  • 分别求参考输入与扰动作用下的输出传函
本卷实例
  • 关键一步:用叠加原理把两输入分别置零后各自求解
  • 中间结果:两个传函共用同一闭环特征式作分母
  • 卡点:未把另一输入置零就叠加;回路拓扑需回原卷核对图
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
  • 本卷考过分别求参考输入与扰动作用下的输出传函
  • 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
  • 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

2二、按稳态误差与主导极点指标定参数20 分#

思路
  • 结构图含速度反馈。先求开环传函判 I 型,由斜坡稳态误差为幅值 30% 得两参数关系;再化闭环二阶标准型,用阻尼比 0.707 与 5% 调节时间约束联立求解。题面含图未读图。
本卷考法
  • 由斜坡输入下稳态误差的给定比例反求参数关系
本卷实例
  • 关键一步:I 型速度误差系数取 s 趋于零时的 sG(s)
  • 关键一步:稳态误差等于斜坡幅值除以速度误差系数
  • 中间结果:误差条件化为 2 加 K1K2 与 K1 的比值关系
  • 卡点:把误差写成绝对值或漏乘输入幅值;反馈接法需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由斜坡输入下稳态误差的给定比例反求参数关系
  • 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
  • 由超调量与调节时间双指标反求开环参数
本卷实例
  • 关键一步:把闭环传函化为二阶标准形式读出阻尼比与自然频率
  • 关键一步:把两指标折算成阻尼比与实部约束
  • 中间结果:两指标给出关于两参数的不等式组
  • 卡点:只满足单项指标;或误用 2% 误差带的调节时间系数
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
  • 本卷考过由超调量与调节时间双指标反求开环参数
  • 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
  • 由阻尼比判断欠阻尼二阶系统超调是否达标
本卷实例
  • 关键一步:超调量只由阻尼比决定,按欠阻尼公式代入
  • 中间结果:阻尼比不小于给定值时超调满足要求
  • 卡点:把调节时间与超调混用同一误差带系数
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
  • 本卷考过由阻尼比判断欠阻尼二阶系统超调是否达标
  • 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、由阶跃响应反求二阶传函参数20 分#

思路
  • 开环为两惯性环节串联的单位负反馈系统。由阶跃响应稳态终值定闭环增益求 K;由超调量定阻尼比、峰值时间定自然频率,联立解出两时间常数。题面含图未读图。
本卷考法
  • 由单位阶跃响应曲线反求开环传递函数与参数
本卷实例
  • 关键一步:阶跃响应稳态值等于闭环增益 K 除以一加 K
  • 关键一步:峰值时间与超调量分别定自然频率与阻尼比
  • 中间结果:闭环增益先定 K,再由两动态指标反解时间常数
  • 卡点:输入幅值不为一时未折算稳态值;曲线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开环传递函数与参数
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 超调量与峰值时间联合确定二阶特征参数
本卷实例
  • 关键一步:超调量解出阻尼比,峰值时间解出自然频率
  • 中间结果:两惯性环节时间常数由特征式两根反解
  • 卡点:峰值时间与上升时间公式混用
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
  • 本卷考过超调量与峰值时间联合确定二阶特征参数
  • 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
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
  • 由二阶特征式系数与自然频率阻尼比的对应关系求解
本卷实例
  • 关键一步:化标准型后一次项系数对应两倍阻尼比乘自然频率
  • 关键一步:常数项对应自然频率的平方
  • 中间结果:两方程联立可解两个未知时间常数
  • 卡点:未把二次项系数归一化就套公式
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
  • 本卷考过由二阶特征式系数与自然频率阻尼比的对应关系求解
  • 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

4四、极点配置、零度根轨迹与另一极点25 分#

思路
  • 第1问把期望闭环极点代入特征方程比较系数求 K、T;第2问 T 为负使开环出现右半平面零点,改画零度根轨迹,求实轴段、分离点与虚轴交点得稳定域;第3问用根与系数关系求另一极点。题面含图未读图。
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
  • 按指定闭环极点用比较系数法确定开环参数
本卷实例
  • 关键一步:把期望极点写成特征多项式与闭环特征式逐项对应
  • 中间结果:常数项与一次项系数各给出一个参数方程
  • 卡点:特征式未化成首一形式就比较系数
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
  • 本卷考过按指定闭环极点用比较系数法确定开环参数
  • 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
本卷考法
  • 开环含右半平面零点时改画零度根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:把开环整理成标准形式后判断相角条件用零度而非一百八十度
  • 中间结果:实轴段按右侧开环零极点个数为偶数判定
  • 卡点:仍按一百八十度相角条件判实轴段
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 可变参数不是开环增益时称为参数根轨迹
  • 方法是用等效开环传递函数把参数提到标准位置
  • 正反馈系统或零度根轨迹的相角条件是 0°+360°l
步骤
  • 把特征方程整理成 1+αG*(s)=0 的形式
  • 把 α 以外部分视为等效开环传递函数
  • 按常规根轨迹法则绘制
  • 注意相角条件是否变成 0°
通用考法
  • 本卷考过开环含右半平面零点时改画零度根轨迹
  • 以时间常数或其他参数为变量绘制根轨迹
  • 绘制正反馈系统的零度根轨迹
  • 比较零度与 180 度根轨迹的差别
常见易错
  • 整理时没有把参数完整地提到分子位置
  • 零度根轨迹仍沿用 180° 相角条件
公式
分离点与会合点 根轨迹法
本卷考法
  • 由相角条件列分离点方程并筛选有效解
本卷实例
  • 关键一步:对分离点处相邻极点零点列相角互补方程
  • 中间结果:求得两个根后只保留落在根轨迹上者
  • 卡点:两个根不筛选全收;分离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
  • 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
  • 本卷考过由相角条件列分离点方程并筛选有效解
  • 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
本卷考法
  • 由虚轴交点求临界增益与稳定范围
本卷实例
  • 关键一步:令特征方程实部虚部分别为零联立求交点频率与增益
  • 中间结果:交点增益给出稳定区间的端点
  • 卡点:只取一个交点漏掉另一组;稳定域方向判反
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
  • 本卷考过由虚轴交点求临界增益与稳定范围
  • 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
  • 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、根轨迹绘制与性能指标可达性20 分#

思路
  • 由结构图写开环传函,按一百八十度根轨迹法则画 Kg 从零到无穷的根轨迹(分支数、实轴段、渐近线、出射角、虚轴交点);再由根轨迹与等阻尼线、等实部线判断超调与调节时间能否达到;最后加两个负实零点重画根轨迹判断。题面含图未读图。
本卷考法
  • 按法则绘制三阶系统根轨迹草图
本卷实例
  • 关键一步:先定分支数、实轴段与渐近线条数夹角
  • 关键一步:再求分离点与虚轴交点补全草图
  • 中间结果:三条渐近线夹角为六十度,与实轴交于极点和的三分之一
  • 卡点:实轴段判据零极点个数算错;极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
  • 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三阶系统根轨迹草图
  • 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
出射角与入射角 根轨迹法
本卷考法
  • 求复数极点的出射角
本卷实例
  • 关键一步:由相角条件累加其余零极点相角求该极点出射方向
  • 中间结果:共轭极点出射角关于实轴镜像
  • 卡点:把该极点自身相角也算进去
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
  • 本卷考过求复数极点的出射角
  • 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
  • 由根轨迹判断给定动态指标能否达到
本卷实例
  • 关键一步:把超调要求折算为等阻尼线、调节时间要求折算为等实部线
  • 关键一步:看根轨迹是否与这两条线相交
  • 中间结果:等阻尼线触及根轨迹的极限给出最大阻尼比
  • 卡点:只比较分离点增益而不看阻尼角;根轨迹形状需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由根轨迹判断给定动态指标能否达到
  • 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
本卷考法
  • 增加开环零点后重画根轨迹并判断性能改善
本卷实例
  • 关键一步:两个负实零点使渐近线与分离点左移
  • 中间结果:零点把根轨迹拉向左侧,可满足更严的实部约束
  • 卡点:把零点的作用与极点作用搞反
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 增加开环零点使根轨迹左移,改善稳定性
  • 增加开环极点使根轨迹右移,恶化稳定性
  • 附加零点会改变分离点位置与渐近线走向
  • 增加极点还可能是系统结构不稳定
步骤
  • 对比增加前后零极点分布
  • 重新判断实轴段与渐近线
  • 分析根轨迹整体移动方向
  • 据此说明对稳定性和动态性能的影响
通用考法
  • 本卷考过增加开环零点后重画根轨迹并判断性能改善
  • 说明附加零点对根轨迹形状的影响
  • 判断增加极点后系统是否仍稳定
  • 分析为何某系统需要引入零点
常见易错
  • 只讨论渐近线是否左移右移,忽略分离点变化
  • 把附加零点的影响与附加极点的影响搞反

6六、由对数幅频反求模型、画相频幅相并判稳25 分#

思路
  • 由渐近幅频的斜率转折识别积分环节与一阶零极点,按高低频几何关系定增益得开环传函;写相频表达式描点画相频;再依幅相曲线与负一临界点的关系用奈氏判据判稳;最后求相角裕度。题面含图未读图。
本卷考法
  • 由对数幅频渐近线反求最小相位系统开环传函
本卷实例
  • 关键一步:按斜率每次变化二十的倍数定环节类型与个数
  • 关键一步:用低频段延长线交点高定增益
  • 中间结果:斜率先负四十后抬升说明含两个积分环节与一个一阶微分
  • 卡点:把延长线交点当成增益未折算型别;曲线转角需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由对数幅频渐近线反求最小相位系统开环传函
  • 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
本卷考法
  • 写相频表达式并按参考点描出相频曲线
本卷实例
  • 关键一步:各环节相角相加,零频与无穷频取极限定两端
  • 中间结果:相频从负一百八十度出发再回到负一百八十度
  • 卡点:相角起止值取错,漏掉积分环节的负九十度
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
  • 本卷考过写相频表达式并按参考点描出相频曲线
  • 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
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由幅相曲线用奈氏判据判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:先数开环右半平面极点数 P,再看曲线包围负一临界点的圈数
  • 中间结果:曲线不包围临界点且 P 为零则闭环稳定
  • 卡点:含积分环节时未补画无穷大半径圆弧
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用奈氏判据判断闭环稳定性
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 由截止频率求相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:在幅频过零分贝处取频率再代入相频
  • 中间结果:相角裕度等于一百八十度加该频率处相角
  • 卡点:把截止频率与相位穿越频率两个频率用反
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

7七、采样系统判稳与输出序列25 分#

思路
  • 由零阶保持器与连续对象求开环脉冲传函。第1问由闭环特征方程根是否在单位圆内判稳;第2问用闭环脉冲传函乘单位阶跃的 z 变换求 C(z),再由部分分式展开或长除得采样序列。题面含图未读图。
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由零阶保持器与连续对象求开环脉冲传函
本卷实例
  • 关键一步:先把对象部分分式展开,逐项查变换表求 z 变换
  • 关键一步:再乘零阶保持器的 z 变换因子
  • 中间结果:开环脉冲传函化为一阶有理分式
  • 卡点:两个连续环节间无采样开关却直接相乘
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
  • 本卷考过由零阶保持器与连续对象求开环脉冲传函
  • 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
  • 由闭环特征方程根判断采样系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:令一加开环脉冲传函为零解出特征根
  • 中间结果:特征根模小于一即稳定
  • 卡点:把稳定条件写成实部小于零而不是模小于一
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
  • 本卷考过由闭环特征方程根判断采样系统稳定性
  • 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
z 变换与 z 反变换 离散控制系统
本卷考法
  • 由闭环脉冲传函求单位阶跃输出序列
本卷实例
  • 关键一步:把闭环传函乘 z 除以 z 减一,再部分分式或长除
  • 中间结果:展开后按 z 的负幂系数读出各采样时刻值
  • 卡点:部分分式分解时漏项导致反变换错位
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
  • 本卷考过由闭环脉冲传函求单位阶跃输出序列
  • 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