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福州大学 812 自动控制理论(含现控) 2023 年真题思维导图

211 院校共 10 题

难度:中等偏难 十道大题覆盖由传递关系画结构图、高阶系统降阶与指标反求、复合输入稳态误差、由共轭极点与阻尼角求参数、参数根轨迹、由裕度与闭环幅频反求参数、劳斯与奈氏判据等价性证明、串联超前校正、离散系统脉冲传函与稳态误差、描述函数法求参数;无印分值,多题含图

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1一、由传递关系画结构图并求传函#

思路
  • 把三条代数关系式整理成环节框图,用等效变换分别求参考输入与扰动输入的传递函数
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 用串联并联与反馈等效化简结构图求传函
本卷实例
  • 关键一步:先把每个关系式画成一个环节再按信号流向连接
  • 中间结果:结构图化简后分别得到两条输入到输出的通路
  • 卡点:反馈极性决定分母用加还是用减
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
  • 本卷考过用串联并联与反馈等效化简结构图求传函
  • 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
本卷考法
  • 分别求参考输入与扰动输入作用下的传递函数
本卷实例
  • 关键一步:求扰动传函时令参考输入为零
  • 中间结果:两个输入的传函分母相同分子不同
  • 卡点:多输入时应分别求再叠加,不能直接相加
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输入作用下的传递函数
  • 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

2二、高阶系统降阶与指标反求参数#

思路
  • 由超调量与峰值时间求标准二阶参数,再把高阶闭环特征方程分解出一对主导极点因式比较系数定a、K
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
  • 把含主导极点对的高阶系统近似降为二阶
本卷实例
  • 关键一步:把闭环特征方程分解成主导极点对与实极点因式
  • 中间结果:忽略远处实极点的依据是它距虚轴更远
  • 卡点:降阶前要确认主导极点对的留数占主要成分
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
  • 本卷考过把含主导极点对的高阶系统近似降为二阶
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由超调量与峰值时间求阻尼比与自然频率
本卷实例
  • 关键一步:由超调量公式反求阻尼比,再由峰值时间求自然频率
  • 中间结果:两个指标联立可唯一确定标准二阶参数
  • 卡点:峰值时间与调节时间的公式别混用
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
  • 本卷考过由超调量与峰值时间求阻尼比与自然频率
  • 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
  • 由性能指标反求高阶系统的开环参数
本卷实例
  • 关键一步:把标准二阶特征式与分解后的方程逐项比较
  • 中间结果:比较系数得到含a与K的方程组
  • 卡点:方程有多组解时要回代检验哪组满足主导极点假设
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
  • 本卷考过由性能指标反求高阶系统的开环参数
  • 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

3三、复合输入下的稳态误差#

思路
  • 分别求参考输入与扰动输入引起的误差,利用叠加原理相加得到总稳态误差
本卷考法
  • 求斜坡参考输入下系统的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先判断系统型别再选对应的静态误差系数
  • 中间结果:斜坡误差与速度误差系数成反比
  • 卡点:组合输入要按分量分别求误差
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
  • 本卷考过求斜坡参考输入下系统的稳态误差
  • 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
本卷考法
  • 求阶跃扰动输入引起的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:写出扰动误差传函并令参考输入为零
  • 中间结果:由终值定理求扰动误差的稳态值
  • 卡点:扰动误差与参考误差要相加才是总误差
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 扰动误差与输入误差必须分开计算再叠加
  • 扰动误差取决于扰动作用点到误差点的传递函数
  • 增大扰动点前的增益可减小扰动误差
步骤
  • 令参考输入为零,求扰动到误差的传递函数
  • 代入扰动信号求稳态值
  • 与输入引起的误差叠加
通用考法
  • 本卷考过求阶跃扰动输入引起的稳态误差
  • 求扰动引起的稳态误差
  • 比较扰动与输入对误差的不同影响
  • 分析提高前向增益的作用
常见易错
  • 把扰动误差直接当作总误差,遗漏输入分量
  • 求扰动传函时没有把参考输入置零
公式

4四、由共轭极点与阻尼角求参数#

思路
  • 由阻尼角确定阻尼比,写出共轭极点对因式,与闭环特征方程比较系数求k、a及实数极点
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
  • 由阻尼角和极点位置确定闭环二阶参数
本卷实例
  • 关键一步:阻尼角的正切与阻尼比满足固定三角关系
  • 中间结果:由极点的实部与虚部写出对应的二次因式
  • 卡点:阻尼角是极点与负实轴夹角,别与相角裕度混淆
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
  • 本卷考过由阻尼角和极点位置确定闭环二阶参数
  • 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
  • 由特征方程因式分解求全部闭环极点
本卷实例
  • 关键一步:将二次因式与一次因式相乘展开后比较系数
  • 中间结果:由常数项与一次项分别解出待定参数
  • 卡点:比较系数前要把特征方程整理成首一形式
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
  • 本卷考过由特征方程因式分解求全部闭环极点
  • 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

5五、参数根轨迹分离点与实根条件#

思路
  • 把特征方程整理成以k为增益的参数根轨迹,求分离点条件定a,再由全为实根的条件求开环增益
分离点与会合点 根轨迹法
本卷考法
  • 求参数根轨迹的分离点并筛选有效解
本卷实例
  • 关键一步:把特征方程整理成等效开环后对参数求导
  • 中间结果:分离点方程的解要落在实轴根轨迹段内
  • 卡点:求导后得到的解必须代回检验是否在根轨迹上
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
  • 本卷考过求参数根轨迹的分离点并筛选有效解
  • 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
  • 按绘制法则画含参数系统的根轨迹草图
本卷实例
  • 关键一步:先按参数大小分区间讨论实轴上根轨迹段
  • 中间结果:渐近线条数与夹角由开环零极点个数差决定
  • 卡点:参数取值不同根轨迹形状不同,要分情况画
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参数系统的根轨迹草图
  • 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
  • 由根轨迹上实根条件确定开环增益
本卷实例
  • 关键一步:三个特征根都为实数对应根轨迹在实轴上的会合
  • 中间结果:由分离点处参数值反求对应的开环增益
  • 卡点:开环增益与根轨迹增益相差一个零极点系数
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
  • 本卷考过由根轨迹上实根条件确定开环增益
  • 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

6六、由裕度与闭环幅频求参数及稳态输出#

思路
  • 由相角裕度条件与闭环幅频条件联立求a、K,再由闭环频率特性求正弦输入的稳态输出
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 由相角裕度条件求开环参数间的关系
本卷实例
  • 关键一步:在截止频率处令开环相角等于负180度加裕度
  • 中间结果:由相角条件得到截止频率与参数的关系式
  • 卡点:闭环幅频条件要在同一输入频率下使用
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
  • 本卷考过由相角裕度条件求开环参数间的关系
  • 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
  • 由闭环幅频特性给定值反求开环参数
本卷实例
  • 关键一步:写出闭环频率特性表达式并代入给定频率
  • 中间结果:由幅频等于给定值建立第二个方程
  • 卡点:闭环幅频与开环幅频不是同一个量,别混用
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 谐振峰值 Mr 越大振荡越强,通常要求 Mr 在 1.1 到 1.5 之间
  • 谐振频率 ωr 与峰值时间相关
  • 带宽频率 ωb 越大响应越快但抗噪能力下降
  • 由等 M 圆与等 N 圆可由开环频率特性求闭环特性
步骤
  • 由开环频率特性求闭环频率特性
  • 读出谐振峰值、谐振频率与带宽
  • 按经验公式估计超调量与调节时间
通用考法
  • 本卷考过由闭环幅频特性给定值反求开环参数
  • 由闭环幅频特性求谐振峰值与带宽
  • 由 Mr 估算超调量
  • 分析带宽与响应速度的关系
常见易错
  • 当 ξ>0.707 时仍套用谐振峰值公式
  • 把开环谐振与闭环谐振混为一谈
公式
本卷考法
  • 求正弦输入下闭环系统的稳态输出
本卷实例
  • 关键一步:由闭环传函求输入频率处的幅频与相频
  • 中间结果:稳态输出为同频正弦,幅值与相角由闭环保定
  • 卡点:相频可能有多个分支,要选物理上连续的那个
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
  • 本卷考过求正弦输入下闭环系统的稳态输出
  • 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

7七、劳斯与奈氏判据等价性证明#

思路
  • 先由劳斯判据写出稳定条件,再求开环频率特性与负实轴交点并用奈氏判据证明条件等价
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由三阶特征方程用劳斯判据写出稳定条件
本卷实例
  • 关键一步:列劳斯表并令首列各元素大于零
  • 中间结果:稳定条件归结为系数为正且首列第二行大于零
  • 卡点:缺项或首列为零时要按特殊情形处理
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判据写出稳定条件
  • 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
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用奈氏判据写出同一系统的稳定条件并比较
本卷实例
  • 关键一步:求开环频率特性与负实轴交点的频率与幅值
  • 中间结果:令交点幅值绝对值小于一得到奈氏稳定条件
  • 卡点:开环有积分环节时曲线起点在无穷远处
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
  • 本卷考过用奈氏判据写出同一系统的稳定条件并比较
  • 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

8八、串联超前校正设计#

思路
  • 由稳态误差要求定开环增益,评价未校正裕度,再按相角裕度与截止频率要求设计超前网络并画对数幅频
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 设计串联超前校正满足相角裕度与截止频率要求
本卷实例
  • 关键一步:由稳态误差要求先确定开环增益
  • 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:截止频率提高会带来附加相角滞后,要计入补偿
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
  • 将多项频域与时域指标折算为校正设计条件
本卷实例
  • 关键一步:把稳态误差要求换算成开环增益的下界
  • 中间结果:把相角裕度与截止频率作为设计约束
  • 卡点:截止频率要求较高时超前校正更合适
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
  • 本卷考过将多项频域与时域指标折算为校正设计条件
  • 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特性曲线
本卷实例
  • 关键一步:由各转折频率逐段累加斜率画渐近线
  • 中间结果:低频段高度由系统型别与开环增益决定
  • 卡点:校正后新增的转折频率要一并计入
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特性曲线
  • 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

9九、离散系统脉冲传函与稳态误差#

思路
  • 由零阶保持器与被控对象求开环脉冲传函,写闭环脉冲传函,再由静态误差系数求稳态误差
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环节求闭环脉冲传函
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:零阶保持器因子乘在z变换结果外得到开环脉冲传函
  • 卡点:带零阶保持器的脉冲传函与直接z变换结果不同
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环节求闭环脉冲传函
  • 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
离散系统的稳态误差 离散控制系统
本卷考法
  • 由离散系统型别求采样输入下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:由开环脉冲传函在z等于一处的极点个数判断型别
  • 中间结果:求速度误差系数后按输入斜率算稳态误差
  • 卡点:离散稳态误差公式中的采样周期不能漏掉
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
  • 本卷考过由离散系统型别求采样输入下的稳态误差
  • 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

10十、描述函数法求非线性参数#

思路
  • 由死区继电特性的描述函数写出负倒描述函数,令其与线性部分频率特性相等,由自振频率与振幅条件解出K、a
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 写出死区继电特性的描述函数并取负倒数
本卷实例
  • 关键一步:按题给描述函数表达式代入振幅求负倒值
  • 中间结果:负倒描述函数只与振幅有关,不含频率
  • 卡点:描述函数法只取一次谐波,高次谐波被忽略
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
  • 本卷考过写出死区继电特性的描述函数并取负倒数
  • 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
  • 由自振频率与振幅条件反求线性部分参数
本卷实例
  • 关键一步:令负倒描述函数与线性部分频率特性相等
  • 中间结果:分离实部虚部并代入已知自振频率与振幅
  • 卡点:自振频率对应相角负180度这个条件要单独用
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
  • 本卷考过由自振频率与振幅条件反求线性部分参数
  • 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