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广东工业大学 810 自动控制原理 2018 年真题思维导图

强势双非共 8 题合计 150 分

难度:中等 8 道大题:方框图双输入传函、劳斯判据与等幅振荡、二阶系统动态指标与初始条件全响应、根轨迹与阻尼比、含延迟系统稳定范围、超前校正设计、描述函数法自振、离散系统闭环脉冲传函与输出序列

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1一、方框图求 Y/R 与 Y/N15 分#

思路
  • 对同一方框图分别求参考输入与扰动作用下的传递函数:列出各回路增益与前向通路增益,用梅森公式求 Δ 及余子式 Δk,R 与 N 分别单独作用。
本卷考法
  • 用梅森增益公式求方框图输入输出传函
本卷实例
  • 关键一步:设 R、N 分别单独作用并标出全部回路
  • 中间结果:Y(s)/R(s) 为单前向通路双回路结构
  • 卡点:回路接触关系依赖框图,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方框图输入输出传函
  • 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
  • 本卷考过余子式未剔除与通路接触的回路
  • 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
  • 求扰动作用下的 Y(s)/N(s)
本卷实例
  • 关键一步:求 Y/N 时令参考输入 R(s) 为零
  • 中间结果:扰动侧有多条前向通道,需分别求余子式
  • 卡点:扰动与前向通路是否接触须看框图,需回原卷核对图
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
  • 本卷考过求扰动作用下的 Y(s)/N(s)
  • 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

2二、劳斯判据求稳定范围与等幅振荡频率15 分#

思路
  • 由系统结构图写出闭环特征方程,列劳斯表求使首列全正的 K 范围;再令特征方程在 s=jω 成立,由实部、虚部分别为零求等幅振荡角频率。
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据求闭环稳定的 K 取值范围
本卷实例
  • 关键一步:由结构图化简写出闭环特征方程
  • 中间结果:对劳斯表首列各元素列出不等式组
  • 卡点:闭环特征方程的系数须先由框图化简得到
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求闭环稳定的 K 取值范围
  • 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
  • 本卷考过系数缺项时未补零
  • 本卷考过首列出现 0 后未用 ε 法
  • 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
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 求使系统稳定的参数范围并定位临界点
本卷实例
  • 关键一步:令 s=jω 代入特征方程并分离实部虚部
  • 中间结果:由虚部方程解出等幅振荡的角频率
  • 卡点:临界点即特征方程在虚轴上的根
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
  • 本卷考过求使系统稳定的参数范围并定位临界点
  • 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
  • 本卷考过只列出部分首列不等式,漏掉某个约束
  • 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

3三、二阶系统动态指标与初始条件全响应25 分#

思路
  • 由闭环特征多项式求 ωn 与 ξ,按欠阻尼公式算上升时间与超调量;求组合输入下的稳态误差;再在非零初值下解微分方程求全响应。
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
  • 由闭环传函化为标准二阶形式求 ωn 与 ξ
本卷实例
  • 关键一步:对照标准式读出 2ξωn 与 ωn² 后解出 ξ、ωn
  • 中间结果:由 ξ、ωn 判定系统为欠阻尼
  • 卡点:读参数时须与闭环分母系数对应
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化为标准二阶形式求 ωn 与 ξ
  • 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
  • 本卷考过化标准形式时忘记把 s² 项系数归一
  • 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 ξ 与 ωn 计算上升时间与超调量
本卷实例
  • 关键一步:用上升时间与超调量公式代入 ξ、ωn
  • 中间结果:先算阻尼角 β 再求上升时间
  • 卡点:两指标公式中的角度须用弧度
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 ξ 与 ωn 计算上升时间与超调量
  • 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
  • 本卷考过峰值时间与上升时间混用
  • 本卷考过超调量公式漏乘 100%
  • 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
本卷考法
  • 求组合输入 r(t)=t+1 下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:写误差传函 E(s)=R(s)[1-φ(s)]
  • 中间结果:对 sE(s) 取 s→0 极限得 ess
  • 卡点:须先确认闭环稳定再使用终值定理
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
  • 本卷考过求组合输入 r(t)=t+1 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
  • 本卷考过输入为组合信号时漏掉某一分量
  • 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
  • 非零初始条件下由微分方程求单位阶跃全响应
本卷实例
  • 关键一步:对系统微分方程作拉氏变换并代入初值
  • 中间结果:整理出 Y(s) 后作部分分式分解
  • 卡点:反变换后须保留初值引起的响应分量
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 全响应由零输入响应与零状态响应两部分叠加而成
  • 零输入响应的形式由特征根决定,系数由初始条件定
  • 零状态响应用卷积或拉氏变换法求,也可查典型输入的响应表
  • 初值条件要区分零时刻前后的跳变,含输入导数项的方程会在零时刻产生跳变
步骤
  • 写出微分方程并取拉氏变换,把初始条件作为等效输入移到等号右端
  • 分别求零输入解与零状态解,再相加得全响应
  • 用初始条件定常数,必要时用终值核对稳态值
  • 检查求得的解在零时刻是否等于给定初值
通用考法
  • 本卷考过非零初始条件下由微分方程求单位阶跃全响应
  • 由微分方程与初始条件求系统的全响应
  • 分别求零输入响应与零状态响应
  • 判断给定初值下响应是否单调或是否有极值
常见易错
  • 本卷考过只求零状态响应而漏掉初值决定的自由响应
  • 只求零状态响应而漏掉由初值决定的自由响应
  • 分子含输入导数时忽略零时刻的跳变,导致初值对不上
公式

4四、根轨迹绘制与阻尼比确定 K25 分#

思路
  • 按法则画 K/[s(s²+8s+20)] 的根轨迹,求渐近线、分离点与虚轴交点;由全实极点的分离点增益定 K 范围;由阻尼比 0.707 定共轭极点后用根之和求 K。
本卷考法
  • 按法则绘制三个开环极点的根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:标出开环极点 0 与 -4±j2 并分段判实轴根轨迹
  • 中间结果:三条分支终点均为无穷远,求渐近线交点与夹角
  • 卡点:根轨迹形状为插图,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
  • 本卷考过按法则绘制三个开环极点的根轨迹
  • 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
  • 本卷考过实轴段判据中的零极点个数算错
  • 本卷考过渐近线夹角公式写错
  • 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
  • 求分离点坐标及分离点处的临界增益
本卷实例
  • 关键一步:由 dK/ds=0 列方程解出分离点坐标
  • 中间结果:取实轴段上的分离点并算对应增益
  • 卡点:两个候选解须按实轴段取舍
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
  • 本卷考过求分离点坐标及分离点处的临界增益
  • 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
  • 本卷考过求出方程根后不筛选,保留了不在轨迹上的解
  • 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
  • 由阻尼比 0.707 确定闭环极点并反求 K
本卷实例
  • 关键一步:画等阻尼线与根轨迹交点得共轭极点
  • 中间结果:用根之和求第三个闭环极点后代入求 K
  • 卡点:共轭极点的实虚部须满足给定阻尼比
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
  • 本卷考过由阻尼比 0.707 确定闭环极点并反求 K
  • 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
  • 本卷考过把等阻尼线画成了垂直线
  • 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、含延迟环节系统稳定 K 范围10 分#

思路
  • 对 G(s)H(s)=Ke^(-s)/s 写频率特性,用奈奎斯特判据:先数开环右半平面极点数,再由幅相曲线与负实轴交点满足临界条件求 K 的临界值与稳定范围。
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用奈奎斯特判据求含延迟系统的稳定 K 范围
本卷实例
  • 关键一步:写 G(jω)H(jω) 并分离幅频与相频
  • 中间结果:开环无右半平面极点,故 P=0
  • 卡点:幅相曲线依赖插图,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
  • 本卷考过用奈奎斯特判据求含延迟系统的稳定 K 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
  • 本卷考过开环含积分环节时未补画无穷大半径圆弧
  • 本卷考过没有先数开环右半平面极点数 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
本卷考法
  • 纯延迟环节对系统稳定范围的影响
本卷实例
  • 关键一步:由相频条件求幅相曲线与负实轴交点频率
  • 中间结果:把交点频率代入幅频条件得临界 K
  • 卡点:延迟环节相位随频率线性增大
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 延迟环节 e^{-τs} 的幅值为 1、相位为 -τω,只恶化相位
  • 延迟会显著缩小稳定域,τ 越大越难稳定
  • 频域判据需用相位裕度扣除延迟引起的附加滞后
步骤
  • 写出含延迟的开环传递函数
  • 分别求幅值与相位表达式
  • 在相频特性中扣除 τω 的滞后量
  • 按稳定裕度或奈氏判据求临界 τ 或临界 K
通用考法
  • 本卷考过纯延迟环节对系统稳定范围的影响
  • 求使系统稳定的最大延迟时间
  • 求含延迟系统的临界开环增益
  • 分析延迟对稳定裕度的影响
常见易错
  • 本卷考过把延迟环节当成惯性环节处理
  • 本卷考过相位计算时忘记角度与弧度换算
  • 把延迟环节当成惯性环节处理
  • 相位计算时忘记角度与弧度换算
公式

6六、Bode 图与超前校正设计25 分#

思路
  • 先画未校正开环渐近 Bode 图并求相角裕度;按相角裕度要求用最大超前角法求 α 与 T,得多项式形式的超前校正装置;再定性说明校正效果。
本卷考法
  • 绘制开环对数渐近幅频特性并求截止频率
本卷实例
  • 关键一步:由交接频率分段改斜率画渐近线并求 ωc
  • 中间结果:由 ωc 计算未校正系统的相角裕度
  • 卡点:Bode 图以插图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过绘制开环对数渐近幅频特性并求截止频率
  • 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
  • 本卷考过逐段改斜率时忘记累加而非替换
  • 本卷考过低频段起始高度没有乘型别的 -20v dB/dec
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 计算相角裕度并核对校正前后裕度
本卷实例
  • 关键一步:由截止频率代入相频表达式求相角裕度
  • 中间结果:用校正后的相频回代验算裕度是否达标
  • 卡点:校正后截止频率会发生变化,须重新求
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
  • 本卷考过计算相角裕度并核对校正前后裕度
  • 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
  • 本卷考过把截止频率 ωc 与相位穿越频率 ωg 用反
  • 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
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 按相角裕度要求设计串联超前校正装置
本卷实例
  • 关键一步:由 φm 等于目标裕度减去原裕度再加补偿角求 α
  • 中间结果:由最大超前频率处幅值条件求时间常数 T
  • 卡点:校正装置结构形式须与题目要求一致
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
  • 本卷考过按相角裕度要求设计串联超前校正装置
  • 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
  • 本卷考过计算补偿角时忽略截止频率变化带来的相角损失
  • 本卷考过α 的取值与超前角公式方向取反
  • 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

7七、描述函数法分析自持振荡20 分#

思路
  • 由给定非线性特性写负倒描述函数,与线性部分奈奎斯特曲线画在同一复平面判断自振;再分析 τ、K 变化对自振频率与幅值的影响趋势。
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 求非线性环节的负倒描述函数并与线性部分联立
本卷实例
  • 关键一步:写出 -1/N(A) 表达式并判断 A 的增大方向
  • 中间结果:求线性部分与负实轴交点及其对应频率
  • 卡点:幅相曲线为插图,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 描述函数是非线性环节在正弦输入下的等效复放大倍数
  • 描述函数是输入幅值的函数,与频率无关
  • 只适用于非线性环节输入近似为正弦、线性部分具有低通滤波特性的系统
  • 描述函数法用来判断自振的存在与参数
步骤
  • 写出非线性环节在正弦输入下的输出表达式
  • 取输出的一次谐波分量求基波幅值与相位
  • 按定义求描述函数 N(A)
  • 与线性部分特性联立判断自振
通用考法
  • 本卷考过求非线性环节的负倒描述函数并与线性部分联立
  • 求饱和、死区、继电特性等典型非线性的描述函数
  • 说明描述函数法的适用条件
  • 指出描述函数与频率特性的区别
常见易错
  • 本卷考过把描述函数当成频率的函数
  • 本卷考过忽略一次谐波近似带来的误差条件
  • 把描述函数当成频率的函数
  • 忽略一次谐波近似带来的误差条件
公式
本卷考法
  • 用描述函数法判断自振并求频率、幅值与 K
本卷实例
  • 关键一步:找 -1/N(A) 与 G(jω) 交点判定是否为稳定自振点
  • 中间结果:由交点坐标联立求自振频率与幅值
  • 卡点:交点处线性部分的增益对应题给 K
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 自振条件为 G(jω)N(A)=-1,即线性部分特性与负倒描述函数曲线相交
  • 交点给出自振频率 ω 与自振幅值 A
  • 负倒描述函数曲线上幅值增大的方向决定自振是否稳定
  • 交点处两条曲线的走向关系决定极限环稳定性
步骤
  • 求线性部分的频率特性 G(jω)
  • 求非线性环节的负倒描述函数 -1/N(A) 并确定 A 的增大方向
  • 在同一复平面上画两条曲线并求交点
  • 由交点处的走向判断自振是否存在且稳定,读出 ω 与 A
通用考法
  • 本卷考过用描述函数法判断自振并求频率、幅值与 K
  • 判断系统是否产生自持振荡
  • 求自振频率与自振幅值
  • 分析参数变化对自振的影响
常见易错
  • 本卷考过画的是 N(A) 而不是负倒描述函数 -1/N(A)
  • 本卷考过未标注 A 的增大方向就判断稳定性
  • 画的是 N(A) 而不是负倒描述函数 -1/N(A)
  • 未标注 A 的增大方向就判断稳定性
  • 把交点频率当成截止频率
公式
本卷考法
  • 分析参数 τ、K 变化对自振特性的影响
本卷实例
  • 关键一步:τ≠0 时线性部分变为含延迟的频率特性
  • 中间结果:由幅频条件判断 τ 增大时自振幅值的变化趋势
  • 卡点:趋势判断依赖特性曲线形状
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 非线性系统只有局部稳定性概念,与初始条件有关
  • 极限环的稳定性可由相轨迹收敛或发散判断
  • 减小非线性影响可用加大线性部分增益或引入校正
  • 用描述函数或相平面结果指导参数选择
步骤
  • 判断系统是否存在极限环并确定其稳定性
  • 分析非线性环节参数对自振幅值频率的影响
  • 通过调整线性部分增益或加入校正削弱自振
  • 重新分析确认自振消除或幅值达标
通用考法
  • 本卷考过分析参数 τ、K 变化对自振特性的影响
  • 提出消除自振的工程措施
  • 分析增益变化对极限环幅值的影响
  • 比较不同方案对稳定性与动态性能的利弊
常见易错
  • 本卷考过仅调整增益而不检查是否引入新的自振点
  • 仅调整增益而不检查是否引入新的自振点
  • 把不稳定极限环误判为可观测的自振

8八、离散系统闭环脉冲传函与输出序列15 分#

思路
  • 由系统框图写开环脉冲传递函数并化为闭环 φ(z);再对单位阶跃输入求控制量 U(z),用长除法展开得输出脉冲序列。
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由连续环节求开环与闭环脉冲传递函数
本卷实例
  • 关键一步:按采样开关位置写 G(z) 并作 z 变换
  • 中间结果:由 G(z) 写出闭环脉冲传函 φ(z)
  • 卡点:框图结构决定采样开关位置,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由连续环节求开环与闭环脉冲传递函数
  • 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
  • 本卷考过把两个无采样开关隔开的连续环节直接相乘
  • 本卷考过忘记把零阶保持器计入 G(z)
  • 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
z 变换与 z 反变换 离散控制系统
本卷考法
  • 由 z 域传函经长除法求采样输出序列
本卷实例
  • 关键一步:对单位阶跃输入写 U(z)=φ(z)R(z)
  • 中间结果:用长除法展开得输出序列各项的系数
  • 卡点:采样周期取值影响 z 变换的系数
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
  • 本卷考过由 z 域传函经长除法求采样输出序列
  • 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
  • 本卷考过部分分式分解时漏项导致反变换出错
  • 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