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新疆大学 833 自动控制原理 2023 年真题思维导图

211 院校共 11 题合计 150 分

难度:中等 全卷11题,每题下分小问。覆盖结构图求传函、框图状态空间、二阶动态性能、劳斯判据、离散脉冲传函与稳定性、静态误差系数与组合输入误差、状态转移矩阵与非齐次解、李雅普诺夫判稳、根轨迹与稳定范围、Bode图与增益影响、能控标准型与状态反馈极点配置。多题含原卷插图。

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1一、系统结构图求闭环传函10 分#

思路
  • 数出全部回路与前向通路,用梅森增益公式求闭环传递函数
本卷考法
  • 用梅森公式求两前向通路结构图的闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:先列全部回路并判断有无互不接触回路,再对每条前向通路写余子式
  • 中间结果:特征式只含单回路项,无二阶项
  • 卡点:结构图未读图,回路增益与比较点需回原卷核对图
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求两前向通路结构图的闭环传函
  • 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
  • 本卷考过余子式没有剔除与前向通路接触的回路
  • 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
  • 用逐层化简核对多回路结构图结果
本卷实例
  • 关键一步:从最内环开始把局部反馈化成一个等效环节
  • 中间结果:逐层化简结果应与梅森公式一致
  • 卡点:化简顺序不同时中间式子形式会变但结果相同
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
  • 本卷考过用逐层化简核对多回路结构图结果
  • 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
  • 本卷考过化简内环时把外环信号当成常数处理
  • 化简内环时把外环的信号当成常数处理

2二、由控制框图写状态空间表达式6 分#

思路
  • 选积分器输出为状态变量,按框图各环节关系列写状态方程与输出方程
状态空间表达式的建立 状态空间分析
本卷考法
  • 由系统控制框图建立状态空间表达式
本卷实例
  • 关键一步:把每个积分器输出选为状态变量,按框图写输入输出关系
  • 中间结果:状态方程由积分器前后信号关系整理得到
  • 卡点:框图未读图,各环节增益与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
  • 状态方程为一阶微分方程组,输出方程是状态与输入的代数关系
  • 状态变量的个数等于系统阶数,选取不唯一
  • 状态空间描述可同时刻画内部状态与外部输出
  • 可处理多输入多输出系统
步骤
  • 确定系统阶数并选取状态变量
  • 列写各状态变量的一阶微分方程
  • 写成矩阵形式 x'=Ax+Bu 与 y=Cx+Du
通用考法
  • 本卷考过由系统控制框图建立状态空间表达式
  • 由物理系统列写状态空间表达式
  • 判断状态变量选取是否合理
  • 写出系统的 A、B、C、D 矩阵
常见易错
  • 本卷考过状态变量个数与系统阶数不一致
  • 状态变量个数与系统阶数不匹配
  • 输出方程中漏掉直接传递项 D
公式

3三、二阶系统动态性能指标15 分#

思路
  • 由开环传函化标准二阶形式求阻尼比与自然频率,再按公式求最大超调与调节时间
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
  • 由开环传函化标准二阶形式求阻尼比与自然频率
本卷实例
  • 关键一步:把开环传函化成标准形式后再按单位反馈写闭环传函
  • 中间结果:一次项系数对应二倍阻尼比乘自然频率
  • 卡点:开环增益与自然频率的关系要先确认反馈结构
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
  • 本卷考过由开环传函化标准二阶形式求阻尼比与自然频率
  • 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
  • 本卷考过化为标准形式时忘记把二次项系数归一
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由阻尼比与自然频率求最大超调与调节时间
本卷实例
  • 关键一步:先判欠阻尼,再按百分之二误差带套调节时间公式
  • 中间结果:超调量只由阻尼比决定
  • 卡点:调节时间与阻尼比乘自然频率成反比
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
  • 本卷考过由阻尼比与自然频率求最大超调与调节时间
  • 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
  • 本卷考过调节时间所取误差带不同却套用同一系数
  • 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

4四、劳斯判据与右半平面极点数10 分#

思路
  • 对给定特征方程列劳斯表,由首列符号变化次数判断不稳定与右半平面根个数
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据判断稳定性并数右半平面根数
本卷实例
  • 关键一步:特征方程按降幂排列后交叉相减列劳斯表
  • 中间结果:劳斯表首列符号改变次数等于右半平面根个数
  • 卡点:首列出现零元素时要改用辅助方程或小正数处理
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
  • 本卷考过用劳斯判据判断稳定性并数右半平面根数
  • 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
  • 本卷考过系数有缺项时没有补零就直接列表
  • 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

5五、离散系统脉冲传函与稳定性10 分#

思路
  • 由含零阶保持器的连续部分求开环脉冲传函,再由闭环特征根模判断稳定性
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 求含零阶保持器的开环脉冲传递函数
本卷实例
  • 关键一步:对含保持器的连续部分整体取z变换
  • 中间结果:脉冲传函写成保持器因子乘连续部分z变换
  • 卡点:采样周期与放大倍数要先代入再化简
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
  • 本卷考过求含零阶保持器的开环脉冲传递函数
  • 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
  • 本卷考过连续环节之间无采样开关时直接相乘取z变换
  • 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
  • 由闭环特征根判断离散系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:写闭环特征方程并解出极点,比较其模与一
  • 中间结果:共轭极点模由实部虚部平方和开方
  • 卡点:极点模大于或等于一时系统不稳定或临界
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根判断离散系统稳定性
  • 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
  • 本卷考过把稳定条件写成极点实部小于零
  • 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

6六、静态误差系数与组合输入稳态误差15 分#

思路
  • 由开环传函判断型别求静态误差系数,再把组合输入分解后用叠加原理求稳态误差
本卷考法
  • 由开环传函求静态位置、速度与加速度误差系数
本卷实例
  • 关键一步:先数开环积分环节个数定系统型别,再套对应极限式
  • 中间结果:一型系统的位置误差系数为无穷、加速度误差系数为零
  • 卡点:型别与增益是决定误差系数的两个不同因素
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
  • 本卷考过由开环传函求静态位置、速度与加速度误差系数
  • 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
  • 本卷考过把开环增益与静态误差系数混为一谈
  • 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
  • 求常值加斜坡组合输入下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:把组合输入分成常值与斜坡分量分别求误差再叠加
  • 中间结果:常值分量对一型系统误差为零,只有斜坡分量贡献
  • 卡点:输入分量漏掉一项会使结论偏小
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
  • 本卷考过求常值加斜坡组合输入下的稳态误差
  • 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
  • 本卷考过未判稳就直接用终值定理
  • 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

7七、状态转移矩阵与非齐次解14 分#

思路
  • 由状态矩阵求预解矩阵取拉氏反变换得状态转移矩阵,再用卷积积分求单位阶跃下的非齐次解
状态转移矩阵 状态空间分析
本卷考法
  • 求状态转移矩阵并求非齐次状态方程的解
本卷实例
  • 关键一步:先求预解矩阵并逐项取拉氏反变换得转移矩阵
  • 中间结果:非齐次解由零输入响应加卷积积分项组成
  • 卡点:卷积积分中指数矩阵与输入矩阵的乘积次序不能颠倒
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态转移矩阵 e^{At} 描述零输入下状态随时间的演化
  • 可从 (sI-A)^{-1} 求拉氏反变换得到
  • 满足 e^{A\cdot0}=I 且可逆
  • 含输入时用卷积积分写出全响应
步骤
  • 计算 (sI-A)^{-1}
  • 求拉氏反变换得到 e^{At}
  • 代入全响应公式求状态与输出
  • 用初值条件校验结果
通用考法
  • 本卷考过求状态转移矩阵并求非齐次状态方程的解
  • 求状态转移矩阵
  • 求给定初始条件下的状态与输出响应
  • 用性质验证转移矩阵是否正确
常见易错
  • 本卷考过卷积积分中变量代换写错
  • 矩阵求逆时忘记检查行列式是否为零
  • 卷积积分中变量代换写错
公式

8八、平衡状态与李雅普诺夫判稳10 分#

思路
  • 令状态导数为零求平衡状态,解李雅普诺夫方程得矩阵P,由P的正定性判断稳定性
李雅普诺夫稳定性分析 状态空间分析
本卷考法
  • 求平衡状态并用李雅普诺夫第二法判断稳定性
本卷实例
  • 关键一步:令状态导数同时为零求平衡点,再解矩阵方程求P
  • 中间结果:取单位阵为Q,由P的正定性给出渐近稳定
  • 卡点:P的对称性在解方程时应自动满足
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
  • 本卷考过求平衡状态并用李雅普诺夫第二法判断稳定性
  • 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
  • 本卷考过只检查P的对角元正而忽略顺序主子式
  • 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

9九、根轨迹与稳定K范围20 分#

思路
  • 按绘制法则画三阶系统根轨迹,由虚轴交点求稳定K范围,再讨论提高稳定性的措施
本卷考法
  • 绘制三阶系统的常规根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:由开环极点定实轴段、渐近线与分离点后按对称性连线
  • 中间结果:三条渐近线交于极点实部均值,夹角为六十度
  • 卡点:分离点须落在实轴根轨迹段上
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
  • 本卷考过绘制三阶系统的常规根轨迹
  • 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
  • 本卷考过分离点方程的解没有筛选就直接采用
  • 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
  • 由虚轴交点求稳定K值范围
本卷实例
  • 关键一步:把纯虚根代入特征方程,令实部虚部分别为零后联立
  • 中间结果:临界增益由劳斯表首列元素为零确定
  • 卡点:稳定范围端点是否包含要按严格不等号判断
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
  • 本卷考过由虚轴交点求稳定K值范围
  • 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
  • 本卷考过只取一个交点频率而漏掉另一组共轭虚根
  • 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
  • 分析提高系统稳定性的措施及原理
本卷实例
  • 关键一步:增加开环零点或降低增益可改善根轨迹走向
  • 中间结果:附加左半平面零点使根轨迹左移,稳定范围增大
  • 卡点:附加极点位置不同对稳定性的影响方向可能相反
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 增加开环零点使根轨迹左移,改善稳定性
  • 增加开环极点使根轨迹右移,恶化稳定性
  • 附加零点会改变分离点位置与渐近线走向
  • 增加极点还可能是系统结构不稳定
步骤
  • 对比增加前后零极点分布
  • 重新判断实轴段与渐近线
  • 分析根轨迹整体移动方向
  • 据此说明对稳定性和动态性能的影响
通用考法
  • 本卷考过分析提高系统稳定性的措施及原理
  • 说明附加零点对根轨迹形状的影响
  • 判断增加极点后系统是否仍稳定
  • 分析为何某系统需要引入零点
常见易错
  • 本卷考过把附加极点与附加零点的影响方向搞反
  • 只讨论渐近线是否左移右移,忽略分离点变化
  • 把附加零点的影响与附加极点的影响搞反

10十、Bode图绘制与增益影响分析15 分#

思路
  • 由开环传函画Bode图求剪切频率与相位裕度,判断稳定性并分析增大开环增益对快稳准的影响
本卷考法
  • 绘制开环对数幅频特性并求剪切频率
本卷实例
  • 关键一步:低频段按比例环节定高度,再按两惯性环节转折逐段改斜率
  • 中间结果:剪切频率由高频段幅频近似式等于一确定
  • 卡点:两个转折频率都远离剪切频率时可用近似式
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
  • 本卷考过绘制开环对数幅频特性并求剪切频率
  • 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
  • 本卷考过逐段改斜率时忘记累加而直接替换
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 求相位裕度并判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:把剪切频率代入相频求相位裕度
  • 中间结果:相位裕度大于零表明闭环稳定
  • 卡点:幅值裕度要在相位穿越频率处求
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
  • 本卷考过求相位裕度并判断闭环稳定性
  • 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
  • 本卷考过把幅值裕度与相位裕度对应的频率互换
  • 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
  • 分析增大开环增益对稳态误差与稳定性的双重影响
本卷实例
  • 关键一步:提高开环增益能减小稳态误差但会降低相角裕度
  • 中间结果:增益与稳态精度、动态稳定性之间存在矛盾
  • 卡点:分析快稳准要分别落到三个指标上
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对稳态误差与稳定性的双重影响
  • 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
  • 本卷考过只谈误差改善而不检查稳定性是否被破坏
  • 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

11十一、状态空间标准型与状态反馈极点配置25 分#

思路
  • 由传递函数写能控标准型状态空间表达式并画实现结构,再按期望极点设计状态反馈阵
本卷考法
  • 由传递函数写能控标准型状态空间表达式
本卷实例
  • 关键一步:按分母系数写友矩阵,按分子系数写输出矩阵
  • 中间结果:分子分母同阶时需先真分式化并分离直接传递项
  • 卡点:标准一型与标准二型的系数排布不要混用
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 同一传递函数可对应无穷多个状态空间实现
  • 常用能控标准型、能观标准型与对角标准型
  • 能控标准型的 A 阵为友矩阵形式
  • 最小实现要求系统既能控又能观
步骤
  • 把传递函数化为真分式,分离直接项 D
  • 按标准型规则写出 A、B、C、D
  • 必要时用线性变换换成其他标准型
通用考法
  • 本卷考过由传递函数写能控标准型状态空间表达式
  • 由传递函数写出能控标准型
  • 由传递函数写出能观标准型
  • 判断给定的实现是否为最小实现
常见易错
  • 本卷考过直接传递项漏写
  • 真分式化分时直接项 D 处理错误
  • 友矩阵中系数符号写反
公式
状态反馈与极点配置 状态空间分析
本卷考法
  • 按期望极点设计状态反馈阵并画反馈后结构图
本卷实例
  • 关键一步:由闭环特征多项式与期望多项式逐项比较系数
  • 中间结果:反馈阵分量由两多项式的系数差确定
  • 卡点:结构图以图给出,反馈引入点需回原卷核对图
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
  • 本卷考过按期望极点设计状态反馈阵并画反馈后结构图
  • 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
  • 本卷考过比较系数时一次项与常数项的对应关系写反
  • 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