←择校首页控制考研真题思维导图真题思维导图

内蒙古大学 867 自动控制原理 2022 年真题思维导图

211 院校共 8 题

难度:中等 8 题:汽车缓振系统建模、由动态指标反求二阶参数、由阻尼比与稳态误差确定增益、根轨迹绘制、Bode 反求与阶跃响应、采样系统稳态误差、描述函数自振、李雅普诺夫稳定性

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汽车缓振系统建模#

思路
  • 汽车缓振系统(车厢、车轮、缓振簧、充气轮胎、缓振器):建立微分方程并求位移传递函数
机械系统建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 对两质量块经弹簧与阻尼连接的系统列动力学方程
本卷实例
  • 关键一步:分别对车厢与车轮用牛顿第二定律画受力分析
  • 中间结果:每块质量列出含弹簧力与阻尼力的二阶微分方程
  • 卡点:系统结构以图给出,质量块与弹簧连接需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 依据牛顿第二定律或达朗贝尔原理列方程
  • 三种基本元件:质量 m、粘性阻尼 f、弹簧 k
  • 同一方向取正,反向取负,逐项列出合力
步骤
  • 选定正方向并作受力分析
  • 分别写出质量、阻尼、弹簧对应的力
  • 按 F=ma 列写运动方程
  • 取拉氏变换整理成传递函数
通用考法
  • 本卷考过对两质量块经弹簧与阻尼连接的系统列动力学方程
  • 弹簧-质量-阻尼系统求位移对力的传递函数
  • 两质量块经弹簧阻尼连接的系统建模
常见易错
  • 阻尼力与弹簧力的正负方向取反
  • 多质量系统漏掉相互作用力的反作用项
公式
本卷考法
  • 由机械系统微分方程求位移传递函数
本卷实例
  • 关键一步:对微分方程组取拉氏变换并整理成位移之比
  • 中间结果:消去中间位移变量得到目标位移传递函数
  • 卡点:两式联立时相互作用力的反作用项容易漏
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 电路用复阻抗法:电阻 R、电感 Ls、电容 1/(Cs)
  • 机械平移系统三种元件:质量 m、阻尼 f、弹簧 k
  • 先列物理定律方程,再消去中间变量
  • 列方程的依据:KCL/KVL 或牛顿第二定律
步骤
  • 画出复阻抗等效电路或受力分析图
  • 按 KVL/KCL 或牛顿第二定律列出微分方程组
  • 消去中间变量,得到只含输入输出的方程
  • 取拉氏变换并整理成 C(s)/R(s)
通用考法
  • 本卷考过由机械系统微分方程求位移传递函数
  • 给定 RLC 网络求 U_o(s)/U_i(s)
  • 弹簧-质量-阻尼系统求位移对力的传递函数
  • 含运算放大器的有源网络求传递函数
常见易错
  • 复阻抗法把电容阻抗误写成 Cs
  • 机械系统阻尼力与弹簧力的正负方向取反
  • 运放电路忘记使用虚短与虚断条件
公式

2由动态性能指标反求二阶系统参数15 分#

思路
  • 闭环传函形如 (b0·s+b1)/(s²+a1·s+a2):由超调量、调节时间与稳态误差确定各系数
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确定阻尼比和自然频率
本卷实例
  • 关键一步:由超调量公式反解阻尼比,再由调节时间求自然频率
  • 中间结果:把两个指标分别对应到阻尼比与自然频率
  • 卡点:调节时间公式按 2% 误差带取四除以阻尼比乘自然频率
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确定阻尼比和自然频率
  • 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
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
  • 把给定闭环传函化为二阶标准形式对照系数
本卷实例
  • 关键一步:先把 s² 项系数归一化再与标准形式比较
  • 中间结果:由标准形式读出一次项与常数项对应的系数关系
  • 卡点:分子系数不进入特征方程,需另用稳态条件求
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
  • 本卷考过把给定闭环传函化为二阶标准形式对照系数
  • 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
  • 由单位阶跃下稳态误差为零确定前向系数
本卷实例
  • 关键一步:用终值定理令单位阶跃引起的稳态误差为零
  • 中间结果:误差为零给出分子常数项与分母常数项相等
  • 卡点:先确认闭环稳定再用终值定理
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
  • 本卷考过由单位阶跃下稳态误差为零确定前向系数
  • 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

3由阻尼比与稳态误差求增益和闭环极点15 分#

思路
  • 单位反馈 G(s)=K/[s(s+4)(s+8)]:由复数根阻尼比求增益、求闭环极点,再求斜坡输入下的稳态误差
本卷考法
  • 由闭环复数根阻尼比要求反求开环增益
本卷实例
  • 关键一步:写出含参闭环特征方程并分离出一个实根
  • 中间结果:把剩余二次因子与标准二阶方程对照求参数
  • 卡点:该三阶系统有一个固定的闭环实根要先分离出来
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
  • 本卷考过由闭环复数根阻尼比要求反求开环增益
  • 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
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
  • 求满足给定阻尼比时的闭环极点
本卷实例
  • 关键一步:由自然频率与阻尼比写出共轭复数极点
  • 中间结果:闭环极点为负实部加减虚部乘 j
  • 卡点:求出的增益须为正才有物理意义
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
  • 本卷考过求满足给定阻尼比时的闭环极点
  • 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
  • 求单位斜坡输入下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先求速度误差系数再代入斜坡误差公式
  • 中间结果:误差等于输入幅度除以速度误差系数
  • 卡点:求误差前要把增益取值代入闭环传函
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根轨迹绘制15 分#

思路
  • G(s)=K(s+1)(0.3s+1)/[s²(10s+1)]:标实轴轨迹段、虚轴交点、出射角、分离点或汇合点并画草图
本卷考法
  • 判断实轴上的根轨迹线段并画根轨迹草图
本卷实例
  • 关键一步:按实轴段右侧零极点总数为奇数的判据分段
  • 中间结果:由开环极点与零点的分布定出轨迹走向
  • 卡点:开环有两个原点极点,实轴段判据要按重极点计
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
  • 本卷考过判断实轴上的根轨迹线段并画根轨迹草图
  • 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
分离点与会合点 根轨迹法
本卷考法
  • 求根轨迹的分离点或汇合点
本卷实例
  • 关键一步:由分离点条件列方程并用试探法求根
  • 中间结果:解出的重根要回代检验是否在根轨迹上
  • 卡点:不在根轨迹上的根必须舍去
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
  • 本卷考过求根轨迹的分离点或汇合点
  • 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
出射角与入射角 根轨迹法
本卷考法
  • 确定根轨迹在复数极点处的出射方向
本卷实例
  • 关键一步:用相角条件累加各零极点贡献求起始方向
  • 中间结果:原点重极点附近沿对称方向出射
  • 卡点:重极点处出射角要按重数分摊
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
  • 本卷考过确定根轨迹在复数极点处的出射方向
  • 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
  • 求根轨迹与虚轴的交点值
本卷实例
  • 关键一步:令 s 等于 jω 代入闭环特征方程并分离虚实部
  • 中间结果:由虚部方程解交点频率,再由实部求临界增益
  • 卡点:开环有两重积分环节,要先除去 s² 再处理
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的交点值
  • 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由 Bode 图反求传函与阶跃响应15 分#

思路
  • 单位负反馈开环近似对数幅频特性:写传递函数,判断阶跃有无静差并画出闭环阶跃响应
本卷考法
  • 由近似对数幅频特性写出开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:低频段斜率为负 20 说明有一个积分环节
  • 中间结果:由低频段高度求开环增益,由转折频率定一阶环节
  • 卡点:Bode 图以图给出,转折频率与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
  • 本卷考过由近似对数幅频特性写出开环传递函数
  • 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
本卷考法
  • 由系统型别判断单位阶跃输入下有无静态误差
本卷实例
  • 关键一步:数开环积分环节个数确定系统型别
  • 中间结果:有积分环节时位置误差系数为无穷大
  • 卡点:阶跃下无静差只说明位置误差为零,不能推断动态性能
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
  • 本卷考过由系统型别判断单位阶跃输入下有无静态误差
  • 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
一阶系统的单位阶跃响应 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 给出闭环单位阶跃响应曲线的表达式与图形
本卷实例
  • 关键一步:写出闭环传函后取拉氏反变换得输出表达式
  • 中间结果:响应由稳态项与一个衰减指数项组成
  • 卡点:闭环极点是负实数,曲线单调上升到稳态值
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
  • 本卷考过给出闭环单位阶跃响应曲线的表达式与图形
  • 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

6采样控制系统的稳态误差与稳定性15 分#

思路
  • 采样控制系统:由斜坡输入稳态误差确定开环增益,并求系统稳定时的参数范围
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由连续部分求开环脉冲传递函数
本卷实例
  • 关键一步:把开环拆成部分分式后逐项作 z 变换
  • 中间结果:整理成含采样周期指数项的 z 有理分式
  • 卡点:采样开关位置以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由连续部分求开环脉冲传递函数
  • 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
离散系统的稳态误差 离散控制系统
本卷考法
  • 由斜坡稳态误差要求反求开环增益
本卷实例
  • 关键一步:求速度误差系数后代入离散稳态误差公式
  • 中间结果:由误差与开环增益的关系解出增益取值
  • 卡点:离散系统速度误差公式中含采样周期
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
  • 本卷考过由斜坡稳态误差要求反求开环增益
  • 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
离散系统稳定性分析 离散控制系统
本卷考法
  • 用 w 变换加劳斯判据求系统稳定条件
本卷实例
  • 关键一步:把 z 域特征方程作 w 变换后列劳斯表
  • 中间结果:首列全为正给出关于采样周期的不等式组
  • 卡点:把增益取值代入后再判稳,两者先后不能颠倒
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
  • 本卷考过用 w 变换加劳斯判据求系统稳定条件
  • 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描述函数法产生指定正弦信号#

思路
  • N(A)=4/(πA)、G(s)=K 乘延迟除以 s 乘 (s+2)²:由输出端振幅与频率要求确定增益、延迟与自振频率
本卷考法
  • 由自振条件求振荡频率与振幅并反求参数
本卷实例
  • 关键一步:由负倒描述函数等于线性部分负值建立自振方程
  • 中间结果:实部与虚部分离后分别求频率条件和幅值条件
  • 卡点:输出端振幅要经输出前的比例环节折算回线性部分输入端
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
  • 本卷考过由自振条件求振荡频率与振幅并反求参数
  • 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
本卷考法
  • 由相位条件求含纯延迟环节的参数
本卷实例
  • 关键一步:把纯延迟的相角滞后计入相位穿越条件
  • 中间结果:相位方程给出延迟时间,幅值方程给出增益
  • 卡点:延迟相角须按弧度制代入频率
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
  • 本卷考过由相位条件求含纯延迟环节的参数
  • 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

8李雅普诺夫第二法分析稳定性#

思路
  • 二阶非线性状态方程:用李雅普诺夫第二法分析平衡状态稳定性,并分析大范围稳定性
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平衡状态稳定性
本卷实例
  • 关键一步:取二次型李雅普诺夫函数并沿状态方程求其导数
  • 中间结果:导数化为负定或半负定的四次型表达式
  • 卡点:导数半负定时要再论证大范围渐近稳定
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平衡状态稳定性
  • 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