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福州大学 812 自动控制理论(含现控) 2021 年真题思维导图

211 院校共 10 题

难度:中等偏难 十道大题覆盖信号流图、含纯延迟根轨迹、由阶跃响应反求传函并求正弦稳态输出、二阶动态性能与稳态误差、主导极点降阶、串联超前校正、劳斯判据、离散系统、描述函数法与指定圆域极点配置;无印分值,题面多处需读图

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1一、信号流图与梅森公式#

思路
  • 由系统结构图先画信号流图,标出各回路与前向通路,再用梅森公式求误差传递函数
本卷考法
  • 由结构图先画信号流图再用梅森公式求传递函数
本卷实例
  • 关键一步:逐个环节确定节点与支路,标出全部回路
  • 中间结果:回路增益、前向通路增益与余子式分别列出
  • 卡点:不接触回路要单独成项,别漏乘
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
  • 本卷考过由结构图先画信号流图再用梅森公式求传递函数
  • 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
多回路系统的逐层化简 结构图与方框图
本卷考法
  • 多回路结构图的逐层化简与交叉反馈处理
本卷实例
  • 关键一步:先理清各反馈环的嵌套关系再逐层化简
  • 中间结果:内环化简结果作为外环的一个环节代入
  • 卡点:结构图以图给出,回路条数需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 从最内层回路开始,逐层向外化简
  • 每个内环先化成一个等效环节,再参与外层的串并联
  • 化简顺序错误会导致式子繁琐但仍可得到正确结果
步骤
  • 标出内环并求其闭环传递函数
  • 把内环替换为等效环节
  • 对新的结构图重复上述步骤,直到单回路
  • 最后求整个系统的闭环传递函数
通用考法
  • 本卷考过多回路结构图的逐层化简与交叉反馈处理
  • 三环及以上系统求闭环传递函数
  • 含局部反馈的系统化简
常见易错
  • 化简内环时把外环的信号当成常数处理

2二、含纯延迟根轨迹与稳定范围#

思路
  • 含纯延迟的开环先用一阶惯性近似,再按根轨迹法则绘制并求与虚轴交点
本卷考法
  • 按绘制法则画含延迟近似后的根轨迹草图
本卷实例
  • 关键一步:写出等效开环的零极点并判断实轴根轨迹段
  • 中间结果:确定渐近线条数、夹角与分离点后画大致走向
  • 卡点:实轴段判据数的是该段右侧实数零极点个数
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含延迟近似后的根轨迹草图
  • 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
本卷考法
  • 求根轨迹与虚轴交点及使系统稳定的临界增益
本卷实例
  • 关键一步:把s=jw代入闭环特征方程并分离实部虚部
  • 中间结果:由实部虚部同时为零解出交点频率与临界增益
  • 卡点:解出后要回到原题核对K与K星的定义差异
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使系统稳定的临界增益
  • 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
  • 纯延迟环节近似后对系统稳定范围的影响
本卷实例
  • 关键一步:把指数延迟用一阶惯性环节近似再作分析
  • 中间结果:近似阶次越高根轨迹越接近真实延迟系统
  • 卡点:近似式只在低频段可信,高频结论需谨慎
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 延迟环节 e^{-τs} 的幅值为 1、相位为 -τω,只恶化相位
  • 延迟会显著缩小稳定域,τ 越大越难稳定
  • 频域判据需用相位裕度扣除延迟引起的附加滞后
步骤
  • 写出含延迟的开环传递函数
  • 分别求幅值与相位表达式
  • 在相频特性中扣除 τω 的滞后量
  • 按稳定裕度或奈氏判据求临界 τ 或临界 K
通用考法
  • 本卷考过纯延迟环节近似后对系统稳定范围的影响
  • 求使系统稳定的最大延迟时间
  • 求含延迟系统的临界开环增益
  • 分析延迟对稳定裕度的影响
常见易错
  • 把延迟环节当成惯性环节处理
  • 相位计算时忘记角度与弧度换算
公式

3三、由阶跃响应求正弦稳态输出#

思路
  • 把给定的非零初始条件阶跃响应分离出零状态部分,反求传函后再求正弦输入的稳态输出
本卷考法
  • 由阶跃响应表达式反求系统的传递函数
本卷实例
  • 关键一步:对阶跃响应作拉氏变换并与标准二阶形式比较
  • 中间结果:由响应系数确定自然频率、阻尼比与增益
  • 卡点:非零初始条件使响应含自由分量,需先分离零状态部分
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
  • 本卷考过由阶跃响应表达式反求系统的传递函数
  • 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
  • 由传递函数求正弦输入的稳态输出幅值与相角
本卷实例
  • 关键一步:把s=jw代入传函分别求幅频与相频
  • 中间结果:稳态输出幅值为输入幅值乘幅频,相角叠加相频
  • 卡点:输入含初相时相角要一并累加,别只算幅值
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
  • 本卷考过由传递函数求正弦输入的稳态输出幅值与相角
  • 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

4四、二阶系统动态性能与稳态误差#

思路
  • 由结构图写闭环传函并化为标准二阶,按定义求动态指标与斜坡稳态误差
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由闭环标准二阶参数求超调量与调节时间
本卷实例
  • 关键一步:先把闭环传函化为标准二阶形式提取阻尼比
  • 中间结果:再由阻尼比算出超调量与指定误差带的调节时间
  • 卡点:两种误差带的调节时间系数不同,别混用
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
  • 本卷考过由闭环标准二阶参数求超调量与调节时间
  • 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
  • 由给定阻尼比反求反馈通道的待定参数
本卷实例
  • 关键一步:比较标准二阶的一次项系数建立方程
  • 中间结果:由阻尼比方程解出待定参数b
  • 卡点:反馈参数出现在一次项,别误配到常数项
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
  • 本卷考过由给定阻尼比反求反馈通道的待定参数
  • 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
本卷考法
  • 求单位斜坡输入下闭环系统的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先判断系统型别与开环增益再套稳态误差公式
  • 中间结果:误差系数由开环传函的低频段结构决定
  • 卡点:未判稳就使用终值定理会得到无意义结果
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
  • 本卷考过求单位斜坡输入下闭环系统的稳态误差
  • 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

5五、闭环主导极点与动态指标#

思路
  • 由给定闭环极点代入特征方程求开环增益,再用主导极点对估算超调与调节时间
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
  • 判断给定闭环极点能否作为主导极点并估算性能
本卷实例
  • 关键一步:比较各闭环极点到虚轴的距离与留数大小
  • 中间结果:主导极点对决定响应主模态,其余极点影响较小
  • 卡点:第三个极点距虚轴不够远时不能简单忽略
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
  • 本卷考过判断给定闭环极点能否作为主导极点并估算性能
  • 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
本卷考法
  • 由闭环极点位置写出响应的大致模态
本卷实例
  • 关键一步:由极点实部判断收敛快慢,虚部判断振荡
  • 中间结果:极点对对应二阶振荡模态,实极点对应单调模态
  • 卡点:零点位置会改变各模态权重,不能只看极点
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
  • 本卷考过由闭环极点位置写出响应的大致模态
  • 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

6六、串联超前校正设计#

思路
  • 由稳态误差要求定开环增益,把谐振峰值与截止频率要求折算成频域指标,再设计超前网络
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 设计串联超前校正装置满足相角裕度与截止频率要求
本卷实例
  • 关键一步:由稳态误差先定开环增益并评价未校正裕度
  • 中间结果:补偿角由目标裕度减去未校正裕度再留余量
  • 卡点:截止频率移动会带来附加相角损失,要一并扣除
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
  • 本卷考过设计串联超前校正装置满足相角裕度与截止频率要求
  • 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
  • 把谐振峰值与稳态误差要求折算成校正设计指标
本卷实例
  • 关键一步:由性能指标判断该选超前还是滞后校正
  • 中间结果:截止频率要求偏高时优先考虑超前校正
  • 卡点:多项频域指标要同时满足,不能只顾一项
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
  • 本卷考过把谐振峰值与稳态误差要求折算成校正设计指标
  • 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
本卷考法
  • 绘制校正前后开环对数幅频渐近线
本卷实例
  • 关键一步:由各转折频率逐段改变斜率累加得到渐近线
  • 中间结果:低频段高度由型别与开环增益共同决定
  • 卡点:逐段改斜率是累加不是替换,别写错
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 熟记 lg2≈0.3、lg5≈0.7、20lg2≈6dB
  • 从低频段开始逐段按各环节转折频率改变斜率
  • 低频段斜率由系统型别决定,高度由开环增益决定
  • 每经过一个转折频率斜率就叠加该环节的斜率变化
步骤
  • 把开环传递函数写成典型环节的标准乘积
  • 确定系统型别与开环增益,画出最低频段渐近线
  • 按转折频率从小到大逐段改斜率
  • 逐点叠加得到幅频与相频曲线
通用考法
  • 本卷考过绘制校正前后开环对数幅频渐近线
  • 绘制开环对数渐近幅频特性
  • 计算指定频率处的幅值与相角
  • 由低频段斜率与高度判断型别与增益
常见易错
  • 逐段改斜率时忘记累加而非替换
  • 低频段起始高度没有乘上型别的 -20v dB/dec
公式

7七、闭环极点个数与稳定范围#

思路
  • 由结构图写闭环特征方程列劳斯表,数首列变号次数得右半平面极点个数并求稳定参数范围
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯表判断右半平面闭环极点个数
本卷实例
  • 关键一步:由结构图写开环传函再列闭环特征方程
  • 中间结果:首列符号改变次数等于右半平面闭环极点数
  • 卡点:系数缺项时要补零,首列出现零要用eps法
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
  • 本卷考过用劳斯表判断右半平面闭环极点个数
  • 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
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 由劳斯表首列全正求稳定的参数范围
本卷实例
  • 关键一步:令劳斯表首列各元素大于零得到不等式组
  • 中间结果:各不等式取交集才是稳定参数范围
  • 卡点:只列部分首列元素会漏掉约束条件
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
  • 本卷考过由劳斯表首列全正求稳定的参数范围
  • 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

8八、离散系统稳定性与前两拍输出#

思路
  • 由连续环节与零阶保持器求开环脉冲传函,判稳后由闭环脉冲传函求前两拍输出
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由连续环节与零阶保持器求开环脉冲传函
本卷实例
  • 关键一步:先对被控对象作部分分式再逐项求z变换
  • 中间结果:零阶保持器的因子乘在z变换结果之外
  • 卡点:两个连续环节之间没有采样开关时不能直接相乘
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
  • 本卷考过由连续环节与零阶保持器求开环脉冲传函
  • 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
  • 由闭环特征方程判断离散系统的稳定性
本卷实例
  • 关键一步:把闭环脉冲传函的分母整理成z的多项式
  • 中间结果:特征根模全部小于一才是稳定
  • 卡点:z平面稳定域是单位圆内,别与s平面混淆
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判断离散系统的稳定性
  • 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

9九、描述函数法分析非线性系统#

思路
  • 写出非线性环节的描述函数,令负倒描述函数与线性部分频率特性相交,判断自振
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 写出给定非线性特性的描述函数表达式
本卷实例
  • 关键一步:按非线性特性分段积分求一次谐波幅值
  • 中间结果:死区继电等特性的描述函数与振幅有关
  • 卡点:描述函数只保留一次谐波,忽略高次谐波
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 描述函数是非线性环节在正弦输入下的等效复放大倍数
  • 描述函数是输入幅值的函数,与频率无关
  • 只适用于非线性环节输入近似为正弦、线性部分具有低通滤波特性的系统
  • 描述函数法用来判断自振的存在与参数
步骤
  • 写出非线性环节在正弦输入下的输出表达式
  • 取输出的一次谐波分量求基波幅值与相位
  • 按定义求描述函数 N(A)
  • 与线性部分特性联立判断自振
通用考法
  • 本卷考过写出给定非线性特性的描述函数表达式
  • 求饱和、死区、继电特性等典型非线性的描述函数
  • 说明描述函数法的适用条件
  • 指出描述函数与频率特性的区别
常见易错
  • 把描述函数当成频率的函数
  • 忽略一次谐波近似带来的误差条件
公式
本卷考法
  • 用负倒描述函数与频率特性曲线判断自振
本卷实例
  • 关键一步:作出负倒描述函数曲线与线性部分频率特性
  • 中间结果:两曲线交点对应自振频率与振幅
  • 卡点:必须画负倒描述函数,不能画描述函数本身
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 自振条件为 G(jω)N(A)=-1,即线性部分特性与负倒描述函数曲线相交
  • 交点给出自振频率 ω 与自振幅值 A
  • 负倒描述函数曲线上幅值增大的方向决定自振是否稳定
  • 交点处两条曲线的走向关系决定极限环稳定性
步骤
  • 求线性部分的频率特性 G(jω)
  • 求非线性环节的负倒描述函数 -1/N(A) 并确定 A 的增大方向
  • 在同一复平面上画两条曲线并求交点
  • 由交点处的走向判断自振是否存在且稳定,读出 ω 与 A
通用考法
  • 本卷考过用负倒描述函数与频率特性曲线判断自振
  • 判断系统是否产生自持振荡
  • 求自振频率与自振幅值
  • 分析参数变化对自振的影响
常见易错
  • 画的是 N(A) 而不是负倒描述函数 -1/N(A)
  • 未标注 A 的增大方向就判断稳定性
  • 把交点频率当成截止频率
公式

10十、指定圆域内的极点配置#

思路
  • 作变量平移把指定圆域化为左半平面,再对平移后的特征方程用劳斯判据
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据确定闭环极点落在指定圆内的参数范围
本卷实例
  • 关键一步:令新变量等于原变量减去圆心横坐标实现平移
  • 中间结果:平移后特征方程首列全正等价于极点都在圆内
  • 卡点:平移后的特征方程要重新整理,别直接套原式
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
  • 本卷考过用劳斯判据确定闭环极点落在指定圆内的参数范围
  • 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
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 由劳斯不等式组求满足圆域约束的参数范围
本卷实例
  • 关键一步:把圆域条件转化为对新变量实部为负的条件
  • 中间结果:劳斯表首列大于零的不等式组取交集
  • 卡点:结构图以图给出,需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由劳斯不等式组求满足圆域约束的参数范围
  • 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