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哈尔滨理工大学 810 自动控制原理 2024 年真题思维导图

强势双非共 8 题

难度:中等 全卷8题,覆盖结构图信号流图与梅森公式、劳斯判据求临界增益、二阶系统指标反求参数、参数根轨迹与衰减振荡、开环频率特性与稳定裕度、饱和非线性描述函数法、串联超前校正、采样系统脉冲传函与输出响应。第1、3、6、8题含原卷插图。

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1一、结构图信号流图与梅森公式求传函(原卷图)#

思路
  • 把系统方框图改画为信号流图,逐条列回路与前向通路,用梅森公式求闭环与误差传函。
本卷考法
  • 由结构图画信号流图并用梅森公式求C(s)/R(s)与E(s)/R(s)
本卷实例
  • 关键一步:按节点与支路增益把方框图改画成信号流图,逐条列回路与前向通路
  • 中间结果:特征式为一减各回路增益之和,无互不接触回路时不再加两两乘积项
  • 中间结果:各前向通路的余子式一起代入梅森公式求和
  • 卡点:支路增益与反馈极性取自原卷插图,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由结构图画信号流图并用梅森公式求C(s)/R(s)与E(s)/R(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
  • 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
多回路系统的逐层化简 结构图与方框图
本卷考法
  • 用结构图等效化简核对梅森公式结果
本卷实例
  • 关键一步:把多回路结构先化简内环再逐层向外,用作结果校核
  • 中间结果:化简后应与梅森公式给出的特征式一致
  • 卡点:比较点与引出点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
  • 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
  • 本卷考过用结构图等效化简核对梅森公式结果
  • 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

2二、劳斯判据求临界稳定K与振荡频率#

思路
  • 写闭环特征方程列劳斯表,令首列临界元素为零求临界增益,再由辅助方程解出等幅振荡频率。
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由闭环特征方程列劳斯表求系统稳定的参数范围
本卷实例
  • 关键一步:写出闭环特征方程并按幂次排劳斯表
  • 中间结果:令首列含参数元素大于零解出稳定条件
  • 卡点:题面与答案段的系数与增益写法不一致,须回原卷核对
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
  • 本卷考过由闭环特征方程列劳斯表求系统稳定的参数范围
  • 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
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 求临界稳定增益并由辅助方程确定等幅振荡频率
本卷实例
  • 关键一步:把劳斯表首列临界元素置零解出临界增益
  • 中间结果:用临界行系数写辅助方程解出等幅振荡角频率
  • 卡点:只列部分首列不等式会漏约束,取交集时端点要判开闭
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
  • 本卷考过求临界稳定增益并由辅助方程确定等幅振荡频率
  • 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

3三、二阶系统指标反求参数与A的影响(原卷图)#

思路
  • 由结构图求闭环传函化标准二阶形式,按超调量与峰值时间定阻尼比与自然频率,再求参数与调节时间。
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
  • 由闭环传函化标准二阶形式求阻尼比与无阻尼自然频率
本卷实例
  • 关键一步:把闭环特征方程首一化后与标准形式逐项对照
  • 中间结果:阻尼项系数比二倍自然频率即得阻尼比
  • 卡点:结构图为原卷插图,内环反馈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
  • 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标准二阶形式求阻尼比与无阻尼自然频率
  • 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
  • 由超调量与峰值时间反求阻尼比、自然频率与调节时间
本卷实例
  • 关键一步:先用超调量公式反解阻尼比,再用峰值时间求自然频率
  • 中间结果:调节时间按百分之二误差带用四除以阻尼比与自然频率之积
  • 卡点:两种误差带的调节时间系数不同,本题取百分之二
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、自然频率与调节时间
  • 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
由性能指标要求反求参数 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由阻尼比与自然频率反求前置增益与测速反馈系数
本卷实例
  • 关键一步:把求得的阻尼比与自然频率代回系数对应式联立
  • 中间结果:增益只影响自然频率,反馈系数只影响阻尼项
  • 卡点:两个参数由两个指标联立确定,不能只用一个指标
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
  • 本卷考过由阻尼比与自然频率反求前置增益与测速反馈系数
  • 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
本卷考法
  • 分析测速反馈系数增大对稳态误差与快速性的影响
本卷实例
  • 关键一步:先由开环传函求速度误差系数,再写斜坡输入下稳态误差
  • 中间结果:反馈系数增大会降低开环增益从而加大稳态误差
  • 卡点:须先判稳再谈稳态误差,且要兼顾超调量的变化
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
  • 本卷考过分析测速反馈系数增大对稳态误差与快速性的影响
  • 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

4四、参数根轨迹与衰减振荡K范围#

思路
  • 把闭环特征方程整理成等效开环形式画参数根轨迹,由分离点与虚轴交点定衰减振荡区间。
本卷考法
  • 把含参数的闭环特征方程整理成等效开环并画参数根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:把含K的项并到分母侧,写成等效开环传函的零度形式
  • 中间结果:等效开环有两个开环极点与两个开环零点
  • 卡点:参数根轨迹的等效开环不是原系统开环,起点终点易判反
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
  • 本卷考过把含参数的闭环特征方程整理成等效开环并画参数根轨迹
  • 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
  • 由根轨迹与虚轴交点求临界增益与振荡角频率
本卷实例
  • 关键一步:把s等于jω代入闭环特征方程分离实部虚部
  • 中间结果:虚部方程给频率,实部方程给临界增益
  • 卡点:可能得到零频与有限频率两组解,都要列出
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
  • 本卷考过由根轨迹与虚轴交点求临界增益与振荡角频率
  • 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
  • 由分离点模值条件与虚轴交点确定衰减振荡的K范围
本卷实例
  • 关键一步:用分离点处模值条件求对应增益,再用虚轴交点增益夹区间
  • 中间结果:衰减振荡对应根轨迹复根分支落在左半平面的那段
  • 卡点:区间端点是否包含要看对应的响应类型
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
  • 本卷考过由分离点模值条件与虚轴交点确定衰减振荡的K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

5五、开环频率特性绘制与稳定裕度#

思路
  • 按典型环节转折频率画开环对数渐近特性,由幅值条件求截止频率,再用相角与幅值求两个裕度。
本卷考法
  • 按转折频率逐段画开环对数渐近幅频特性并求截止频率
本卷实例
  • 关键一步:把开环写成标准形式定型别与低频段斜率,再按转折频率逐段改斜率
  • 中间结果:截止频率由某段渐近线与零分贝线的交点给出
  • 卡点:改斜率是逐段累加而不是替换,低频段高度要算型别
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
  • 本卷考过按转折频率逐段画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
  • 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
  • 识别各典型环节并累计相角求相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:按一阶微分与惯性环节分别累计相角再取相角裕度
  • 中间结果:相角裕度由一百八十度加截止频率处相角给出
  • 卡点:积分环节的负九十度容易漏算
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
  • 本卷考过识别各典型环节并累计相角求相角裕度
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 由相角穿越频率求幅值裕度并分析增益变化影响
本卷实例
  • 关键一步:先求相角等于负一百八十度的穿越频率,再取幅值倒数
  • 中间结果:增益加倍后相角穿越频率不变而幅值裕度减半
  • 卡点:幅值裕度取倒数,且要按分贝与倍数分清
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
  • 本卷考过由相角穿越频率求幅值裕度并分析增益变化影响
  • 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

6六、饱和非线性描述函数法判自振(原卷图)#

思路
  • 由饱和特性写描述函数与负倒描述函数,与线性部分幅相曲线比较判断是否相交,据此定自振与临界增益。
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 由饱和特性写描述函数并求负倒描述函数随振幅的变化
本卷实例
  • 关键一步:按饱和特性写描述函数的实部表达式再取负倒数
  • 中间结果:负倒描述函数从负一附近出发随振幅增大趋于负无穷
  • 卡点:题面把饱和参数的等号印成不等号,取值需回原卷核对
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
  • 本卷考过由饱和特性写描述函数并求负倒描述函数随振幅的变化
  • 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
  • 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
  • 由负倒描述函数与线性部分幅相曲线是否相交判断自振
本卷实例
  • 关键一步:先求线性部分与负实轴交点,再与负倒描述函数范围比较
  • 中间结果:幅相曲线与负倒描述函数无交点则系统不产生自振
  • 卡点:结构图为原卷插图,线性环节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
  • 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
  • 本卷考过由负倒描述函数与线性部分幅相曲线是否相交判断自振
  • 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
  • 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
  • 由临界相交条件求系统不产生振荡的最大开环增益
本卷实例
  • 关键一步:令线性部分与负实轴交点恰好等于负一求临界增益
  • 中间结果:交点坐标随增益成比例移动,据此给出不振荡上限
  • 卡点:增益上限由负倒描述函数起点决定,不能只看交点
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
  • 本卷考过由临界相交条件求系统不产生振荡的最大开环增益
  • 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
  • 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

7七、串联超前校正设计#

思路
  • 先由速度误差系数定开环增益,再算未校正相角裕度,按最大超前角法设计串联超前校正网络。
本卷考法
  • 由稳态误差要求折算开环增益并判断需要何种校正
本卷实例
  • 关键一步:先用速度误差系数求增益,再算未校正系统的相角裕度
  • 中间结果:未校正相角裕度不足而幅值裕度有余,宜用超前校正
  • 卡点:稳态精度与相对稳定性矛盾,须先定增益再校正
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
  • 本卷考过由稳态误差要求折算开环增益并判断需要何种校正
  • 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
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 按最大超前角法设计串联超前校正装置参数
本卷实例
  • 关键一步:由所需最大超前角求分度系数,再由幅值条件定中心频率
  • 中间结果:由中心频率与分度系数反求时间常数与分子时间常数
  • 卡点:补偿角要把截止频率右移带来的相角损失算进去
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
  • 本卷考过按最大超前角法设计串联超前校正装置参数
  • 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
  • 校验校正后的相角裕度与幅值裕度是否达标
本卷实例
  • 关键一步:用校正后开环传函重算截止频率处的相角裕度
  • 中间结果:校正后相角裕度不小于五十度且幅值裕度满足要求
  • 卡点:校验要以校正后开环为准,不能沿用未校正系统
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
  • 本卷考过校验校正后的相角裕度与幅值裕度是否达标
  • 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

8八、采样系统脉冲传函与输出响应(原卷图)#

思路
  • 由零阶保持器与连续环节求开环与闭环脉冲传函,再由终值定理求参数并做z反变换得输出序列。
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由零阶保持器与连续对象求开环与闭环脉冲传函
本卷实例
  • 关键一步:把保持器与连续部分合并后按部分分式求z变换
  • 中间结果:开环脉冲传函为一项分式,闭环用反馈公式整理
  • 卡点:采样开关位置影响脉冲传函,结构图需回原卷核对图
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
  • 本卷考过由零阶保持器与连续对象求开环与闭环脉冲传函
  • 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
离散系统的稳态误差 离散控制系统
本卷考法
  • 由单位阶跃稳态值反求对象参数
本卷实例
  • 关键一步:对闭环传函与阶跃输入用终值定理取z趋于一
  • 中间结果:终值只与闭环传函在z等于一处的值有关
  • 卡点:用终值定理前要先判离散系统稳定
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 误差由输入类型与开环脉冲传函中 z=1 处极点的个数决定
  • 型别由 G(z)H(z) 中 z=1 处极点的重数确定
  • 用终值定理求稳态误差,前提是系统稳定
  • 采样周期也影响稳态误差大小
步骤
  • 求误差脉冲传递函数
  • 数出 z=1 处极点重数确定型别
  • 查表或用终值定理求稳态误差
  • 分析采样周期变化对误差的影响
通用考法
  • 本卷考过由单位阶跃稳态值反求对象参数
  • 求离散系统在典型输入下的稳态误差
  • 由稳态误差要求反求开环增益
  • 分析采样周期对稳态精度的影响
常见易错
  • 直接用 s 域静态误差系数公式处理离散系统
  • 未判稳就用终值定理
公式
z 变换与 z 反变换 离散控制系统
本卷考法
  • 做部分分式展开并由z反变换写出输出序列
本卷实例
  • 关键一步:把输出z变换按极点做部分分式展开
  • 中间结果:每个极点对应一个指数或振荡序列,叠加得y(k)
  • 卡点:注意分子z的幂次,必要时先提出z再反变换
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
  • 本卷考过做部分分式展开并由z反变换写出输出序列
  • 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
  • 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