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南京理工大学 873 自动控制理论(含现控) 2018 年真题思维导图

211 院校共 10 题

难度:中等偏难 全卷大题一至十共10题,覆盖多回路结构图求传函、两级RC移相电路的传函与频率特性、由结构图与斜坡误差反求二阶参数、奈氏判据求参数稳定条件、滞后校正设计、采样系统判稳、状态反馈极点配置、可控可观参数范围、非线性平衡点李雅普诺夫判稳、非奇异变换下可观测性不变的证明;两源均未印任何分值。

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1第1题 多回路结构图求传函#

思路
  • 由结构图用梅森增益公式求闭环传递函数:先找前向通路与各回路增益,再判断互不接触回路对写特征式;题面含图未读图。
本卷考法
  • 用梅森公式由多回路结构图求闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:分别列出各前向通路与三条回路增益
  • 中间结果:两条前向通路共用同一特征式
  • 卡点:互不接触回路对漏算致特征式少项;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
  • 本卷考过用梅森公式由多回路结构图求闭环传函
  • 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
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
本卷实例
  • 关键一步:按回路嵌套顺序由内环向外环化简
  • 中间结果:逐层化简后化为单回路形式
  • 卡点:化简内环时把外环信号当成常数
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
  • 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第2题 两级RC移相电路频率特性#

思路
  • 先按复阻抗列电路方程求传递函数,再写幅频与相频表达式;第二问由相移为负90度定RC关系,再代入求幅值衰减倍数;题面含图未读图。
电路网络与有源网络建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 由两级RC网络列方程求传递函数
本卷实例
  • 关键一步:用复阻抗写分压或节点电流方程
  • 中间结果:传函分母为s的二次多项式
  • 卡点:电容复阻抗误写成Cs
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 无源网络用复阻抗分压或节点法
  • 含运放的网络使用虚短与虚断两个条件
  • 有源滤波器与 RC 网络是常见载体
步骤
  • 画出复阻抗等效电路
  • 用分压公式或节点电流方程列写关系
  • 整理为输出与输入的比值
通用考法
  • 本卷考过由两级RC网络列方程求传递函数
  • RC 网络或有源滤波器求传递函数
  • 求运算电路的输出表达式
常见易错
  • 含运放时忽略虚短虚断导致方程数不足
  • 把反相输入的负号漏掉
公式
本卷考法
  • 由传递函数写幅频相频并求指定频率处幅值
本卷实例
  • 关键一步:把s换成jω后分离模与相角
  • 中间结果:相移负90度对应分母实部为零
  • 卡点:相角累加时漏掉环节相位移;需回原卷核对图
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写幅频相频并求指定频率处幅值
  • 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

3第3题 由结构图与稳态误差反求二阶参数#

思路
  • 由结构图写闭环特征式并化为二阶标准形式,分别求ωn与ξ;再由ξ值与斜坡稳态误差限反解待求参数。题面含图未读图。
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 含局部反馈的结构图求闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:先写内环等效再串入前向通道
  • 中间结果:内环反馈给特征式引入附加一次项
  • 卡点:负反馈分母写成1减GH
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
  • 本卷考过含局部反馈的结构图求闭环传函
  • 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
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
  • 由闭环特征式求ωn与ξ
本卷实例
  • 关键一步:把闭环分母化为首一标准二阶式
  • 中间结果:常数项为ωn平方,一次项系数为2ξωn
  • 卡点:未先把s平方项系数归一
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
  • 本卷考过由闭环特征式求ωn与ξ
  • 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
由性能指标要求反求参数 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由阻尼比与稳态误差反求元件参数
本卷实例
  • 关键一步:用ξ条件与误差条件分别列方程
  • 中间结果:两条件联立定出待求参数
  • 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
  • 本卷考过由阻尼比与稳态误差反求元件参数
  • 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
  • 求单位斜坡输入下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:按系统型别写速度误差系数
  • 中间结果:斜坡误差等于输入斜率除以速度误差系数
  • 卡点:把输入斜率漏乘进误差
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
  • 本卷考过求单位斜坡输入下的稳态误差
  • 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

4第4题 奈氏判据求参数稳定条件#

思路
  • 对给定开环写幅相表达式并求与负实轴交点;由奈氏判据列稳定不等式,再分三种参数情形分别讨论。
本卷考法
  • 写开环幅相表达式并求与负实轴交点
本卷实例
  • 关键一步:代jω后令虚部为零求穿越频率
  • 中间结果:穿越频率由两个惯性环节时间常数定出
  • 卡点:相角累加时漏掉积分环节的负90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
  • 本卷考过写开环幅相表达式并求与负实轴交点
  • 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
  • 用奈氏判据确定闭环稳定的开环增益范围
本卷实例
  • 关键一步:先数开环右半平面极点数再判包围关系
  • 中间结果:稳定要求交点幅值落在临界点右侧
  • 卡点:把包围圈数正负号定义搞反
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确定闭环稳定的开环增益范围
  • 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
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 求各参数单独变化时的稳定域
本卷实例
  • 关键一步:把交点幅值条件化为关于待求参数的不等式
  • 中间结果:三种情形分别给出增益或时间常数范围
  • 卡点:只列一个不等式漏掉参数大于零的约束
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
  • 本卷考过求各参数单独变化时的稳定域
  • 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

5第5题 串联滞后校正设计#

思路
  • 由静态速度误差系数要求定开环增益,再求未校正系统相角裕度,选滞后网络在指定截止频率处提供衰减与少量滞后相角,由衰减量定网络参数并校验裕度。题面含图未读图。
滞后校正 系统校正
本卷考法
  • 设计串联滞后校正装置满足相角裕度与截止频率
本卷实例
  • 关键一步:先按裕度要求选校正后截止频率再让滞后网络提供衰减
  • 中间结果:滞后网络两个转折频率都取在截止频率左侧
  • 卡点:转折频率取得过高致相位滞后抵消增益改善;需回原卷核对图
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
  • 本卷考过设计串联滞后校正装置满足相角裕度与截止频率
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 校验校正后相角裕度是否满足要求
本卷实例
  • 关键一步:求校正后截止频率处相角再算裕度
  • 中间结果:相角裕度为180度减该处相角
  • 卡点:把截止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
  • 本卷考过校验校正后相角裕度是否满足要求
  • 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
  • 由斜坡误差系数要求确定开环增益
本卷实例
  • 关键一步:按速度误差系数把误差限化为增益取值
  • 中间结果:误差限给出开环增益的具体取值
  • 卡点:把速度误差系数与开环增益混同
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
  • 本卷考过由斜坡误差系数要求确定开环增益
  • 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

6第6题 采样系统判稳#

思路
  • 由采样系统结构图求开环脉冲传函与闭环特征方程,判特征根模是否小于一,或作w变换后列劳斯表求稳定K范围。题面含图未读图。
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 求含采样开关与保持器的开环脉冲传函
本卷实例
  • 关键一步:对连续部分作z变换并乘零阶保持器因子
  • 中间结果:开环脉冲传函化为z的有理式
  • 卡点:漏乘1减z负一次因子;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
  • 本卷考过求含采样开关与保持器的开环脉冲传函
  • 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
  • 由闭环特征方程求离散系统稳定K范围
本卷实例
  • 关键一步:作w变换后对特征多项式列劳斯表
  • 中间结果:稳定条件给出一组关于K的不等式
  • 卡点:把稳定条件写成实部小于零而非模小于一
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求离散系统稳定K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

7第7题 状态反馈极点配置#

思路
  • 先判能控性,令状态反馈闭环特征式等于期望极点多项式比较系数求增益阵,再写出闭环动态方程并由状态空间求闭环传递函数。
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 构造能控性矩阵判断极点可配置性
本卷实例
  • 关键一步:按能控性矩阵是否满秩判断可配置性
  • 中间结果:系统完全能控故可配置任意极点
  • 卡点:只算到A的n减2次方乘B就下结论
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
  • 本卷考过构造能控性矩阵判断极点可配置性
  • 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
  • 由期望闭环极点求状态反馈增益阵
本卷实例
  • 关键一步:令A减BK的特征式等于期望极点多项式
  • 中间结果:比较系数解出各反馈增益
  • 卡点:特征多项式比较系数时符号写反
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
  • 本卷考过由期望闭环极点求状态反馈增益阵
  • 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
本卷考法
  • 由闭环状态空间求闭环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:用C乘sI减A加BK的逆乘B算传函
  • 中间结果:闭环极点与期望配置位置一致
  • 卡点:由状态空间求传函时漏掉直接传递项
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 由状态空间求传递函数为 C(sI-A)^{-1}B+D
  • 传递函数只反映能控能观子系统,含零极点对消
  • 系统的特征值等于传递函数的极点
  • 同一传递函数对应的状态空间实现不唯一
步骤
  • 计算 (sI-A)^{-1}
  • 按公式求 G(s)=C(sI-A)^{-1}B+D
  • 与已知传递函数比对,判断是否发生零极点对消
通用考法
  • 本卷考过由闭环状态空间求闭环传递函数
  • 由状态空间表达式求传递函数
  • 判断状态空间实现是否存在零极点对消
  • 比较不同实现对应的传递函数是否相同
常见易错
  • 漏掉直接传递项 D
  • 把特征值个数与传递函数极点数直接等同而不检查对消
公式

8第8题 可控与可观参数范围#

思路
  • 由A、B构造能控性矩阵行列式条件,由A、C构造能观性矩阵行列式条件,分别解出参数的取值范围并取交集。
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 由能控能观矩阵非奇异求参数取值范围
本卷实例
  • 关键一步:分别写出能控矩阵与能观矩阵并令行列式非零
  • 中间结果:两条件分别约束两个参数的取值范围
  • 卡点:把能控与能观判据的矩阵构造搞混
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
  • 本卷考过由能控能观矩阵非奇异求参数取值范围
  • 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

9第9题 非线性系统平衡点与李雅普诺夫判稳#

思路
  • 先令导数为零求平衡状态,再构造径向对称的二次型李雅普诺夫函数,判断其正定性并求沿轨线导数的符号以判定渐近稳定。
李雅普诺夫稳定性分析 状态空间分析
本卷考法
  • 构造李雅普诺夫函数判断非线性系统渐近稳定
本卷实例
  • 关键一步:取状态二次型后代入状态方程求其导数符号
  • 中间结果:导数负定说明原点渐近稳定
  • 卡点:只判函数正定而未检查其导数
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 第一法通过线性化系统的特征值判断原系统的局部稳定性
  • 第二法用李雅普诺夫函数直接判断稳定性,无需解方程
  • 李雅普诺夫函数正定且其导数为负定则渐近稳定
  • 线性定常系统中李雅普诺夫方程有正定解等价于系统稳定
步骤
  • 选取或构造李雅普诺夫函数
  • 沿系统轨迹求其对时间的导数
  • 判断函数与导数的正负定性
  • 据此得出稳定性结论
通用考法
  • 本卷考过构造李雅普诺夫函数判断非线性系统渐近稳定
  • 用李雅普诺夫方程判断系统稳定性
  • 构造李雅普诺夫函数证明渐近稳定
  • 分析非线性系统的稳定性范围
常见易错
  • 李雅普诺夫方程中 P、Q 的角色混用
  • 只判断 V 正定就下结论而未检查导数
公式
非线性系统的特点 非线性系统
本卷考法
  • 说明非线性系统稳定性分析的特点
本卷实例
  • 关键一步:按原非线性方程直接分析而不先线性化
  • 中间结果:平衡状态由状态方程联立解出
  • 卡点:把非线性项线性化后沿用全部线性结论
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 不满足叠加原理,输出与初始条件、输入幅值都有关
  • 可能出现自持振荡即极限环
  • 响应可能对初始条件敏感,出现跳跃谐振
  • 线性系统的稳定性概念需要推广为局部稳定性
步骤
  • 确认系统含明显非线性环节
  • 判断该非线性是本质非线性还是可线性化的弱非线性
  • 按非线性分析方法选择描述函数法或相平面法
通用考法
  • 本卷考过说明非线性系统稳定性分析的特点
  • 说明非线性系统与线性系统的本质差别
  • 指出同步振荡、跳跃谐振等特有现象
  • 判断某系统应选用哪种分析方法
常见易错
  • 把非线性环节线性化后直接沿用线性理论的全部结论
  • 认为非线性系统一定不稳定

10第10题 非奇异变换下可观测性不变#

思路
  • 设非奇异线性变换把状态重新表示,写出变换后的状态空间,再比较变换前后能观性矩阵的秩相等,从而证明可观测性不变。
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 证明非奇异线性变换不改变系统可观测性
本卷实例
  • 关键一步:比较变换前后能观性矩阵的秩相等
  • 中间结果:变换后能观性矩阵等于原矩阵左乘非奇异阵
  • 卡点:只写矩阵形式而未说明秩不变的理由
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
  • 本卷考过证明非奇异线性变换不改变系统可观测性
  • 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