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华中科技大学 829 自动控制理论(含现控) 2018 年真题思维导图

985 院校共 8 题合计 150 分

难度:中等 8 板块:选择10题、简答10小问、计算题6道;覆盖传函、时域、劳斯、Bode、离散、相平面与状态观测器

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一一、选择题(10题)20 分#

思路
  • 选择题覆盖误差系数、控制方式、一阶响应、超调量、稳定条件与校正判别
本卷考法
  • 求速度误差系数并判断系统型别
本卷实例
  • 关键一步:按开环传函积分环节个数定系统型别
  • 中间结果:型别确定后再由静态误差系数公式求值
  • 卡点:开环增益与误差系数不是同一量,需区分
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
  • 本卷考过求速度误差系数并判断系统型别
  • 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
  • 本卷考过把开环增益与速度误差系数混为一谈
  • 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
  • 指出闭环系统按偏差还是按输入进行控制
本卷实例
  • 关键一步:由闭环结构判断反馈量取自输入与输出的偏差
  • 中间结果:偏差经控制器作用于被控对象形成闭环
  • 卡点:开环与闭环控制方式的判别
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 闭环系统按给定、比较、放大、执行、对象、检测六个环节串联成环
  • 按有无反馈分为开环、闭环与复合控制;按给定信号分为恒值、随动与程序控制
  • 检测变送元件把被控量转换成可比较的信号,是反馈通道的入口
  • 控制系统的基本要求是稳、准、快三条
步骤
  • 从工艺或物理描述里找出被控量与操纵量
  • 逐个指认给定、比较、控制、执行、对象与检测六个环节对应的实物
  • 按信号流向把环节串成闭环方框图
  • 说明系统靠什么维持被控量等于给定量
通用考法
  • 本卷考过指出闭环系统按偏差还是按输入进行控制
  • 指出系统的被控对象、被控量与操纵量
  • 说明检测变送元件在闭环系统中的作用
  • 画出给定系统的闭环方框图并说明工作过程
常见易错
  • 本卷考过把按偏差控制与按扰动补偿混为一谈
  • 把被控量与操纵量搞反
  • 只画方框图而不指认环节,或反之,漏答一半
一阶系统的单位阶跃响应 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 求一阶系统阶跃响应达到稳态值63.2%所需时间
本卷实例
  • 关键一步:一阶系统时间常数即达到稳态值63.2%的时间
  • 中间结果:由传函分母读出时间常数即得结果
  • 卡点:终值须按稳态值而非初值计算
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
  • 本卷考过求一阶系统阶跃响应达到稳态值63.2%所需时间
  • 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
  • 本卷考过把63.2%对应时刻与50%对应时刻记混
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 写出典型二阶系统超调量的表达式
本卷实例
  • 关键一步:按二阶系统超调量公式挑选对应选项
  • 中间结果:公式只含阻尼比而与自然频率无关
  • 卡点:选项公式的符号与指数需逐项比对
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
  • 本卷考过写出典型二阶系统超调量的表达式
  • 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
  • 本卷考过超调量公式分子漏掉阻尼比或负号
  • 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
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 判断线性定常系统稳定的充分必要条件
本卷实例
  • 关键一步:稳定性由闭环特征根实部符号决定
  • 中间结果:闭环极点全在左半平面则系统稳定
  • 卡点:开环极点与闭环极点不可混淆
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
  • 本卷考过判断线性定常系统稳定的充分必要条件
  • 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
  • 本卷考过把开环极点位置当作稳定判据
  • 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
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 由校正环节传函判断超前还是滞后校正
本卷实例
  • 关键一步:代入频率特性比较分子分母的相角贡献
  • 中间结果:相角为正即属相位超前校正
  • 卡点:超前与滞后校正的相角符号相反
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 超前校正利用相位超前特性提高相角裕度
  • 会使截止频率提高,响应加快
  • 最大超前角出现在两个转折频率的几何中点
  • 最大超前角不超过 60°,否则噪声放大明显
步骤
  • 由未校正系统的相角裕度差额确定所需最大超前角
  • 由最大超前角公式求 α
  • 由 α 与目标截止频率求两个转折频率
  • 写出校正装置传递函数并校验
通用考法
  • 本卷考过由校正环节传函判断超前还是滞后校正
  • 设计串联超前校正装置
  • 计算校正后的相角裕度与截止频率
  • 分析超前校正的局限性
常见易错
  • 本卷考过仅比较转折频率先后而不算相角
  • 计算补偿角时忽略截止频率变化带来的附加相角损失
  • α 的取值与超前角公式方向取反
公式

二二、简答题(10小问,第9小问题面缺失)60 分#

思路
  • 简答题含电路传函、阶跃响应反求、阻尼比区域、劳斯判据、Bode、离散与状态响应
电路网络与有源网络建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 由含运放的电路图求 Uc(s)/Ur(s)
本卷实例
  • 关键一步:用虚短虚断确定节点电位后列复阻抗关系
  • 中间结果:整理得输出对输入的有理分式
  • 卡点:电路连接以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由含运放的电路图求 Uc(s)/Ur(s)
  • 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
  • 本卷考过含运放时忽略虚短虚断导致方程数不足
  • 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
  • 由零初始条件的阶跃响应反求系统传递函数
本卷实例
  • 关键一步:对响应作拉氏变换再除以阶跃的拉氏变换
  • 中间结果:约去输入项即得系统传递函数
  • 卡点:须先确认所给响应为零状态响应
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 稳态值决定增益 K
  • 超调量只由阻尼比 ξ 决定
  • 峰值时间与振荡频率共同确定 ωn
  • 时间常数由响应达到稳态值 63.2% 的时刻给出
步骤
  • 从曲线上读出稳态值、超调量、峰值时间或时间常数
  • 判断系统是一阶还是二阶(看有无振荡)
  • 由超调量反求 ξ,再由峰值时间反求 ωn
  • 写出标准形式并补上增益
通用考法
  • 本卷考过由零初始条件的阶跃响应反求系统传递函数
  • 由实验阶跃响应曲线求传递函数
  • 由给出的性能指标反求参数
常见易错
  • 本卷考过把非零状态响应误当零状态响应处理
  • 未判断系统阶数就直接套用二阶公式
  • 把稳态值当成了增益而漏掉输入幅值
公式
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由阻尼比与调节时间要求画闭环特征根分布区域
本卷实例
  • 关键一步:由阻尼比与调节时间换算成实部与夹角约束
  • 中间结果:可行域为两条射线与一条竖线所围区域
  • 卡点:调节时间按5%误差带的系数取值
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调节时间要求画闭环特征根分布区域
  • 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
  • 本卷考过把等阻尼线画成了垂直线
  • 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
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据判断稳定性并求全部特征根
本卷实例
  • 关键一步:先按劳斯表首列符号判断右半平面根数
  • 中间结果:首列不变号则系统稳定
  • 卡点:求全部特征根还需因式分解降阶
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求全部特征根
  • 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
  • 本卷考过系数缺项时未补零直接排劳斯表
  • 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
本卷考法
  • 由对数幅频特性渐近线反求开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:由低频段斜率定积分环节个数与增益
  • 中间结果:各转折频率依次添加对应典型环节
  • 卡点:幅频曲线以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由对数幅频特性渐近线反求开环传递函数
  • 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
  • 本卷考过把转折频率对应的环节阶次判错
  • 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
  • 求给定开环传函在截止频率处的相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:由幅值等于1求截止频率再代入相频特性
  • 中间结果:相角裕度等于180度加截止频率处相角
  • 卡点:各串联环节的相角需逐项累加
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
  • 本卷考过求给定开环传函在截止频率处的相角裕度
  • 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
  • 本卷考过截止频率取近似值代入导致裕度偏差
  • 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
z 变换与 z 反变换 离散控制系统
本卷考法
  • 用终值定理求给定 z 变换的终值
本卷实例
  • 关键一步:先检查系统特征根是否全在单位圆内
  • 中间结果:特征根在单位圆外则终值不存在
  • 卡点:终值定理的适用条件须先验证
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • z 变换是离散信号的拉氏变换,令 z=e^{Ts} 得到
  • 常用函数的 z 变换要熟记
  • z 反变换可用部分分式法、幂级数法或留数法
  • 左半 s 平面映射到 z 平面单位圆内
步骤
  • 将连续传递函数展开为部分分式
  • 逐项查表做 z 变换
  • 需要时做 z 反变换求时间序列
通用考法
  • 本卷考过用终值定理求给定 z 变换的终值
  • 求给定函数的 z 变换
  • 求 z 反变换得到采样序列
  • 说明 s 平面与 z 平面的映射关系
常见易错
  • 本卷考过未判稳直接套用终值定理
  • 把 z 变换结果中的 e^{-aT} 写成 e^{-a}
  • 部分分式分解时漏项导致反变换出错
公式
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 简述脉冲传递函数的定义
本卷实例
  • 关键一步:由离散输出与输入 z 变换之比定义
  • 中间结果:其本质是连续传函在离散域的推广
  • 卡点:定义中须写明零初始条件
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
  • 本卷考过简述脉冲传递函数的定义
  • 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
  • 本卷考过漏掉零初始条件这一前提
  • 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
状态转移矩阵 状态空间分析
本卷考法
  • 由对角矩阵状态方程求状态响应 x(t)
本卷实例
  • 关键一步:对角阵的矩阵指数按对角元分别取指数
  • 中间结果:状态响应为矩阵指数左乘初始状态
  • 卡点:只求矩阵指数而漏乘初始状态
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
  • 本卷考过由对角矩阵状态方程求状态响应 x(t)
  • 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
  • 本卷考过把矩阵指数当成标量指数处理
  • 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

三1三1、结构图求 C/R 与 C/N 并设计前馈消扰10 分#

思路
  • 由结构图求两条通道传函,再设计前馈通道使扰动对输出为零
本卷考法
  • 用梅森增益公式求 C(s)/R(s) 与 C(s)/N(s)
本卷实例
  • 关键一步:先列全部回路再分别写两条前向通路
  • 中间结果:两条通道分母同为特征式,差异只在分子
  • 卡点:两路结构图以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过用梅森增益公式求 C(s)/R(s) 与 C(s)/N(s)
  • 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
  • 本卷考过不接触回路找漏或重复计数
  • 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
本卷考法
  • 设计补偿通道使扰动对输出的影响为零
本卷实例
  • 关键一步:令扰动通道的分子为零解出补偿传函
  • 中间结果:补偿传函由扰动通路与主通路之比确定
  • 卡点:扰动不变性条件需在系统稳定下讨论
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 线性系统可用叠加原理,每次只保留一个输入
  • 求扰动的传递函数时令参考输入为零
  • 扰动误差与输入误差分别计算后再叠加
步骤
  • 令 R(s)=0,求扰动到输出的传递函数
  • 令 N(s)=0,求输入到输出的传递函数
  • 按题目要求叠加或单独分析
通用考法
  • 本卷考过设计补偿通道使扰动对输出的影响为零
  • 求扰动引起的输出或误差
  • 分析满足扰动不变性的补偿条件
常见易错
  • 本卷考过求扰动传函时未把参考输入置零
  • 两个输入同时存在时直接叠加却未验证系统的线性性
  • 求扰动传函时没有把参考输入置零
公式

三2三2、奈奎斯特图与判稳及右半平面极点数12 分#

思路
  • 由结构图求开环传函,画奈氏图并用奈氏判据判稳
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由开环幅相曲线画奈氏图并判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:先数开环传递函数在右半平面的极点数 P
  • 中间结果:由包围圈数算 z 等于 P 减 2N 判稳定性
  • 卡点:奈氏曲线结构以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由开环幅相曲线画奈氏图并判断闭环稳定性
  • 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
  • 本卷考过含右半平面开环极点时漏计 P
  • 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

三3三3、最少拍数字控制器设计12 分#

思路
  • 针对阶跃输入按最少拍设计数字控制器 D(z)
本卷考法
  • 针对阶跃输入设计最少拍数字控制器 D(z)
本卷实例
  • 关键一步:取闭环误差传函为 1 减 z 的负一次幂
  • 中间结果:D(z) 由闭环传函比上 G(z) 与误差传函求得
  • 卡点:离散结构图以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 最少拍系统指在典型输入下经过有限拍达到无稳态误差
  • 设计需要满足可实现性与稳定性约束
  • 最少拍系统的闭环脉冲传递函数由输入类型确定
  • 最少拍设计通常导致很大的控制量,需加限制
步骤
  • 确定输入类型及对应的误差传函形式
  • 按无稳态误差要求构造闭环脉冲传递函数
  • 由 D(z)=Φ(z)/[G(z)(1-Φ(z))] 求数字控制器
  • 检验可实现性、稳定性与控制量大小
通用考法
  • 本卷考过针对阶跃输入设计最少拍数字控制器 D(z)
  • 设计最少拍数字控制器
  • 比较不同输入类型下的最少拍数
  • 分析最少拍系统存在的问题
常见易错
  • 本卷考过忽略 D(z) 的物理可实现性
  • 忽略 D(z) 必须是物理可实现的因果系统
  • 闭环传函构造时未满足稳定性约束条件
公式

三4三4、离散系统脉冲传函 Φe 与 Φ12 分#

思路
  • 由含前馈的离散结构图求误差与输出脉冲传函
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由含前馈的离散结构图求脉冲传函 Φe(z) 与 Φ(z)
本卷实例
  • 关键一步:按结构图列 E(z) 与 C(z) 两条代数方程
  • 中间结果:消去中间变量即得两个脉冲传函
  • 卡点:前馈结构图以图给出,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
  • 本卷考过由含前馈的离散结构图求脉冲传函 Φe(z) 与 Φ(z)
  • 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
  • 本卷考过含前馈时仍按单回路公式列写
  • 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

三5三5、非线性相平面轨迹与开关线12 分#

思路
  • 列相轨迹与开关线方程并求运动至相平面原点耗时
相平面法 非线性系统
本卷考法
  • 列相轨迹与开关线方程并求运动至原点耗时
本卷实例
  • 关键一步:按继电特性分区写二阶误差微分方程
  • 中间结果:两段相轨迹为抛物线并在开关线处衔接
  • 卡点:非线性结构图以图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 相平面以误差及其导数为坐标,适用于一、二阶非线性系统
  • 相轨迹的斜率由系统微分方程直接给出
  • 奇点对应系统的平衡状态,奇点类型决定局部行为
  • 极限环对应相平面上的孤立闭曲线
步骤
  • 写出以误差及其导数表示的二阶微分方程
  • 由等倾线法或解析法求相轨迹斜率
  • 画出各区域相轨迹并判断奇点类型
  • 由是否存在闭曲线判断极限环与自振
通用考法
  • 本卷考过列相轨迹与开关线方程并求运动至原点耗时
  • 画出给定初始条件下的相轨迹
  • 判断奇点类型与稳定性
  • 分析极限环的存在与形态
常见易错
  • 本卷考过相轨迹斜率公式的分子分母写反
  • 相轨迹斜率公式中分子分母写反
  • 把相轨迹与根轨迹混淆
公式

三6三6、状态空间求传函与全维观测器12 分#

思路
  • 由状态空间表达式求传函,并设计全维状态观测器
本卷考法
  • 由状态空间表达式求系统传递函数 G0(s)
本卷实例
  • 关键一步:按输出矩阵乘(sI-A)的逆再乘输入矩阵求传函
  • 中间结果:矩阵求逆后只取与输出相关的行列计算
  • 卡点:状态矩阵与输出矩阵需回原卷核对
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
  • 本卷考过由状态空间表达式求系统传递函数 G0(s)
  • 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
  • 本卷考过计算传函时漏掉直接传递项 D
  • 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
状态观测器设计 状态空间分析
本卷考法
  • 设计全维状态观测器使观测器极点位于指定位置
本卷实例
  • 关键一步:先由能观判别矩阵的秩确认系统完全能观
  • 中间结果:由期望特征多项式比较系数求观测器增益阵 L
  • 卡点:期望极点取值需回原卷核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态观测器用输出与输入重构状态,前提是系统能观
  • 极点配置法与龙伯格观测器是两种常用形式
  • 观测器误差动态由 A-LC 的特征值决定
  • 观测器极点通常取得比系统极点快若干倍
步骤
  • 验证系统能观性
  • 写出观测器方程并求误差动态矩阵
  • 按期望特征多项式比较系数求出 L
  • 校验观测器收敛速度是否合适
通用考法
  • 本卷考过设计全维状态观测器使观测器极点位于指定位置
  • 设计全维状态观测器
  • 由期望观测器极点求反馈增益阵 L
  • 分析观测器与状态反馈组合后的系统极点
常见易错
  • 本卷考过未验证能观性就直接配置观测器极点
  • 把观测器增益阵写成了状态反馈增益阵的形式
  • 忽略观测器极点过快会放大噪声
公式