←择校首页控制考研真题思维导图真题思维导图

北京林业大学 855 控制原理 2023 年真题思维导图

211 院校共 9 题

难度:中等 选择、判断与七道分析计算题组合,覆盖基本概念、型别与稳态误差、结构图化简、由阶跃响应反求传函、按指标选参数、劳斯判据、奈氏判据、离散系统输出、串联滞后校正。

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

一一、单项选择题20 分#

思路
  • 十道选择逐题独立:稳态误差说法、稳定性前提、开环与反馈控制依据、闭环特征方程、相角裕度对应时域指标、劳斯判据、型别与无穷误差、校正装置类型、最大超前角、二型系统组合输入的稳态误差。
本卷考法
  • 比较开环与反馈控制方式并区分其控制依据
本卷实例
  • 关键一步:稳定性是系统正常工作的先决条件
  • 关键一步:开环按给定量、反馈按偏差控制
  • 中间结果:两种控制方式的依据要一一对应
  • 卡点:把开环与反馈的控制依据写反
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
  • 本卷考过比较开环与反馈控制方式并区分其控制依据
  • 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
本卷考法
  • 由负反馈开环传函写出闭环特征方程
本卷实例
  • 关键一步:负反馈闭环分母取一加开环传函
  • 中间结果:特征方程由分母多项式置零得到
  • 卡点:负反馈分母误写成一减开环传函
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 定义:零初始条件下,输出与输入的拉氏变换之比 G(s)=C(s)/R(s)
  • 只由系统结构与参数决定,与输入形式无关
  • 分母为特征多项式,其根是极点;分子的根是零点
  • 工程可实现系统必为真分式(分子阶数 ≤ 分母阶数)
步骤
  • 对微分方程两边取拉氏变换,初始条件全部置零
  • 把输出项移到左边、输入项移到右边
  • 整理成 C(s)/R(s) 的降幂形式
通用考法
  • 本卷考过由负反馈开环传函写出闭环特征方程
  • 由微分方程直接写出传递函数
  • 指出系统的阶数、极点个数与零点个数
  • 判断给定分式能否作为实际系统的传递函数
常见易错
  • 忽略“零初始条件”这一前提,把初始值带进变换结果
  • 分子分母系数按升幂抄写导致顺序颠倒
公式
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 指出相角裕度所对应的时域性能指标
本卷实例
  • 关键一步:相角裕度表征相对稳定性并关联超调量
  • 中间结果:裕度减小时阶跃响应超调量总体增大
  • 卡点:把相角裕度与稳态误差直接对应
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
  • 本卷考过指出相角裕度所对应的时域性能指标
  • 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
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由三阶特征方程用劳斯表判断稳定性
本卷实例
  • 关键一步:按特征方程系数列劳斯表看首列符号
  • 中间结果:首列各元同号时闭环稳定
  • 卡点:首列出现零元时未用辅助方程处理
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
  • 本卷考过由三阶特征方程用劳斯表判断稳定性
  • 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
  • 由型别判断一型系统跟踪斜坡输入时的误差
本卷实例
  • 关键一步:先数开环积分环节个数定系统型别
  • 关键一步:一型系统跟踪斜坡有有限非零误差
  • 中间结果:型别决定误差对给定输入是否发散
  • 卡点:把一型系统的斜坡误差当成零
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
  • 本卷考过由型别判断一型系统跟踪斜坡输入时的误差
  • 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
本卷考法
  • 分析增大开环增益与增加积分环节对误差和稳定的影响
本卷实例
  • 关键一步:增大增益减小误差却降低相对稳定性
  • 关键一步:增加积分环节消误差同时可能破坏稳定
  • 中间结果:精度与稳定性之间需要折中考虑
  • 卡点:只答误差减小而漏答稳定性变差
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 提高开环增益可减小有差系统的误差,但会削弱稳定性
  • 增加积分环节可提高型别,代价是相位滞后与超调增大
  • 采用复合控制或前馈补偿可在不影响稳定性的前提下减小误差
  • 采用扰动补偿可提高扰动不变性
步骤
  • 判断误差来源是输入型别不足还是增益太小
  • 按需选择提高增益、增加积分或加入补偿器
  • 校验补偿后系统仍然稳定
  • 重新计算稳态误差确认达标
通用考法
  • 本卷考过分析增大开环增益与增加积分环节对误差和稳定的影响
  • 分析提高开环增益对误差与稳定性的双重影响
  • 设计前馈补偿器实现给定信号不变性
  • 说明为何单纯提高增益不可行
常见易错
  • 只谈误差减小而不检查稳定性是否被破坏
  • 把增加积分环节的影响单一化,忽略超调
公式
本卷考法
  • 求二型系统在阶跃、斜坡与抛物线组合输入下的误差
本卷实例
  • 关键一步:按组合输入各分量分别套静态误差系数
  • 中间结果:含 s 平方项的系统按二型系统处理
  • 卡点:组合输入时漏掉抛物线分量
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
  • 本卷考过求二型系统在阶跃、斜坡与抛物线组合输入下的误差
  • 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
滞后校正 系统校正
本卷考法
  • 由串联校正装置传函判断其属于滞后校正
本卷实例
  • 关键一步:化为时间常数形式比较零点与极点转折频率
  • 中间结果:极点转折频率低于零点时呈滞后特性
  • 卡点:把超前与滞后的判据方向记反
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
  • 本卷考过由串联校正装置传函判断其属于滞后校正
  • 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
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 比较各超前装置在指定频率处提供的超前角大小
本卷实例
  • 关键一步:代入最大超前角所在几何中点频率计算
  • 中间结果:最大超前角由两转折频率之比决定
  • 卡点:只看分子时间常数而不比较转折频率
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
  • 本卷考过比较各超前装置在指定频率处提供的超前角大小
  • 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

二二、判断题20 分#

思路
  • 十题逐项判断:传递函数适用范围、稳态误差含义、一阶时间常数与响应速度、空调系统控制方式、开环增益对精度与稳定的影响、稳定性与输入无关、前馈校正对稳定性的影响、超前校正作用、稳定充要条件、三种校正方式。
本卷考法
  • 判断传递函数作为数学模型是否适用于各类系统
本卷实例
  • 关键一步:传递函数只适用于线性单入单出零初始系统
  • 中间结果:不能笼统说可描述各种不同类型系统
  • 卡点:忽略传递函数的适用前提与局限
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 定义:零初始条件下,输出与输入的拉氏变换之比 G(s)=C(s)/R(s)
  • 只由系统结构与参数决定,与输入形式无关
  • 分母为特征多项式,其根是极点;分子的根是零点
  • 工程可实现系统必为真分式(分子阶数 ≤ 分母阶数)
步骤
  • 对微分方程两边取拉氏变换,初始条件全部置零
  • 把输出项移到左边、输入项移到右边
  • 整理成 C(s)/R(s) 的降幂形式
通用考法
  • 本卷考过判断传递函数作为数学模型是否适用于各类系统
  • 由微分方程直接写出传递函数
  • 指出系统的阶数、极点个数与零点个数
  • 判断给定分式能否作为实际系统的传递函数
常见易错
  • 忽略“零初始条件”这一前提,把初始值带进变换结果
  • 分子分母系数按升幂抄写导致顺序颠倒
公式
本卷考法
  • 判断稳态误差非零是否等同于系统存在误差
本卷实例
  • 关键一步:稳态误差是过渡结束后的残余偏差量
  • 中间结果:误差非零只说明系统属于有差系统
  • 卡点:把误差非零误解为系统发生故障
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
  • 本卷考过判断稳态误差非零是否等同于系统存在误差
  • 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
  • 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
一阶系统的单位阶跃响应 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 判断一阶系统时间常数增大对响应快慢的影响
本卷实例
  • 关键一步:时间常数对应闭环极点离虚轴距离的倒数
  • 中间结果:时间常数越大过渡过程越慢
  • 卡点:把时间常数与响应速度说成正比
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 一阶系统只有一个时间常数 T,响应单调无振荡
  • 经过一个 T 达到稳态值的 63.2%,3T 达到 95%,4T 达到 98%
  • 调节时间按误差带取 3T(5%)或 4T(2%)
步骤
  • 把传递函数化为标准形式 1/(Ts+1)
  • 读出时间常数 T
  • 按误差带要求给出调节时间
通用考法
  • 本卷考过判断一阶系统时间常数增大对响应快慢的影响
  • 求一阶系统的调节时间与上升时间
  • 由响应曲线求时间常数
  • 比较不同时间常数下响应快慢
常见易错
  • 把 63.2% 对应的时刻记成 50% 对应的时刻
  • 增益 K 不为 1 时仍直接读稳态值
公式
本卷考法
  • 判断家用空调工作过程属于开环还是闭环控制
本卷实例
  • 关键一步:空调按设定温度与实测温度偏差调节
  • 中间结果:按偏差调节说明该过程属于闭环控制
  • 卡点:只看人工设定温度就判为开环
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
  • 本卷考过判断家用空调工作过程属于开环还是闭环控制
  • 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
本卷考法
  • 判断开环增益增大是否同时改善稳定与稳态性能
本卷实例
  • 关键一步:增大增益改善稳态精度却降低稳定性
  • 中间结果:两项性能不会同时单调改善
  • 卡点:忽略增益对稳定裕度的不利影响
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
  • 本卷考过判断开环增益增大是否同时改善稳定与稳态性能
  • 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
本卷考法
  • 判断引入前馈校正是否不影响系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:前馈支路改变系统的结构与传函
  • 中间结果:结构改变可能影响闭环稳定性
  • 卡点:把前馈与反馈校正的作用混为一谈
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 反馈校正可改变被包围环节的特性,抑制参数波动
  • 局部反馈能降低时间常数、提高响应速度
  • 复合控制通过前馈补偿实现给定或扰动不变性
  • 前馈不改变闭环稳定性,可与反馈叠加使用
步骤
  • 确定被包围的环节与反馈通道传递函数
  • 写出等效后的传递函数
  • 按不变性原理列写前馈补偿器条件
  • 求解补偿器并校验可实现性
通用考法
  • 本卷考过判断引入前馈校正是否不影响系统稳定性
  • 设计反馈校正装置改善被包围环节
  • 求前馈补偿器实现不变性
  • 分析复合控制对稳态误差的作用
常见易错
  • 前馈补偿器求出的表达式含高阶微分,不可实现却直接采用
  • 忽略反馈校正可能引起的高频噪声放大
公式
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 判断串联超前校正改善动态特性的机理
本卷实例
  • 关键一步:超前网络在截止频率附近提供正相角
  • 中间结果:正相角抬高相角裕量并减小超调
  • 卡点:把超前校正说成提高低频增益
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
  • 本卷考过判断串联超前校正改善动态特性的机理
  • 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
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 判断稳定充要条件是否为特征根都在右半平面
本卷实例
  • 关键一步:稳定性要求特征根都位于左半开平面
  • 中间结果:右半平面存在特征根即不稳定
  • 卡点:把左半平面与右半平面说反
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
  • 本卷考过判断稳定充要条件是否为特征根都在右半平面
  • 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
  • 判断线性系统三种校正方式的说法是否正确
本卷实例
  • 关键一步:校正方式按接入位置分为串联、反馈与前馈
  • 中间结果:前馈与反馈并非同一类校正方式
  • 卡点:把前馈误写成顺馈
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
  • 本卷考过判断线性系统三种校正方式的说法是否正确
  • 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

三1三1、由阶跃响应求传函与频率特性15 分#

思路
  • 由单位阶跃响应式分解出传递函数 Φ(s),写出频率特性 Φ(jω),再用终值定理求常值输入下的输出稳态值。
本卷考法
  • 由单位阶跃响应分解求系统传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先把响应式各项对应到部分分式
  • 中间结果:由响应与输入拉氏变换之比得传函
  • 卡点:把响应式直接当成传函
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分解求系统传递函数
  • 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
本卷考法
  • 把传递函数中的 s 换为 jω 得频率特性
本卷实例
  • 关键一步:将传函中 s 代换为 jω 并整理
  • 中间结果:频率特性分母为复二次多项式
  • 卡点:整理时漏掉分子常数项
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中的 s 换为 jω 得频率特性
  • 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
  • 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
  • 用终值定理求常值输入下输出稳态值
本卷实例
  • 关键一步:借位 ss_03:此处考输出稳态而非误差
  • 关键一步:对常值输入取零频极限得稳态输出
  • 中间结果:稳态输出与输入幅值及零频增益之积有关
  • 卡点:未判稳就对输出直接用终值定理
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
  • 本卷考过用终值定理求常值输入下输出稳态值
  • 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

三2三2、结构图求多输入传函10 分#

思路
  • 由结构图数独立回路与不接触回路,用梅森公式分别求给定输入与扰动到输出的传递函数。
本卷考法
  • 由结构图用梅森公式求两路传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先数独立回路与两两不接触回路
  • 关键一步:再找前向通路与对应余子式
  • 中间结果:两通道特征式相同、分子各不相同
  • 卡点:题面含图未读图,回路与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
  • 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两路传递函数
  • 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
  • 分别令另一输入为零求单通道传递函数
本卷实例
  • 关键一步:求给定通道时把扰动输入置零
  • 关键一步:求扰动通道时把参考输入置零
  • 中间结果:两通道分母同为系统特征式
  • 卡点:结构图未读图,扰动注入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
  • 本卷考过分别令另一输入为零求单通道传递函数
  • 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

三3三3、按稳态与动态指标选参数#

思路
  • 由开环传函写闭环特征方程,先按斜坡输入稳态误差要求定参数下界,再按超调量与调节时间要求确定另一参数,最后取交集。
本卷考法
  • 由斜坡输入稳态误差上限确定开环增益下界
本卷实例
  • 关键一步:先判稳再写误差传函
  • 关键一步:斜坡误差等于开环增益的倒数
  • 中间结果:由误差上限得到增益的不等式
  • 卡点:未先判稳就取误差极限
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稳态误差上限确定开环增益下界
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由超调量与调节时间要求反推阻尼比与自然频率
本卷实例
  • 关键一步:由超调量公式解出阻尼比上界
  • 关键一步:由调节时间公式解出自然频率下界
  • 中间结果:两个动态指标分别约束两个中间参数
  • 卡点:调节时间把误差带二百分之二写成百分之五
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
  • 本卷考过由超调量与调节时间要求反推阻尼比与自然频率
  • 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
由性能指标要求反求参数 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 在两项性能指标同时满足时确定系统参数
本卷实例
  • 关键一步:把动态指标折算成对时间常数与增益的约束
  • 中间结果:两个约束的交集给出参数的可行范围
  • 卡点:只满足单项指标就下结论
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
  • 本卷考过在两项性能指标同时满足时确定系统参数
  • 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

三4三4、劳斯判据判定特征根分布15 分#

思路
  • 对四阶特征方程列劳斯表,由首列符号变化次数判断不稳定根个数,并说明特征根在复平面上的分布。
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 对四阶特征方程用劳斯表判定稳定性与根分布
本卷实例
  • 关键一步:按特征方程系数列劳斯表并补零缺项
  • 关键一步:数首列符号变化次数得正实部根个数
  • 中间结果:首列符号变化两次说明有两个右半平面根
  • 卡点:首列出现零元时不作辅助方程处理
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
  • 本卷考过对四阶特征方程用劳斯表判定稳定性与根分布
  • 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

三5三5、奈氏图与奈氏判据判稳15 分#

思路
  • 由开环传函求幅相频率特性,确定起点终点与实轴交点,画奈氏曲线后按包围关系判断闭环稳定性。
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由开环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再数包围临界点圈数
  • 中间结果:包围圈数与极点数之差决定右半平面闭环根数
  • 卡点:曲线含积分环节时未补画无穷大圆弧
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
  • 本卷考过由开环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
本卷考法
  • 求开环幅相频率特性并确定曲线走向
本卷实例
  • 关键一步:写出幅频与相频表达式
  • 关键一步:求曲线与负实轴的交点及对应频率
  • 中间结果:起点在无穷远、终点趋于原点
  • 卡点:相角累加时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
  • 本卷考过求开环幅相频率特性并确定曲线走向
  • 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

三6三6、离散系统输出 z 变换15 分#

思路
  • 按离散结构图列出采样点间的关系式,逐层消去中间变量,整理得输出 z 变换 C(z) 的表达式。
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由离散结构图求闭环脉冲传递函数
本卷实例
  • 关键一步:对每个连续环节分别取 z 变换
  • 关键一步:按采样点关系列写并消去中间变量
  • 中间结果:输出 z 变换化为开环脉冲传函的有理式
  • 卡点:结构图未读图,采样开关位置与回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
  • 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
  • 本卷考过由离散结构图求闭环脉冲传递函数
  • 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
z 变换与 z 反变换 离散控制系统
本卷考法
  • 用 z 变换表示输入与输出的采样关系
本卷实例
  • 关键一步:把连续环节传函换成对应的 z 变换
  • 中间结果:各环节按采样开关位置分别取 z 变换
  • 卡点:把两个连续环节直接相乘而未分别采样
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
  • 本卷考过用 z 变换表示输入与输出的采样关系
  • 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

三7三7、由对数幅频图反求校正前后传函25 分#

思路
  • 由开环对数幅频折线读转折频率与低频段高度,反求原系统传函并算相角裕度;再读校正装置折线写出校正装置与校正后开环传函。
本卷考法
  • 由对数幅频折线反求开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先读低频段斜率定系统型别与增益
  • 关键一步:再按转折频率逐段写惯性或微分环节
  • 中间结果:原系统传函由低频高度与两个转折频率确定
  • 卡点:图未读图,转折频率与低频段高度需回原卷核对图
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折线反求开环传递函数
  • 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
  • 由原系统截止频率求相角裕度并判稳
本卷实例
  • 关键一步:把幅值穿越频率代入开环相频表达式
  • 中间结果:相角裕度为负说明原闭环系统不稳定
  • 卡点:把幅值穿越频率与相位穿越频率用反
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
  • 本卷考过由原系统截止频率求相角裕度并判稳
  • 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
滞后校正 系统校正
本卷考法
  • 由校正装置幅频折线判断其为滞后校正
本卷实例
  • 关键一步:比较校正装置零点与极点的转折频率高低
  • 中间结果:转折频率由高到低变化说明为滞后网络
  • 卡点:把滞后校正的转折频率顺序写反
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
  • 本卷考过由校正装置幅频折线判断其为滞后校正
  • 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