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电子科技大学 862 工程控制基础 2024 年真题思维导图

985 院校共 9 题

难度:中等 九道大题覆盖方框图化简、劳斯判据与组合输入稳态误差、Bode图绘制与修正、由对数幅频曲线反求传函与稳定裕度、正弦稳态输出、根轨迹与降阶、反馈环节设计、机械系统建模、由动态指标反求传函;计算量中等,四题需读图

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1一、方框图化简求传递函数#

思路
  • 多回路结构图从内到外逐层化简,串联并联与反馈环节依次合并,最终写出闭环传递函数并保留化简步骤
多回路系统的逐层化简 结构图与方框图
本卷考法
  • 由多回路结构图从内到外逐层化简求闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:先化简最内层回路,再依次向外合并
  • 中间结果:各回路增益相乘后进入闭环分母
  • 卡点:方框图回路接法与反馈极性需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由多回路结构图从内到外逐层化简求闭环传函
  • 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、并联与反馈环节等效合并
本卷实例
  • 关键一步:同向并联相加,反馈用一加回路增益
  • 中间结果:两条并联支路可先合并成一条
  • 卡点:负反馈分母写成一加回路增益,别写成相减
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
  • 本卷考过串联、并联与反馈环节等效合并
  • 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
比较点与引出点的移动 结构图与方框图
本卷考法
  • 必要时移动比较点或引出点整理交叉回路
本卷实例
  • 关键一步:按前移用除、后移用乘补等效环节
  • 中间结果:等效移动前后各支路信号关系不变
  • 卡点:比较点与引出点移动规则容易混用
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
  • 本卷考过必要时移动比较点或引出点整理交叉回路
  • 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

2二、判稳与组合输入稳态误差#

思路
  • 由开环传函写闭环特征方程并用劳斯表判稳,再把阶跃与斜坡输入分解,分别求稳态误差后叠加
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据判断三阶系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:列劳斯表后检查首列元素符号
  • 中间结果:首列全为正时系统稳定
  • 卡点:逐年册把分母0.1s+1印成0.5s+1,据宝典与答案取0.1
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三阶系统稳定性
  • 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
本卷考法
  • 由开环积分环节个数判断系统型别
本卷实例
  • 关键一步:数开环分母的积分环节个数定型别
  • 中间结果:分母含两个积分环节属二型系统
  • 卡点:型别只看积分环节,不要被分子零点干扰
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
  • 本卷考过由开环积分环节个数判断系统型别
  • 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
本卷考法
  • 阶跃与斜坡组合输入分别求稳态误差再叠加
本卷实例
  • 关键一步:先判稳,再对每个输入分量用终值定理
  • 中间结果:二型系统对阶跃与斜坡的稳态误差均为零
  • 卡点:组合输入要逐项分解,不能把两种输入合并成一个
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
  • 本卷考过阶跃与斜坡组合输入分别求稳态误差再叠加
  • 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

3三、Bode图绘制与修正#

思路
  • 开环传函化尾一标准型,按转折频率逐段画对数渐近线,对振荡环节在谐振频率处作峰值修正
本卷考法
  • 由开环传函绘制对数渐近幅频特性
本卷实例
  • 关键一步:先化尾一标准型再逐段定转折频率
  • 中间结果:各转折频率处斜率依次变化
  • 卡点:各段斜率要累加,不能只记最后一个环节
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
  • 本卷考过由开环传函绘制对数渐近幅频特性
  • 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
  • 求振荡环节的阻尼比、谐振频率与谐振峰值
本卷实例
  • 关键一步:把二次项化为标准振荡环节形式比较系数
  • 中间结果:阻尼比小于二分之根号二时存在谐振
  • 卡点:修正量只加在谐振频率附近,不能抬高整条渐近线
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、谐振频率与谐振峰值
  • 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

4四、由对数幅频曲线反求传函与稳定裕度#

思路
  • 由低频段斜率与延长线交点定型别与增益,由转折频率识别各环节,再由幅值条件与相位条件求稳定裕度
本卷考法
  • 由开环对数幅频特性曲线反求传递函数
本卷实例
  • 关键一步:低频段斜率给积分环节个数,延长线交点给增益
  • 中间结果:转折频率依次对应一阶或振荡环节
  • 卡点:幅频曲线以图给出,转折频率与谐振峰需回原卷核对图
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曲线反求传递函数
  • 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
  • 求相角裕度与幅值裕度
本卷实例
  • 关键一步:分别由幅值条件与相位条件定两个穿越频率
  • 中间结果:相角裕度由截止频率处的相角决定
  • 卡点:相位穿越频率不存在时幅值裕度为无穷大
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
  • 本卷考过求相角裕度与幅值裕度
  • 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

5五、正弦输入下的稳态输出#

思路
  • 由开环传函写闭环传函,把输入频率代入求幅值与相角,按线性系统正弦稳态规律写出输出表达式
本卷考法
  • 求闭环频率特性在输入频率处的幅值与相角
本卷实例
  • 关键一步:开环化为闭环后代入给定输入频率求模与相角
  • 中间结果:输出幅值等于输入幅值乘该频率处闭环幅值
  • 卡点:相位差要连同输入初相一起相加,别只取系统相角
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
  • 本卷考过求闭环频率特性在输入频率处的幅值与相角
  • 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

6六、根轨迹绘制与降阶范围#

思路
  • 画三条分支的180度常规根轨迹,求分离点与虚轴交点,再由主导极点条件说明可降阶并定出衰减振荡的K范围
本卷考法
  • 绘制三个开环极点的常规根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:先标开环极点再做相角与渐近线分析
  • 中间结果:实轴根轨迹段为负无穷到负三与负二到负一
  • 卡点:渐近线夹角公式中的二k加一别写成二k
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
  • 本卷考过绘制三个开环极点的常规根轨迹
  • 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
  • 求根轨迹分离点并筛选有效解
本卷实例
  • 关键一步:由幅值条件整理出增益的显式表达式后求导
  • 中间结果:分离点方程的两个解只有一个落在实轴根轨迹段
  • 卡点:落在实轴段外的解必须舍去
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
  • 求根轨迹与虚轴交点及临界增益
本卷实例
  • 关键一步:令纯虚变量代入特征方程分离实部与虚部
  • 中间结果:非零纯虚根对应穿越虚轴的临界增益
  • 卡点:零频解不对应穿越,要取非零频率解
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
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
  • 由主导极点条件说明高阶系统可降阶为二阶
本卷实例
  • 关键一步:要求共轭主导极点实部绝对值小于其余极点的五分之一
  • 中间结果:共轭极点位于分离点之后时满足降阶条件
  • 卡点:衰减振荡对应根轨迹在复平面上的一段
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
  • 本卷考过由主导极点条件说明高阶系统可降阶为二阶
  • 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

7七、反馈环节设计保持增益与自然频率#

思路
  • 写出加反馈后的闭环传函,与原系统比较闭环增益与无阻尼自然频率,令二者不变并提高阻尼比,反解出反馈环节
本卷考法
  • 设计反馈环节改善二阶系统阻尼比
本卷实例
  • 关键一步:把反馈环节并入闭环传函分母再比较标准式
  • 中间结果:设反馈环节为一次式后逐项比较系数
  • 卡点:图a图b的反馈接入方式需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 反馈校正可改变被包围环节的特性,抑制参数波动
  • 局部反馈能降低时间常数、提高响应速度
  • 复合控制通过前馈补偿实现给定或扰动不变性
  • 前馈不改变闭环稳定性,可与反馈叠加使用
步骤
  • 确定被包围的环节与反馈通道传递函数
  • 写出等效后的传递函数
  • 按不变性原理列写前馈补偿器条件
  • 求解补偿器并校验可实现性
通用考法
  • 本卷考过设计反馈环节改善二阶系统阻尼比
  • 设计反馈校正装置改善被包围环节
  • 求前馈补偿器实现不变性
  • 分析复合控制对稳态误差的作用
常见易错
  • 前馈补偿器求出的表达式含高阶微分,不可实现却直接采用
  • 忽略反馈校正可能引起的高频噪声放大
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
  • 比较闭环传函标准二阶形式定阻尼比与自然频率
本卷实例
  • 关键一步:令反馈后一次项与常数项分别与原系统对应相等
  • 中间结果:保证自然频率不变要求常数项不变
  • 卡点:阻尼比与一次项系数成正比,只改一次项即可
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
  • 本卷考过比较闭环传函标准二阶形式定阻尼比与自然频率
  • 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
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 用反馈等效公式写加反馈后的闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:按前向通道除以一加回路增益写闭环传函
  • 中间结果:反馈环节出现在闭环分母的回路项中
  • 卡点:闭环增益不变要求回路常数项被抵消
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
  • 本卷考过用反馈等效公式写加反馈后的闭环传函
  • 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

8八、机械系统微分方程#

思路
  • 取质量块为对象,按牛顿第二定律列阻尼力与惯性力平衡,写出输入位移到输出位移的微分方程
机械系统建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 由阻尼器机械系统列写微分方程
本卷实例
  • 关键一步:先定各阻尼器相对速度再列牛顿第二定律
  • 中间结果:质量块受两个阻尼力,方向由相对速度决定
  • 卡点:阻尼器接法与位移方向需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由阻尼器机械系统列写微分方程
  • 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

9九、由动态指标反求闭环与开环传函#

思路
  • 由超调量求阻尼比、由峰值时间求自然频率,写标准二阶闭环传函,再由单位负反馈关系反推开环传函
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反求阻尼比与自然频率
本卷实例
  • 关键一步:联立超调量指数式与峰值时间式求解两参数
  • 中间结果:超调量只由阻尼比决定,峰值时间还含自然频率
  • 卡点:超调量百分之三十对应指数式右端取零点三
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反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
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
  • 写标准二阶闭环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:把自然频率与两倍阻尼比自然频率代入标准式
  • 中间结果:闭环分母由一次项与常数项凑成
  • 卡点:一次项系数是两倍阻尼比乘自然频率,别漏二
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
  • 本卷考过写标准二阶闭环传递函数
  • 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
由性能指标要求反求参数 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由闭环传函反推开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:由单位负反馈关系把闭环化为开环
  • 中间结果:开环分母为s乘上闭环特征式去掉常数项
  • 卡点:开环与闭环常数项相等,仅分母差一项
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
  • 本卷考过由闭环传函反推开环传递函数
  • 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