←择校首页控制考研真题思维导图真题思维导图

东北电力大学 841 自动控制原理 2023 年真题思维导图

强势双非共 9 题

难度:中等 9题覆盖运放模拟电路、结构图与二阶指标、劳斯判据与稳态误差、根轨迹、奈氏判据、超前校正、离散系统和状态空间。

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运放模拟电路与典型环节#

思路
  • 由运放电路列KCL并利用虚短虚断,先求各级传函再求总传函并判断典型环节。
本卷考法
  • 由运放模拟电路求 U2(s)/U1(s)
  • 由多级运放电路求总传函 U0(s)/Ui(s)
本卷实例
  • 关键一步:把运放输入与反馈支路写成复阻抗,逐级列输出比输入
  • 中间结果:多级串联时把各级传函相乘,再整理成 s 的有理分式
  • 卡点:运放电路为原卷插图,电阻电容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
  • 电路用复阻抗法:电阻 R、电感 Ls、电容 1/(Cs)
  • 机械平移系统三种元件:质量 m、阻尼 f、弹簧 k
  • 先列物理定律方程,再消去中间变量
  • 列方程的依据:KCL/KVL 或牛顿第二定律
步骤
  • 画出复阻抗等效电路或受力分析图
  • 按 KVL/KCL 或牛顿第二定律列出微分方程组
  • 消去中间变量,得到只含输入输出的方程
  • 取拉氏变换并整理成 C(s)/R(s)
通用考法
  • 本卷考过由运放模拟电路求 U2(s)/U1(s)
  • 本卷考过由多级运放电路求总传函 U0(s)/Ui(s)
  • 给定 RLC 网络求 U_o(s)/U_i(s)
  • 弹簧-质量-阻尼系统求位移对力的传递函数
  • 含运算放大器的有源网络求传递函数
常见易错
  • 复阻抗法把电容阻抗误写成 Cs
  • 机械系统阻尼力与弹簧力的正负方向取反
  • 运放电路忘记使用虚短与虚断条件
公式
电路网络与有源网络建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 对运放电路列KCL并利用虚短虚断求解
本卷实例
  • 关键一步:利用虚短使两输入端电压相等,虚断使输入电流为零
  • 中间结果:按节点列KCL方程,解出输出与输入电压的关系
  • 卡点:含多级运放时逐级求解,不要一次把所有节点写进同一方程
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
  • 本卷考过对运放电路列KCL并利用虚短虚断求解
  • 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
  • 判断所得环节属于哪种典型环节
  • 说明一阶惯性环节的增益与时间常数
本卷实例
  • 关键一步:把所得传函与典型环节标准式对照,先看分母阶次
  • 中间结果:一阶惯性标准式分母为 Ts+1,分子的常数为增益
  • 卡点:环节判断要基于整理后的标准形式,不能只看原始电路形式
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 六种典型环节:比例、积分、微分、惯性、振荡、延迟
  • 惯性环节由时间常数 T 描述,T 越小响应越快
  • 振荡环节由自然频率 ωn 与阻尼比 ξ 共同描述
  • 延迟环节只改变相位,不改变幅值
步骤
  • 把传递函数分解为若干典型环节的乘积
  • 逐环节写出幅频与相频表达式
  • 按环节类型判断对系统性能的影响
通用考法
  • 本卷考过判断所得环节属于哪种典型环节
  • 本卷考过说明一阶惯性环节的增益与时间常数
  • 指出给定传递函数由哪些典型环节串联组成
  • 由阶跃响应曲线或 Bode 图识别环节类型
  • 比较两个系统的时间常数大小
常见易错
  • 把一阶微分环节 (τs+1) 与纯微分环节 s 混为一谈
  • 把延迟环节的相位滞后误当作幅值衰减
公式

2结构图与二阶动态指标#

思路
  • 先由单位阶跃响应反求 G1(s),再由结构图求闭环传函并计算二阶指标。
本卷考法
  • 由单位阶跃响应 1−e^{−t} 反求 G1(s)
本卷实例
  • 关键一步:由响应形式判断系统为一阶惯性环节,稳态值对应增益
  • 中间结果:指数项系数对应时间常数的倒数,据此写出 G1(s)
  • 卡点:先判阶数再写传函,不要直接把响应拉氏变换当成传函
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
  • 本卷考过由单位阶跃响应 1−e^{−t} 反求 G1(s)
  • 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
  • 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
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
  • 由结构图求闭环传函并化为标准二阶形式
  • 确定阻尼比与自然频率
本卷实例
  • 关键一步:先把结构图化简成闭环传函,再把分母化成标准二阶形式
  • 中间结果:由一次项系数与常数项分别读出 ξ 与 ωn 的表达式
  • 卡点:结构图为原卷插图,G1(s) 在回路中的位置需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由结构图求闭环传函并化为标准二阶形式
  • 本卷考过确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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 求 σ%、tr、tp 与 ts(Δ=±5%)
本卷实例
  • 关键一步:先由 ξ 判断欠阻尼,再按对应公式逐项计算
  • 中间结果:σ% 只由 ξ 决定,tr 与 tp 还取决于 ωn
  • 卡点:ts 按题目指定的 5% 误差带取系数,不要用 2% 的系数
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 σ%、tr、tp 与 ts(Δ=±5%)
  • 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劳斯判据与稳态误差#

思路
  • 先列劳斯表判稳,再由型别求加速度误差系数,最后用误差频率特性求正弦输入稳态误差。
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据判断系统稳定性
本卷实例
  • 关键一步:写出闭环特征方程并按降幂排列,检查系数是否缺项
  • 中间结果:列劳斯表后看首列是否全为正
  • 卡点:首列有零时要用辅助方程或ε法,不能直接下结论
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
  • 判断系统型别并求加速度误差系数
本卷实例
  • 关键一步:由开环传函分母中积分环节个数判断系统型别
  • 中间结果:型别决定常用静态误差系数中哪一个有限
  • 卡点:求加速度误差系数时要把开环增益与剩余因子的极限分开看
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
  • 本卷考过判断系统型别并求加速度误差系数
  • 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
  • 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 r(t)=t² 时系统的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先确认系统稳定,再用终值定理或静态误差系数求误差
  • 中间结果:r(t)=t² 对应加速度输入,应使用加速度误差系数
  • 卡点:答案段把加速度与速度误差系数符号混用,按输入类型判据理解
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 r(t)=t² 时系统的稳态误差
  • 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
  • 求正弦输入下误差的幅值与相角
  • 由误差传递函数 E(jω) 求稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先写误差传递函数,再令 s=jω 代入输入角频率
  • 中间结果:把 E(jω) 整理成幅值与相角形式,对应正弦稳态误差
  • 卡点:正弦输入下稳态误差仍是同频正弦量,不能只算幅值
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
  • 本卷考过求正弦输入下误差的幅值与相角
  • 本卷考过由误差传递函数 E(jω) 求稳态误差
  • 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

4根轨迹绘制与临界参数#

思路
  • 由开环传函画根轨迹,求分离点、起始角、虚轴交点及欠阻尼与稳定范围。
本卷考法
  • 绘制 K 从 0→∞ 的闭环根轨迹
  • 写开环零极点、实轴段与渐近线
本卷实例
  • 关键一步:先写开环极点与零点,判断实轴根轨迹段和渐近线条数
  • 中间结果:渐近线交点与夹角按 n−m 计算,再在草图上标注
  • 卡点:画图前先核对开环传函的极零点,避免把重极点分开数
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 K 从 0→∞ 的闭环根轨迹
  • 本卷考过写开环零极点、实轴段与渐近线
  • 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
  • 求根轨迹分离点及该点对应 K
本卷实例
  • 关键一步:由闭环特征方程重根条件列分离点方程
  • 中间结果:解出候选实根后要检验是否位于根轨迹实轴段上
  • 卡点:分离点对应两条根轨迹分支交汇,K值由幅值条件回代
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及该点对应 K
  • 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
出射角与入射角 根轨迹法
本卷考法
  • 求重极点处的起始角方向
本卷实例
  • 关键一步:按起始角公式累加其他零极点对该极点的相角贡献
  • 中间结果:重极点处每个分支的起始角要结合重数分别判断
  • 卡点:累加相角时不要把该极点自身的相角也算进去
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 出射角是根轨迹离开开环极点的方向
  • 入射角是根轨迹进入开环零点的方向
  • 计算时需代入相角条件并逐项累加各零极点贡献的相角
  • 共轭复数极点的出射角互为相反数
步骤
  • 取待求极点(或零点)为参考点
  • 写出相角条件并代入该点
  • 把其余零极点的相角移到等式右边累加
  • 求反正切得到出射角或入射角
通用考法
  • 本卷考过求重极点处的起始角方向
  • 求复数极点的出射角
  • 根据出射角画出根轨迹起始方向
  • 由入射角确定根轨迹终止方向
常见易错
  • 累加相角时把该极点自身的相角也算进去
  • 忘记判断象限导致角度差 180°
公式
本卷考法
  • 求根轨迹与虚轴交点及临界 K
本卷实例
  • 关键一步:令 s=jω 代入闭环特征方程,分开实部与虚部
  • 中间结果:由实部虚部同时为零求交点频率与临界参数
  • 卡点:只代一个 ω 会漏掉另一组解,解出后要回到原题核对
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 K
  • 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
  • 确定系统呈欠阻尼状态时 K 的范围
  • 确定系统稳定时 K 的范围
本卷实例
  • 关键一步:由根轨迹与虚轴交点及分离点确定不同 K 区间的极点性质
  • 中间结果:共轭复根对应欠阻尼,稳定要求全部闭环极点在左半平面
  • 卡点:欠阻尼与稳定两个范围不是同一个条件,要分别回答
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
  • 本卷考过确定系统呈欠阻尼状态时 K 的范围
  • 本卷考过确定系统稳定时 K 的范围
  • 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奈氏曲线判稳#

思路
  • 写开环频率特性画 Nyquist 图,再由 P 与包围圈数判断闭环稳定性。
本卷考法
  • 写出 G(jω) 的幅频与相频表达式
  • 求曲线与负实轴交点频率及幅值
本卷实例
  • 关键一步:把各典型环节的幅频相乘、相频相加得到开环频率特性
  • 中间结果:令相频等于−180°求交点频率,再代回幅频得交点幅值
  • 卡点:积分环节在 ω→0 时贡献−90°相位,相频累加不能漏
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
  • 本卷考过写出 G(jω) 的幅频与相频表达式
  • 本卷考过求曲线与负实轴交点频率及幅值
  • 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
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 绘制 Nyquist 图并用判据判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:先数开环右半平面极点数 P,再画完整频率特性曲线
  • 中间结果:数曲线对(−1,j0)的净包围圈数 N,代入 Z=P−2N 判断
  • 卡点:含积分环节时要补画无穷大半径圆弧,否则包围数会数错
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
  • 本卷考过绘制 Nyquist 图并用判据判断闭环稳定性
  • 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
  • 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

6串联超前校正设计#

思路
  • 由稳态误差确定开环增益,再由相角裕度要求设计超前校正装置并画 Bode。
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 由稳态误差与相角裕度要求设计超前校正装置
  • 校验校正后的相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:先由静态误差系数要求确定开环增益,再算校正前相角裕度
  • 中间结果:用所需补偿角求超前网络参数 a,再由截止频率确定 T
  • 卡点:补偿角要预留截止频率右移带来的附加相角损失
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
  • 本卷考过由稳态误差与相角裕度要求设计超前校正装置
  • 本卷考过校验校正后的相角裕度
  • 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
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 求校正前截止频率与相角裕度
  • 由相角裕度差确定所需最大超前角
本卷实例
  • 关键一步:令开环幅频等于1求截止频率,再代相频求相角裕度
  • 中间结果:所需最大超前角等于目标裕度减校正前裕度再加预留量
  • 卡点:截止频率与相位穿越频率不要混用,本题用截止频率
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
  • 本卷考过求校正前截止频率与相角裕度
  • 本卷考过由相角裕度差确定所需最大超前角
  • 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
  • 概略绘制校正前、后系统的 Bode 图
本卷实例
  • 关键一步:先画校正前低频段斜率与各转折频率,再叠加校正环节
  • 中间结果:校正后低频段保持不变,中频段在转折频率处改斜率
  • 卡点:逐段改斜率要累加而不是替换,交接频率处要重算高度
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
  • 本卷考过概略绘制校正前、后系统的 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

7离散系统脉冲传函与稳定性#

思路
  • 由结构图求开环脉冲传函再写闭环Φ(z),用特征方程判断稳定K范围。
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由离散系统结构图求闭环脉冲传函Φ(z)
本卷实例
  • 关键一步:按结构图判断采样开关位置,对连续部分作z变换得G(z)
  • 中间结果:闭环脉冲传函按Φ=G/(1+G)整理成z的有理分式
  • 卡点:结构图与连续部分G(s)需回原卷核对图,采样周期也以原卷为准
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
  • 本卷考过由离散系统结构图求闭环脉冲传函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
  • 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
  • 确定系统稳定时K的取值范围
  • 用朱莉判据或w变换判稳
本卷实例
  • 关键一步:写出闭环特征方程D(z)=0,按离散稳定判据列不等式
  • 中间结果:朱莉判据要同时检查D(1)、D(−1)与首末系数的条件
  • 卡点:离散稳定条件是极点模小于1,不是s域实部小于零
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
  • 本卷考过确定系统稳定时K的取值范围
  • 本卷考过用朱莉判据或w变换判稳
  • 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
  • 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

8状态转移矩阵与全响应#

思路
  • 求(sI−A)⁻¹的拉氏反变换得Φ(t),再分别求零输入、零状态与全响应。
状态转移矩阵 状态空间分析
本卷考法
  • 求状态转移矩阵Φ(t)=e^{At}
  • 求零输入响应与零状态响应
  • 由Φ(t)求全响应x(t)
本卷实例
  • 关键一步:先算(sI−A)⁻¹,再逐项取拉氏反变换得Φ(t)
  • 中间结果:零输入响应为Φ(t)x(0),零状态响应用卷积积分求
  • 卡点:题面OCR只印求Φ(t),答案段另有零输入、零状态与全响应
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Φ(t)=e^{At}
  • 本卷考过求零输入响应与零状态响应
  • 本卷考过由Φ(t)求全响应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
  • 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

9状态空间传函与能控能观#

思路
  • 由状态空间表达式求传递函数,并分别构造能控、能观判别矩阵判断性质。
本卷考法
  • 由状态空间表达式求G(s)=Y(s)/U(s)
本卷实例
  • 关键一步:按G(s)=C(sI−A)⁻¹B计算,先求逆矩阵再左右乘
  • 中间结果:若输出方程含直接传递项,最后还要加上D
  • 卡点:矩阵求逆后先核对维数,再进行C与B的乘法
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G(s)=Y(s)/U(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
  • 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
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 判断系统的能控性与能观性
本卷实例
  • 关键一步:能控性矩阵取[B AB],观测性矩阵取[C; CA]
  • 中间结果:分别求秩并与状态维数比较判断是否满秩
  • 卡点:能控与能观使用不同的判别矩阵,不能互相替代
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 能控性指能否用输入在有限时间内把任意初始状态驱动到原点
  • 能观性指能否由输出在有限时间内确定初始状态
  • 用能控性矩阵与能观性矩阵的秩判断
  • 能控性与能观性经非奇异线性变换保持不变
步骤
  • 构造能控性矩阵并求秩
  • 构造能观性矩阵并求秩
  • 与系统阶数 n 比较得出结论
  • 不可控或不可观时进一步做结构分解
通用考法
  • 本卷考过判断系统的能控性与能观性
  • 判断系统的能控性与能观性
  • 求使系统能观的参数取值
  • 对不可控系统进行结构分解
常见易错
  • 只算到 A^{n-2}B 就下结论
  • 把能控性判据与能观性判据的矩阵构造搞混
公式