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电子科技大学 862 工程控制基础 2022 年真题思维导图

985 院校共 9 题

难度:中等偏上 九道大题依次考方框图化简、输出与误差传函、二阶指标反求参数、含右半平面极点根轨迹、由Bode图反求传函、最大阻尼比根轨迹、代数判据(题干缺失)、幅频最大处相角、由Bode图反求传函并讨论平移影响;题量偏大且多题含图

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1一、方框图化简求传递函数#

思路
  • 先把 G3 的引出点后移,再从最内层回路逐层等效,最后合并成单回路写出 C(s)/R(s)
比较点与引出点的移动 结构图与方框图
本卷考法
  • 引出点后移时补出等效环节
本卷实例
  • 关键一步:把引出点从原位置后移,按后移用乘的规则补出等效环节
  • 中间结果:移动前后各支路信号关系保持不变
  • 卡点:方框图未读图,引出点位置与补入环节需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 移动的判据:移动前后各支路变量关系必须保持不变
  • 比较点前移要除以所跨环节,后移要乘以所跨环节
  • 引出点前移要乘以所跨环节,后移要除以所跨环节
步骤
  • 确定要移动的点和跨越的环节
  • 按“前移用除、后移用乘”的规则补上等效环节
  • 检查移动后与原结构是否等价
通用考法
  • 本卷考过引出点后移时补出等效环节
  • 化简含交叉比较点或引出点的结构图
  • 判断某次移动是否正确
常见易错
  • 移动方向与乘除关系搞反
  • 引出点与比较点的移动规则混用
多回路系统的逐层化简 结构图与方框图
本卷考法
  • 多回路方框图从内到外逐层化简
本卷实例
  • 关键一步:先找最内层回路等效成一个环节,再处理外环
  • 中间结果:每化简一层回路数减少一个,结构式逐步简化
  • 卡点:内环化简时误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
  • 本卷考过多回路方框图从内到外逐层化简
  • 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
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 串联、并联与反馈等效合并
本卷实例
  • 关键一步:串联相乘、并联相加,单回路套用反馈公式
  • 中间结果:负反馈等效的分母为一加回路增益
  • 卡点:引出点后移补入的环节位置容易与比较点移动混淆
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
  • 本卷考过串联、并联与反馈等效合并
  • 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

2二、输出与误差传递函数#

思路
  • 先求 C/R 与误差传函,用劳斯判据判稳后由终值定理求单位阶跃误差;再令参考输入为零,由扰动到误差的传函求扰动误差
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 由开环与反馈通道写闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:单位负反馈下闭环传函等于前向通道除以一加回路增益
  • 中间结果:闭环分母为 s 乘 s 加二再乘二次式后加五的展开式
  • 卡点:系统结构图未读图,反馈通道接法需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由开环与反馈通道写闭环传函
  • 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
本卷考法
  • 由误差定义写误差传递函数
本卷实例
  • 关键一步:由误差等于参考输入减输出,推出误差传函为一减闭环传函
  • 中间结果:误差传函与闭环传函共用同一分母多项式
  • 卡点:误差传函分子含负常数项,终值定理代入时符号易错
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
  • 本卷考过由误差定义写误差传递函数
  • 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
本卷考法
  • 求单位阶跃输入下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先用劳斯表判稳,再对误差传函用终值定理求极限
  • 中间结果:开环无积分环节,单位阶跃下的稳态误差为有限值
  • 卡点:未判稳就直接套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
  • 本卷考过求单位阶跃输入下的稳态误差
  • 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
本卷考法
  • 求扰动作用下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:令参考输入为零,由扰动作用点到误差点写传递函数
  • 中间结果:把扰动传函乘扰动输入的拉氏变换,再由终值定理取极限
  • 卡点:扰动传函符号与误差定义方向相反,结论符号需核对
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
  • 本卷考过求扰动作用下的稳态误差
  • 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

3三、二阶指标反求参数#

思路
  • 把闭环传函化为标准二阶形式,由超调量定阻尼比、由调节时间定自然频率,再由系数关系反求 K 与 C
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
  • 由闭环传函标准形式求阻尼比与自然频率
本卷实例
  • 关键一步:把一次项系数与常数项分别对应二倍阻尼比乘自然频率与自然频率平方
  • 中间结果:阻尼比由 C 的平方根给出,自然频率由 K 的平方根给出
  • 卡点:题面一次项符号有正负两版,宝典答案按正号自洽处理
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
  • 本卷考过由闭环传函标准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
  • 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
  • 由超调量与调节时间反求结构参数
本卷实例
  • 关键一步:先由超调量公式反解阻尼比,再由调节时间公式反解自然频率
  • 中间结果:超调量只含阻尼比,调节时间同时含阻尼比与自然频率
  • 卡点:调节时间系数按百分之五误差带取三点五,不能取二点八
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反求结构参数
  • 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
  • 由性能指标要求反求待定参数
本卷实例
  • 关键一步:把反解出的阻尼比与自然频率回代到系数关系式
  • 中间结果:K 由自然频率的平方给出,C 由阻尼比的平方给出
  • 卡点:先确认欠阻尼条件成立再套用超调量公式
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要求反求待定参数
  • 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

4四、含右半平面极点根轨迹与稳定域#

思路
  • 按开环极点 1、-2、-4 画根轨迹,求分离点与虚轴交点定临界增益,再由虚轴左半平面确定稳定增益区间
本卷考法
  • 绘制含右半平面极点的常规根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:标出三个开环极点并确定实轴根轨迹段
  • 中间结果:渐近线与实轴交点由极点坐标平均得到,夹角按三条分支等分
  • 卡点:含右半平面极点时实轴段仍按该段右侧零极点个数之和判奇偶
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
  • 本卷考过绘制含右半平面极点的常规根轨迹
  • 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
  • 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
  • 求分离点并舍去不在根轨迹上的解
本卷实例
  • 关键一步:由闭环特征方程整理出增益的显式表达式后求导
  • 中间结果:驻点方程为一元三次,其中一实根落在实轴根轨迹段内
  • 卡点:三次方程的两个复根与根轨迹无关,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
  • 本卷考过求分离点并舍去不在根轨迹上的解
  • 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
  • 求根轨迹与虚轴的交点及临界增益
本卷实例
  • 关键一步:把纯虚变量代入闭环特征方程并令实部虚部分别为零
  • 中间结果:虚部方程给出一组非零频率解,实部方程给出对应临界增益
  • 卡点:答案首行把特征方程多乘了一个 s,按自洽的极点多项式处理
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及临界增益
  • 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
  • 由根轨迹确定系统稳定的增益范围
本卷实例
  • 关键一步:根轨迹位于左半平面对应稳定,取两虚轴交点之间的增益区间
  • 中间结果:稳定区间由一对临界增益界定,右半平面极点使下界不为零
  • 卡点:不能只写下界,需同时给出上界
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
  • 本卷考过由根轨迹确定系统稳定的增益范围
  • 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

5五、由Bode图反求传函#

思路
  • 由图读低频段斜率与延长线交点定积分环节与增益,按各转折频率的斜率变化识别一阶微分与惯性环节,反求 K、a、b
本卷考法
  • 由开环对数幅频特性反求传递函数
本卷实例
  • 关键一步:低频段斜率定型别,延长线交点给增益
  • 关键一步:按转折频率处的斜率变化识别环节类型
  • 中间结果:一阶微分环节使斜率上升二十,惯性环节使斜率下降二十
  • 卡点:曲线未读图,延长线交点与各转折频率需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由开环对数幅频特性反求传递函数
  • 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
  • 按转折频率逐段确定对数幅频渐近线
本卷实例
  • 关键一步:从低频段出发,在每个转折频率处叠加斜率变化量
  • 中间结果:渐近线各段斜率由已出现环节的斜率累加得到
  • 卡点:把斜率变化当成替换而不是累加
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
  • 本卷考过按转折频率逐段确定对数幅频渐近线
  • 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
本卷考法
  • 由转折频率确定典型环节的时间常数
本卷实例
  • 关键一步:一阶环节的转折频率等于其时间常数的倒数
  • 中间结果:分子对应微分环节,分母对应惯性环节
  • 卡点:把分子与分母的一阶环节归属搞反
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 比例环节是水平线,积分与微分分别是 -20 与 +20 dB/dec 的斜线
  • 惯性环节转角频率为 1/T,高频段渐近线斜率为 -20 dB/dec
  • 一阶微分环节与惯性环节幅频互为镜像
  • 振荡环节在 ωn 附近出现谐振峰,ξ 越小峰越高
步骤
  • 把传递函数分解为典型环节乘积
  • 逐环节画出对数幅频渐近线与相频曲线
  • 代数相加得到总特性
通用考法
  • 本卷考过由转折频率确定典型环节的时间常数
  • 画出某一典型环节的 Bode 图
  • 由 Bode 图识别环节类型
  • 说明转角频率处的幅值与相角
常见易错
  • 把惯性环节高频渐近线的 -20 写成 -40
  • 振荡环节谐振峰位置误当作 ωn
公式

6六、最大阻尼比根轨迹#

思路
  • 按开环零点与极点画根轨迹,由渐近线与分离点确定形状;最大阻尼比出现在由原点作根轨迹切线的切点,据此标出共轭复根位置
本卷考法
  • 绘制含一个开环零点的常规根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:标出开环零点与三个开环极点,判断实轴根轨迹段
  • 中间结果:分支数为三,两条趋于无穷远,渐近线夹角为九十度
  • 卡点:给定根轨迹图未读图,图的形状需回原卷核对图
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
  • 本卷考过绘制含一个开环零点的常规根轨迹
  • 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
  • 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
  • 求分离点并解释解的取舍
本卷实例
  • 关键一步:由零点与极点多项式构造分离点方程
  • 中间结果:分离点方程为一元三次,两个复根不在实轴上
  • 卡点:实轴上的那个根才可能是根轨迹与实轴的交点
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
  • 本卷考过求分离点并解释解的取舍
  • 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
  • 由劳斯表求虚轴交点与临界增益
本卷实例
  • 关键一步:先把闭环特征多项式按降幂排好再列劳斯表
  • 中间结果:令首列元素为零得到临界增益,辅助方程给出纯虚根
  • 卡点:辅助方程要对应非零频率,零频交点另行判断
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
  • 本卷考过由劳斯表求虚轴交点与临界增益
  • 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
  • 由原点作根轨迹切线确定最大阻尼比位置
本卷实例
  • 关键一步:最大阻尼比对应从原点出发与根轨迹相切的射线
  • 中间结果:切点处的共轭复根实部与虚部由切线斜率确定
  • 卡点:题目要的是共轭复根的最大阻尼比,取切线点而非实轴分离点
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
  • 本卷考过由原点作根轨迹切线确定最大阻尼比位置
  • 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

7七、代数判据判断稳定性(题干缺失)#

思路
  • 题面只留下运用代数判据判断系统稳定性一句,具体系统与题面缺失、答案段亦为空;本板块保留题号并挂代数判据考点,实际题面需回原卷核对
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:把闭环特征方程降幂排列后列劳斯表
  • 中间结果:首列元素全部同号则系统稳定,出现变号则不稳定
  • 卡点:题干与答案均缺失,具体特征方程需回原卷核对
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闭环稳定性
  • 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
赫尔维茨判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用赫尔维茨判据判断稳定性
本卷实例
  • 关键一步:按特征方程系数构造赫尔维茨行列式
  • 中间结果:各阶主子式全大于零则系统稳定
  • 卡点:题干缺失,行列式阶数与系数需回原卷核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 由特征方程系数构造赫尔维茨行列式
  • 各阶主子式全部大于零 ⇔ 系统稳定
  • 与劳斯判据等价,适合阶数较低时使用
步骤
  • 由特征方程系数写出赫尔维茨行列式
  • 依次计算各阶主子式
  • 令全部主子式大于零得到稳定条件
通用考法
  • 本卷考过用赫尔维茨判据判断稳定性
  • 用赫尔维茨判据判断稳定性
  • 比较两种代数判据的适用场合
常见易错
  • 行列式构造时系数下标写错
  • 只验证到二阶主子式就下结论
公式

8八、对数幅频与最大幅值处相角#

思路
  • 把开环传函化为标准形式画渐近线并修正,求振荡环节谐振频率;最大幅值出现在谐振频率处,把该频率代入相频表达式求相角
本卷考法
  • 求振荡环节的阻尼比、谐振频率与峰值
本卷实例
  • 关键一步:把二次项化为标准振荡环节形式求阻尼比与自然频率
  • 中间结果:谐振频率与谐振峰值由阻尼比和自然频率共同确定
  • 卡点:低频段为常数,渐近线起始高度需按增益换算成分贝
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 比例环节是水平线,积分与微分分别是 -20 与 +20 dB/dec 的斜线
  • 惯性环节转角频率为 1/T,高频段渐近线斜率为 -20 dB/dec
  • 一阶微分环节与惯性环节幅频互为镜像
  • 振荡环节在 ωn 附近出现谐振峰,ξ 越小峰越高
步骤
  • 把传递函数分解为典型环节乘积
  • 逐环节画出对数幅频渐近线与相频曲线
  • 代数相加得到总特性
通用考法
  • 本卷考过求振荡环节的阻尼比、谐振频率与峰值
  • 画出某一典型环节的 Bode 图
  • 由 Bode 图识别环节类型
  • 说明转角频率处的幅值与相角
常见易错
  • 把惯性环节高频渐近线的 -20 写成 -40
  • 振荡环节谐振峰位置误当作 ωn
公式
本卷考法
  • 绘制含振荡环节的对数幅频渐近线并修正
本卷实例
  • 关键一步:低频段按零斜率与增益高度画起,转折频率处改斜率
  • 中间结果:振荡环节处渐近线斜率为负四十,谐振处需加修正
  • 卡点:修正只在谐振频率附近,峰值超出渐近线的量按谐振峰值换算
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
  • 本卷考过绘制含振荡环节的对数幅频渐近线并修正
  • 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
本卷考法
  • 由谐振峰值求最大幅值处的频率与相角
本卷实例
  • 关键一步:幅值最大处对应谐振频率,再把该频率代入相频表达式
  • 中间结果:相角由一阶微分项与振荡环节的相角叠加得到
  • 卡点:别把相位穿越频率与谐振频率混为一谈
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
  • 本卷考过由谐振峰值求最大幅值处的频率与相角
  • 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

9九、由Bode图反求传函与平移影响#

思路
  • 由低频段斜率与延长线交点定型别和增益,按转折频率识别惯性环节写出 G(s);由截止频率求相角裕度判稳;讨论曲线右移十倍频程对稳定性、快速性与准确性的影响
本卷考法
  • 由开环对数幅频特性反求传递函数
本卷实例
  • 关键一步:低频段斜率给出积分环节个数,延长线过点给出开环增益
  • 中间结果:转折频率处的斜率变化对应一阶惯性环节的转折频率
  • 卡点:曲线未读图,延长线交点与转折频率需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由开环对数幅频特性反求传递函数
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 由相角裕度判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:先由幅频特性等于一求截止频率,再代入相频求相角裕度
  • 中间结果:最小相位系统相角裕度为正即闭环稳定
  • 卡点:截止频率由渐近线估算,与精确值有偏差需注意
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
  • 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
  • 分析频域曲线平移对系统性能的影响
本卷实例
  • 关键一步:曲线右移十倍频程相当于把开环传函中的 s 换成 s 的十分之一
  • 中间结果:截止频率增大而相角裕度保持不变,低频段与高频段整体抬高
  • 卡点:要按稳定性、快速性、准确性三方面分别作答
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
  • 本卷考过分析频域曲线平移对系统性能的影响
  • 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