←择校首页控制考研真题思维导图真题思维导图

南京工业大学 821 自动控制原理 2016 年真题思维导图

强势双非共 7 题合计 150 分

难度:中等 七道大题:梅森公式求传函、二阶系统动态性能与谐振、给定与扰动稳态误差、根轨迹与最小阻尼比、半频Nyquist判稳、Bode图与超前校正、描述函数法自振与增益影响

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

一梅森公式与结构图化简求传函16 分#

思路
  • 先数前向通道与回路,写特征式与各余子式用梅森公式求C(s)/R(s),再用结构图逐层化简作互校
本卷考法
  • 由多回路结构图用梅森公式求闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:逐一列写前向通道增益、回路增益与余子式
  • 中间结果:存在三条前向通道与两个独立回路
  • 卡点:第一题结构图接线为原卷插图,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
  • 本卷考过由多回路结构图用梅森公式求闭环传函
  • 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
  • 本卷考过余子式中未剔除与前向通路接触的回路
  • 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
多回路系统的逐层化简 结构图与方框图
本卷考法
  • 用结构图逐层化简求同一闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:从最内层回路开始逐层等效化简
  • 中间结果:各前向通道在化简中合并后再取外环反馈
  • 卡点:各环节接线与反馈极性按原图确定,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
  • 本卷考过用结构图逐层化简求同一闭环传函
  • 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
  • 本卷考过化简内环时把外环信号当成常数处理
  • 化简内环时把外环的信号当成常数处理

二二阶系统动态性能与谐振20 分#

思路
  • 先由结构图写闭环传函并化为标准二阶形式,由给定阻尼比反求参数a,再套动态性能公式求超调量、峰值时间与调节时间,进而求谐振频率与谐振峰值,最后讨论参数增大对动态性能的影响
由性能指标要求反求参数 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由给定阻尼比反求二阶系统结构参数
本卷实例
  • 关键一步:由闭环传函读自然频率并把阻尼比写成参数的函数
  • 中间结果:令阻尼比等于题给值即可解出结构参数
  • 卡点:第二题结构图由原卷插图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由给定阻尼比反求二阶系统结构参数
  • 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
  • 本卷考过化标准形式时未把二次项系数归一
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 求超调量、峰值时间与调节时间
本卷实例
  • 关键一步:先由标准二阶形式确定自然频率与阻尼比
  • 中间结果:三个指标分别按欠阻尼公式代入求得
  • 卡点:调节时间的误差带题给为正负百分之五
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
  • 本卷考过求超调量、峰值时间与调节时间
  • 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
  • 本卷考过峰值时间与上升时间公式混用
  • 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
  • 求闭环谐振频率与谐振峰值
本卷实例
  • 关键一步:按欠阻尼条件先校核谐振是否成立
  • 中间结果:谐振频率由自然频率与阻尼比共同确定
  • 卡点:谐振峰值公式只在给定阻尼比范围内成立
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 谐振峰值 Mr 越大振荡越强,通常要求 Mr 在 1.1 到 1.5 之间
  • 谐振频率 ωr 与峰值时间相关
  • 带宽频率 ωb 越大响应越快但抗噪能力下降
  • 由等 M 圆与等 N 圆可由开环频率特性求闭环特性
步骤
  • 由开环频率特性求闭环频率特性
  • 读出谐振峰值、谐振频率与带宽
  • 按经验公式估计超调量与调节时间
通用考法
  • 本卷考过求闭环谐振频率与谐振峰值
  • 由闭环幅频特性求谐振峰值与带宽
  • 由 Mr 估算超调量
  • 分析带宽与响应速度的关系
常见易错
  • 本卷考过当阻尼比大于零点七零七时仍套谐振峰值公式
  • 当 ξ>0.707 时仍套用谐振峰值公式
  • 把开环谐振与闭环谐振混为一谈
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
  • 讨论结构参数增大对系统动态性能的影响
本卷实例
  • 关键一步:把阻尼比与自然频率都写成该结构参数的函数
  • 中间结果:参数增大使阻尼比增大、自然频率不变
  • 卡点:要同时说明超调量与调节时间的变化趋势
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
  • 本卷考过讨论结构参数增大对系统动态性能的影响
  • 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
  • 本卷考过把阻尼比与自然频率的变化方向弄反
  • 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

三给定与扰动稳态误差及参数范围20 分#

思路
  • 先由结构图写闭环特征方程并用劳斯判据判稳,再分别求给定输入与扰动作用下的稳态误差,最后由误差上界反求参数取值范围并与稳定条件取交集
本卷考法
  • 求组合输入下的给定稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:把给定输入分解为阶跃与斜坡分量分别求误差
  • 中间结果:阶跃与斜坡误差分量分别按对应静态误差系数求得
  • 卡点:第三题框图由原卷插图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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下的给定稳态误差
  • 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
  • 求扰动作用下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:令参考输入为零,写扰动到输出的传递函数
  • 中间结果:扰动稳态误差按终值定理由扰动传函求得
  • 卡点:扰动含冲激与阶跃两项,须分别处理后相加
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 扰动误差与输入误差必须分开计算再叠加
  • 扰动误差取决于扰动作用点到误差点的传递函数
  • 增大扰动点前的增益可减小扰动误差
步骤
  • 令参考输入为零,求扰动到误差的传递函数
  • 代入扰动信号求稳态值
  • 与输入引起的误差叠加
通用考法
  • 本卷考过求扰动作用下的稳态误差
  • 求扰动引起的稳态误差
  • 比较扰动与输入对误差的不同影响
  • 分析提高前向增益的作用
常见易错
  • 本卷考过求扰动传函时没有把参考输入置零
  • 把扰动误差直接当作总误差,遗漏输入分量
  • 求扰动传函时没有把参考输入置零
公式
本卷考法
  • 由稳态误差上界反求参数取值范围
本卷实例
  • 关键一步:把给定输入下的误差写成待求参数的函数
  • 中间结果:误差上界给出该参数的下界
  • 卡点:最终范围须与劳斯判据所得稳定域取交集
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 提高开环增益可减小有差系统的误差,但会削弱稳定性
  • 增加积分环节可提高型别,代价是相位滞后与超调增大
  • 采用复合控制或前馈补偿可在不影响稳定性的前提下减小误差
  • 采用扰动补偿可提高扰动不变性
步骤
  • 判断误差来源是输入型别不足还是增益太小
  • 按需选择提高增益、增加积分或加入补偿器
  • 校验补偿后系统仍然稳定
  • 重新计算稳态误差确认达标
通用考法
  • 本卷考过由稳态误差上界反求参数取值范围
  • 分析提高开环增益对误差与稳定性的双重影响
  • 设计前馈补偿器实现给定信号不变性
  • 说明为何单纯提高增益不可行
常见易错
  • 本卷考过只谈误差减小而不检查稳定性是否被破坏
  • 只谈误差减小而不检查稳定性是否被破坏
  • 把增加积分环节的影响单一化,忽略超调
公式

四根轨迹绘制与最小阻尼比22 分#

思路
  • 按根轨迹绘制法则求分支数、实轴段与分离点,判断轨迹为圆并写出圆的方程,再由判别式或等阻尼线与圆相切求最小阻尼比时的闭环极点与增益,最后给出衰减振荡对应的增益范围
本卷考法
  • 按法则绘制根轨迹并求实轴段
本卷实例
  • 关键一步:两个极点一个零点,分支数为二且其一趋向零点
  • 中间结果:实轴根轨迹段由右侧零极点个数为奇数确定
  • 卡点:轨迹为圆的判断须由特征方程整理得出
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根轨迹并求实轴段
  • 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
  • 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
  • 求根轨迹的分离点及对应增益
本卷实例
  • 关键一步:由重根条件列方程解出分离点坐标
  • 中间结果:两个分离点分别对应不同的根轨迹增益
  • 卡点:需判断哪个分离点落在实轴根轨迹段上
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
  • 本卷考过求根轨迹的分离点及对应增益
  • 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而保留不在轨迹上的解
  • 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
  • 求最小阻尼比时的闭环极点与根轨迹增益
本卷实例
  • 关键一步:最小阻尼比对应原点向根轨迹圆作切线的切点
  • 中间结果:由几何关系定出切点坐标与对应增益
  • 卡点:再由欠阻尼条件给出衰减振荡的增益范围
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
  • 本卷考过求最小阻尼比时的闭环极点与根轨迹增益
  • 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
  • 本卷考过由极点位置估指标时忽略零点的作用
  • 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

五半频Nyquist图判断闭环稳定性21 分#

思路
  • 先数开环右半平面极点数P与积分环节个数v,按奈氏判据由正负穿越次数算闭环右极点个数Z,再对(a)(b)(c)三种半频曲线分别判定稳定性
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 由半频Nyquist曲线与右半平面极点数判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:按闭环右极点数等于P减去二倍净穿越次数求Z
  • 中间结果:正穿越取正、负穿越取负,只与实轴相交未穿过记为半次
  • 卡点:三条半频曲线为原卷插图,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过由半频Nyquist曲线与右半平面极点数判断闭环稳定性
  • 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
  • 本卷考过开环含积分环节时未补画无穷大半径圆弧
  • 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

六Bode图与超前校正25 分#

思路
  • 由开环传函写各转折频率与斜率变化并画对数幅频渐近特性,求截止频率与相角裕度,再由校正装置零点极点位置判断为超前校正,求校正后截止频率与相角裕度并讨论超调量与响应速度变化
本卷考法
  • 绘制开环对数幅频渐近特性曲线
本卷实例
  • 关键一步:由两个惯性环节的转折频率分段列写渐近幅频
  • 中间结果:低频段由积分环节决定斜率为负二十
  • 卡点:渐近特性曲线为原卷插图,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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幅频渐近特性曲线
  • 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
  • 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
  • 求开环截止频率与相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:令对数幅频等于零解出截止频率
  • 中间结果:相角裕度为一百八十度加截止频率处相角
  • 卡点:相角裕度数值很小,计算结果须保留两位小数
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
  • 本卷考过求开环截止频率与相角裕度
  • 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
  • 本卷考过把截止频率与相位穿越频率用反
  • 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
  • 由校正装置传函判断校正类型并说明理由
本卷实例
  • 关键一步:比较校正装置分子与分母一次项系数大小
  • 中间结果:零点转折频率高于极点时为超前校正
  • 卡点:校正装置传函逐年与宝典两种写法,以逐年为准
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
  • 本卷考过由校正装置传函判断校正类型并说明理由
  • 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
  • 本卷考过把滞后网络的两个转折频率顺序写反
  • 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
本卷考法
  • 讨论校正后超调量与响应速度的变化
本卷实例
  • 关键一步:由校正后截止频率与相角裕度的变化推断指标
  • 中间结果:截止频率上升使响应变快,裕度增大使超调减小
  • 卡点:结论须同时说明快速性与平稳性两方面的变化
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 谐振峰值 Mr 越大振荡越强,通常要求 Mr 在 1.1 到 1.5 之间
  • 谐振频率 ωr 与峰值时间相关
  • 带宽频率 ωb 越大响应越快但抗噪能力下降
  • 由等 M 圆与等 N 圆可由开环频率特性求闭环特性
步骤
  • 由开环频率特性求闭环频率特性
  • 读出谐振峰值、谐振频率与带宽
  • 按经验公式估计超调量与调节时间
通用考法
  • 本卷考过讨论校正后超调量与响应速度的变化
  • 由闭环幅频特性求谐振峰值与带宽
  • 由 Mr 估算超调量
  • 分析带宽与响应速度的关系
常见易错
  • 本卷考过把开环谐振与闭环谐振混为一谈
  • 当 ξ>0.707 时仍套用谐振峰值公式
  • 把开环谐振与闭环谐振混为一谈
公式

七描述函数法自振与增益影响26 分#

思路
  • 把线性部分写成频率特性求与负实轴交点及低频渐近线,再由给定描述函数求负倒描述函数并画在同图判断自振,在交点上用自振条件求频率与振幅,最后分析开环增益扩大后曲线是否包围负倒描述函数
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 由给定非线性描述函数求负倒描述函数及其走向
本卷实例
  • 关键一步:按描述函数定义写出负倒描述函数
  • 中间结果:振幅趋于零与趋于无穷时负倒描述函数取到两个端点
  • 卡点:题给描述函数含常数项K,须先合并再取负倒数
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
  • 本卷考过由给定非线性描述函数求负倒描述函数及其走向
  • 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
  • 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
  • 画两条曲线判断系统能否产生稳定自振
本卷实例
  • 关键一步:在同一复平面画负倒描述函数与线性部分曲线
  • 中间结果:两曲线有交点且负倒描述函数由不稳定区穿向稳定区
  • 卡点:线性部分结构图与极点为原卷插图,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 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
  • 本卷考过画两条曲线判断系统能否产生稳定自振
  • 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
  • 本卷考过未标注振幅增大方向就判断自振稳定性
  • 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
  • 分析开环增益扩大后非线性系统的稳定性
本卷实例
  • 关键一步:增益扩大使线性部分幅相曲线整体外扩
  • 中间结果:外扩后曲线包围负倒描述函数则系统不稳定
  • 卡点:结论须结合负倒描述函数是否被完全包围给出
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
  • 本卷考过分析开环增益扩大后非线性系统的稳定性
  • 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出现新的自振点
  • 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