←择校首页控制考研真题思维导图真题思维导图

西安交通大学 811 自动控制理论(含现控) 2016 年真题思维导图

985 院校共 5 题

难度:中等偏难 5 道大题覆盖扰动不变性补偿条件、由相频表达式反求传函与阶跃响应、根轨迹反求传函与参数范围、含右半平面开环极点的奈氏判据、由 Bode 图与运放电路求校正装置;以经典控制为主,频域与校正题推导量大

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

1一、使扰动对输出无影响的补偿条件#

思路
  • 由结构图分别写出参考输入与扰动到输出的传递函数,令扰动传函的分子为零,解出使扰动不影响输出的补偿环节。
本卷考法
  • 求扰动到输出的传递函数并令其为零
本卷实例
  • 关键一步:求扰动传函时把参考输入置零,只保留扰动通道
  • 中间结果:令扰动到输出的传函分子为零解出补偿环节表达式
  • 卡点:多回路时要注意哪些回路与扰动前向通路不接触
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
  • 本卷考过求扰动到输出的传递函数并令其为零
  • 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
  • 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
本卷考法
  • 用梅森增益公式求多回路系统传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先列全部回路与前向通路,再写特征式和余子式
  • 中间结果:特征式为 1+G1G2+G1G2G4+G1G3G4
  • 卡点:无互不接触回路时余子式取值要逐一核对
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多回路系统传递函数
  • 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
  • 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

2二、由相频表达式反求传函与阶跃响应#

思路
  • 把题给分段相频表达式与一阶微分、惯性、二阶振荡的标准相频逐项对照定参数,再由给定频率处的幅值条件定增益,最后求单位阶跃响应的稳态值与最大值。
本卷考法
  • 由相频表达式反求系统传递函数
本卷实例
  • 关键一步:按标准环节相频拆项,与题给分段式逐项比对定参数
  • 中间结果:解得 T1=1.1、T2=1、ξ=根号2/2、ωn=2根号2
  • 卡点:分段点在 ωn 处,属二阶振荡环节反正切的分支切换
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
  • 本卷考过由相频表达式反求系统传递函数
  • 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
  • 判断最小相位系统并说明幅频与相频的对应关系
本卷实例
  • 关键一步:先由最小相位条件排除右半平面零极点
  • 中间结果:最小相位系统幅频与相频一一对应
  • 卡点:非最小相位系统幅频相同而相频不同,不能只凭幅频定传函
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 最小相位系统:全部零点极点都在左半平面
  • 同类系统中最小相位系统的相位滞后最小
  • 非最小相位系统幅频特性相同但相位滞后更大
  • 含右半平面零点时阶跃响应出现初始反向
步骤
  • 检查零点实部符号判断是否最小相位
  • 比较同幅频特性的两类系统的相频曲线
  • 分析右半平面零点对时域响应的影响
通用考法
  • 本卷考过判断最小相位系统并说明幅频与相频的对应关系
  • 判断系统是否最小相位
  • 解释阶跃响应初始反向的原因
  • 说明仅由幅频曲线能否唯一确定传递函数
常见易错
  • 以为幅频特性可以唯一确定传递函数
  • 把右半平面极点与右半平面零点混为一谈
本卷考法
  • 求单位阶跃输入下的稳态值
本卷实例
  • 关键一步:在稳定前提下由终值定理对闭环输出取 s 趋于 0 极限
  • 中间结果:稳态值等于闭环传函的直流增益
  • 卡点:必须先用劳斯判据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
  • 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值
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 求单位阶跃响应的最大值
本卷实例
  • 关键一步:对输出像函数作部分分式反变换后求导,令导数为零求峰值时刻
  • 中间结果:峰值由各衰减模态在峰值时刻叠加取值决定
  • 卡点:闭环含微分环节与零点,不能直接套标准二阶峰值公式
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
  • 本卷考过求单位阶跃响应的最大值
  • 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

3三、根轨迹反求开环传函与参数范围#

思路
  • 由给出的根轨迹极点位置与渐近线方向反推开环传函;引入校正时间常数后重写闭环特征方程,用劳斯判据和稳态误差要求确定参数范围。
本卷考法
  • 由根轨迹图反推开环传函并分析增益变化的影响
本卷实例
  • 关键一步:由根轨迹起点定开环极点、由渐近线方向判断根轨迹类型
  • 中间结果:开环极点为 −5、1、1,开环传函为 1/[(s+5)(s−1)²]
  • 卡点:根轨迹从右半平面极点出发,稳定性随增益变化
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
  • 本卷考过由根轨迹图反推开环传函并分析增益变化的影响
  • 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
本卷考法
  • 引入校正环节后按参数根轨迹重新列特征方程
本卷实例
  • 关键一步:把含校正参数的项整理成参数形式再分析根轨迹
  • 中间结果:闭环特征式为 s³+3s²+(Kτ−9)s+(5+K)
  • 卡点:参数与增益同时出现,稳定域要分情况讨论
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 可变参数不是开环增益时称为参数根轨迹
  • 方法是用等效开环传递函数把参数提到标准位置
  • 正反馈系统或零度根轨迹的相角条件是 0°+360°l
步骤
  • 把特征方程整理成 1+αG*(s)=0 的形式
  • 把 α 以外部分视为等效开环传递函数
  • 按常规根轨迹法则绘制
  • 注意相角条件是否变成 0°
通用考法
  • 本卷考过引入校正环节后按参数根轨迹重新列特征方程
  • 以时间常数或其他参数为变量绘制根轨迹
  • 绘制正反馈系统的零度根轨迹
  • 比较零度与 180 度根轨迹的差别
常见易错
  • 整理时没有把参数完整地提到分子位置
  • 零度根轨迹仍沿用 180° 相角条件
公式
本卷考法
  • 由单位阶跃稳态误差要求反解开环增益
本卷实例
  • 关键一步:写出稳态误差表达式并令不等式成立
  • 中间结果:稳态误差为 5/(5+K),解得 K 不小于 15
  • 卡点:解得的增益还须同时满足劳斯稳定条件
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
  • 本卷考过由单位阶跃稳态误差要求反解开环增益
  • 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
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据确定增益与校正参数的稳定范围
本卷实例
  • 关键一步:列劳斯表并令首列各项同号
  • 中间结果:稳定条件含 K>0 且 τ 大于 (32+K)/(3K) 等分支
  • 卡点:增益正负分两支讨论,最后结论要取交集
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确定增益与校正参数的稳定范围
  • 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

4四、含右半平面开环极点的奈氏判据#

思路
  • 画非最小相位开环的极坐标图,求曲线与负实轴的交点,按右半平面极点数与包围圈数求稳定条件;再由围线关系判断不稳定时右半平面闭环极点的个数。
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用奈氏判据求使系统稳定的参数范围
本卷实例
  • 关键一步:先数开环右半平面极点数,再令曲线不包围临界点
  • 中间结果:曲线与负实轴交于 −T1,稳定条件为 0<T1<1
  • 卡点:分子为非最小相位,ω 趋于 0 时相角从 90° 出发
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
  • 本卷考过用奈氏判据求使系统稳定的参数范围
  • 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
  • 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
本卷考法
  • 求非最小相位开环的幅频与相频表达式
本卷实例
  • 关键一步:把 G(jω) 有理化后分离实部与虚部
  • 中间结果:实部为 −(T1+T2)/(1+(T2ω)²),虚部含 1−T1T2ω²
  • 卡点:分子含右半平面零点的相角要写成 180° 减反正切形式
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
  • 本卷考过求非最小相位开环的幅频与相频表达式
  • 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
本卷考法
  • 说明右半平面零点对极坐标图形状的影响
本卷实例
  • 关键一步:非最小相位环节把相频起始相角整体抬高 180°
  • 中间结果:曲线从 +90° 出发并随频率增大相角单调减小
  • 卡点:不能用最小相位系统的经验直接判断包围情况
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 最小相位系统:全部零点极点都在左半平面
  • 同类系统中最小相位系统的相位滞后最小
  • 非最小相位系统幅频特性相同但相位滞后更大
  • 含右半平面零点时阶跃响应出现初始反向
步骤
  • 检查零点实部符号判断是否最小相位
  • 比较同幅频特性的两类系统的相频曲线
  • 分析右半平面零点对时域响应的影响
通用考法
  • 本卷考过说明右半平面零点对极坐标图形状的影响
  • 判断系统是否最小相位
  • 解释阶跃响应初始反向的原因
  • 说明仅由幅频曲线能否唯一确定传递函数
常见易错
  • 以为幅频特性可以唯一确定传递函数
  • 把右半平面极点与右半平面零点混为一谈
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 由稳定条件反解参数取值范围
本卷实例
  • 关键一步:把包围条件转化为交点坐标的不等式
  • 中间结果:参数 T2 对稳定性无影响,只有 T1 受约束
  • 卡点:参数出现在多个系数中,不能只列单个不等式
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 稳定条件是一组关于参数的不等式
  • 区间端点通常对应临界稳定,即根落在虚轴上
  • 稳定域是不等式组的交集
步骤
  • 由劳斯表首列各元素大于零列出不等式组
  • 逐个解不等式并取交集
  • 检查端点是否为临界稳定
通用考法
  • 本卷考过由稳定条件反解参数取值范围
  • 求使系统稳定的参数上界或下界
  • 判断某参数取值是否满足稳定要求
  • 比较不同参数对稳定域大小的影响
常见易错
  • 只列出部分首列元素的不等式,漏掉某个约束
  • 取交集时把端点是否包含搞错
公式

5五、Bode 图反求传函与运放校正装置#

思路
  • 由低频段斜率与高度定增益及转折频率,写出开环传函;再按理想运放的复阻抗关系求校正装置传函,比较校正前后的裕度与增益并说明其作用。
本卷考法
  • 由开环 Bode 图反求系统传递函数
本卷实例
  • 关键一步:由低频段斜率和过点高度定型别与增益,再按转折频率配环节
  • 中间结果:开环传函为 10(s/2+1)/[s(s+1)(s/20+1)]
  • 卡点:截止频率与转折频率要分别识别,不能混用
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 Bode 图反求系统传递函数
  • 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
  • 画校正后系统的开环 Bode 图
本卷实例
  • 关键一步:把校正装置与开环传函相乘后逐段叠加斜率
  • 中间结果:校正后开环相当于原特性整体抬高了分贝数
  • 卡点:比例放大只抬高度、不改变转折频率
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
  • 本卷考过画校正后系统的开环 Bode 图
  • 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
电路网络与有源网络建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 由理想运算放大器电路求校正装置传函
本卷实例
  • 关键一步:按虚短虚断分别列两级运放的复阻抗关系
  • 中间结果:化简为 (R2R4)/(R1R3) 乘 (1+sR1C1)/(1+sR2C2)
  • 卡点:含两级反相,最后符号为正,不能漏乘第二级反相
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
  • 本卷考过由理想运算放大器电路求校正装置传函
  • 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
  • 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
  • 比较校正前后的相位裕度与开环放大系数并说明作用
本卷实例
  • 关键一步:由截止频率分别求校正前后的相位裕度与开环增益
  • 中间结果:本题校正装置化简后恰为比例环节,属比例校正
  • 卡点:比例校正提高开环增益、减小稳态误差,但会降低相位裕度
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 校正是在系统中引入附加装置以改善性能
  • 串联校正、反馈校正与复合校正是三种基本形式
  • 时域指标与频域指标存在对应关系
  • 校正通常以相角裕度、开环增益与穿越频率为目标
步骤
  • 由指标要求确定目标相角裕度与穿越频率
  • 画出未校正系统的 Bode 图
  • 比较未校正特性与目标要求的差距
  • 选择校正方式并计算校正装置参数
通用考法
  • 本卷考过比较校正前后的相位裕度与开环放大系数并说明作用
  • 说明串联校正与反馈校正的适用场合
  • 把时域指标折算为频域指标
  • 分析未校正系统的主要缺陷
常见易错
  • 把截止频率与相位穿越频率混用
  • 只盯相角裕度而忽略带宽要求
公式