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山西大学 865 自动控制原理 2015 年真题思维导图

强势双非共 9 题

难度:中等 9 道大题:结构图求传函、劳斯判据结合稳态误差、根轨迹与欠阻尼范围、由对数幅频特性反求传函、串联滞后校正、采样系统脉冲传函与稳定性、状态方程自由运动与零状态解、连续系统离散化与能控性、状态反馈极点配置;第七题题头含分值在 OCR 中缺失。

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1一、由结构图求传递函数(14分)14 分#

思路
  • 由系统结构框图用梅森增益公式枚举全部回路与各前向通路,写出特征式后求输出对输入的传递函数。
本卷考法
  • 由多回路结构图用梅森公式求闭环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先枚举全部回路并判断两两是否接触
  • 关键一步:再列各前向通路及其余子式
  • 中间结果:特征式为 1 减各回路增益之和加互不接触回路积
  • 中间结果:总传函为前向通路增益乘余子式之和除特征式
  • 卡点: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
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总传递函数
本卷实例
  • 关键一步:从最内层局部反馈环开始向外逐层合并
  • 中间结果:内环合并后再与其余环节串并联得总传函
  • 卡点:化简内环时不可把外环信号当作常数处理
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总传递函数
  • 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、劳斯判据结合稳态误差求参数范围(16分)16 分#

思路
  • 先由闭环特征方程列劳斯表求使系统稳定的增益范围,再由单位斜坡输入的速度误差系数与误差上界求下界,取交集。
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 列劳斯表求使系统稳定的开环增益范围
本卷实例
  • 关键一步:把开环传函代入 1 加开环等于零整理出特征方程
  • 中间结果:按降幂排列系数并补齐缺项后列劳斯表
  • 卡点:需回原卷核对图
  • 卡点:首列解不等式的端点包含与否要留意
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
  • 本卷考过列劳斯表求使系统稳定的开环增益范围
  • 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
本卷考法
  • 由单位斜坡输入与误差上界反求开环增益下界
本卷实例
  • 关键一步:先判稳再对斜坡输入求静态速度误差系数
  • 中间结果:误差为速度误差系数的倒数,随增益增大而减小
  • 卡点:未判稳就套终值定理会得到错误结论
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
  • 本卷考过由单位斜坡输入与误差上界反求开环增益下界
  • 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

3三、根轨迹绘制与欠阻尼稳定范围(20分)20 分#

思路
  • 由开环传函按法则绘出根轨迹,求分离点、渐近线与虚轴交点,再由稳定与欠阻尼条件确定开环增益范围。
本卷考法
  • 按法则绘制增益由零到无穷变化时的根轨迹
本卷实例
  • 关键一步:先定实轴根轨迹段,再算渐近线与分离点
  • 中间结果:起点为开环极点,终点为零点或无穷远
  • 卡点:实轴段按右侧零极点个数之奇偶判断
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增益由零到无穷变化时的根轨迹
  • 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
  • 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
  • 由重根条件求根轨迹的分离点并取舍
本卷实例
  • 关键一步:令闭环特征方程对根求导为零解出重根位置
  • 中间结果:分离点须落在实轴根轨迹段上才有效
  • 卡点:解出的增根要剔除,只保留根轨迹上的点
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
  • 本卷考过由重根条件求根轨迹的分离点并取舍
  • 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
本卷考法
  • 求根轨迹与虚轴的交点及对应临界增益
本卷实例
  • 关键一步:把 s 等于 jω 代入特征方程分离实部与虚部
  • 中间结果:交点关于原点对称,对应同一临界增益
  • 卡点:只代一个 ω 会漏掉另一组交点
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的交点及对应临界增益
  • 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
  • 由根轨迹确定稳定且为欠阻尼的增益范围
本卷实例
  • 关键一步:稳定看根是否全在左半平面,欠阻尼看是否为共轭复根
  • 中间结果:两个条件在增益轴上取交集得可行区间
  • 卡点:根轨迹增益与开环增益差一个比例系数,需换算
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
  • 本卷考过由根轨迹确定稳定且为欠阻尼的增益范围
  • 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

4四、由对数幅频特性反求开环传递函数(16分)16 分#

思路
  • 由最小相位系统对数幅频特性各频段斜率变化识别积分、微分与惯性环节,再由高度或截止频率条件定增益。
本卷考法
  • 由给定对数幅频特性曲线写出开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:按斜率每变化正负 20 判断增减一个一阶环节
  • 中间结果:低频段斜率决定积分环节个数,转折频率定时间常数
  • 卡点:需回原卷核对图
  • 卡点:最低频段延长线交点对应的增益需按型别折算
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
  • 本卷考过由给定对数幅频特性曲线写出开环传递函数
  • 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
  • 由转折频率处斜率变化识别典型环节类型
本卷实例
  • 关键一步:逐段比较斜率变化量判断环节增减
  • 中间结果:斜率变化负 20 为惯性环节,正 20 为一阶微分环节
  • 卡点:幅频曲线数据写在图里,转折频率需读图确认
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
  • 本卷考过由转折频率处斜率变化识别典型环节类型
  • 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

5五、串联滞后校正设计与验证(18分)18 分#

思路
  • 由静态速度误差系数要求定开环增益,求未校正系统的相角裕度,再按滞后网络设计转折频率与分度系数并验证。
滞后校正 系统校正
本卷考法
  • 设计串联滞后校正装置使相角裕度达标
本卷实例
  • 关键一步:先按误差系数要求定增益,再选新截止频率留够裕度
  • 中间结果:滞后网络分度系数小于 1,转折频率低于新截止频率
  • 卡点:转折频率取得接近截止频率会抵消裕度改善
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 滞后校正利用高频段幅值衰减提高相角裕度
  • 会使截止频率降低,响应变慢
  • 转折频率要远低于新的截止频率以免引入过多相位滞后
  • 可同时提高低频增益改善稳态精度
步骤
  • 确定满足相角裕度要求的新截止频率
  • 由未校正系统在该频率处的幅值确定衰减量
  • 由衰减量求滞后网络的参数 β
  • 取转折频率低于新截止频率一个数量级,写出传递函数
通用考法
  • 本卷考过设计串联滞后校正装置使相角裕度达标
  • 设计串联滞后校正装置
  • 比较超前与滞后校正的效果差异
  • 分析滞后校正对响应速度的影响
常见易错
  • 把滞后网络的两个转折频率顺序写反
  • 转折频率取得过高导致相位滞后抵消了增益改善
公式
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 求未校正与校正后系统的相角裕度并验证
本卷实例
  • 关键一步:令幅频为单位 1 求截止频率,再算相角与 180 度之和
  • 中间结果:相角裕度为正且满足要求即通过验证
  • 卡点:截止频率与相位穿越频率不要用反
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
  • 本卷考过求未校正与校正后系统的相角裕度并验证
  • 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
  • 由静态速度误差系数要求确定开环增益
本卷实例
  • 关键一步:对 1 型系统取 s 乘开环传函在零处的极限
  • 中间结果:速度误差系数等于开环增益
  • 卡点:增益与误差系数在 0 型或 2 型系统中并不相等
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
  • 本卷考过由静态速度误差系数要求确定开环增益
  • 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

6六、采样系统的脉冲传函与稳定性(16分)16 分#

思路
  • 由采样系统结构写开环脉冲传递函数,再求闭环特征方程并用朱莉判据确定使系统稳定的参数与周期关系。
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由采样系统结构图求开环与闭环脉冲传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先判断哪些环节一起做 z 变换、采样开关在何处
  • 中间结果:开环脉冲传函计入零阶保持器后求闭环
  • 卡点:两段连续环节间无采样开关时不能直接相乘
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
  • 本卷考过由采样系统结构图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
  • 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
  • 用朱莉稳定判据确定参数与采样周期的关系
本卷实例
  • 关键一步:写出闭环特征多项式后套朱莉判据的条件
  • 中间结果:稳定性条件化为含采样周期指数项的不等式
  • 卡点:判据是根的模小于 1,别写成实部小于零
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
  • 本卷考过用朱莉稳定判据确定参数与采样周期的关系
  • 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

7七、状态方程的自由运动与零状态解#

思路
  • 由给定 A、B、C 求状态转移矩阵,再分别代入初始状态与控制输入,写出自由运动解与单位阶跃下的零状态解。
状态转移矩阵 状态空间分析
本卷考法
  • 由状态方程求状态转移矩阵并写出状态解表达式
本卷实例
  • 关键一步:先求 sI 减 A 的逆再取拉氏反变换得转移矩阵
  • 中间结果:状态解为转移矩阵乘初值加卷积积分项
  • 卡点:本题题头含分值在源文 OCR 中缺失
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
  • 本卷考过由状态方程求状态转移矩阵并写出状态解表达式
  • 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

8八、连续系统的离散化与能控性(16分)16 分#

思路
  • 由连续状态方程在给定采样周期下求离散状态方程,再构造能控性判别矩阵判断离散系统的状态能控性。
连续系统的离散化 离散控制系统
本卷考法
  • 由连续状态方程求给定采样周期下的离散状态方程
本卷实例
  • 关键一步:先求状态转移矩阵在采样周期处的值再积分求输入阵
  • 中间结果:离散状态矩阵为转移矩阵在采样周期处的取值
  • 卡点:积分上限只到采样周期,输入矩阵要左乘转移矩阵
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 离散化状态方程由状态转移矩阵在采样周期处的取值构成
  • 输入矩阵是状态转移矩阵与输入矩阵乘积在采样周期上的积分
  • 带零阶保持器时即按上述积分式离散化,输出矩阵不变
步骤
  • 求连续系统的状态转移矩阵
  • 把采样周期代入得到离散状态矩阵
  • 对输入矩阵做积分得到离散输入矩阵
  • 写出差分形式的离散状态方程并按递推求采样点上的响应
通用考法
  • 本卷考过由连续状态方程求给定采样周期下的离散状态方程
  • 求连续系统在给定采样周期下的离散化状态方程
  • 由给出的状态响应反求系统矩阵再离散化
  • 计算采样点上的状态与输出序列
常见易错
  • 把采样周期直接当成时间常数代进连续传函
  • 积分上限写成采样周期以外的量,或忘记乘输入矩阵
公式
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 构造能控性判别矩阵判断离散系统能控性
本卷实例
  • 关键一步:由离散状态矩阵与输入矩阵依次右乘构造判别阵
  • 中间结果:判别矩阵满秩则系统完全能控
  • 卡点:只算到某一低次幂就下结论会漏判秩
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
  • 本卷考过构造能控性判别矩阵判断离散系统能控性
  • 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

9九、状态反馈极点配置(18分)18 分#

思路
  • 先验证系统能控性,再由期望闭环极点写特征多项式,令其与反馈后特征多项式对应系数相等求反馈增益矩阵。
状态反馈与极点配置 状态空间分析
本卷考法
  • 设计状态反馈增益矩阵把闭环极点配置到指定位置
本卷实例
  • 关键一步:先验证能控再比较期望与反馈后特征多项式系数
  • 中间结果:由系数相等建立关于反馈增益的线性方程组
  • 卡点:比较系数时符号容易写反
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态反馈 u=-Kx+v 可任意配置闭环极点,前提是系统完全能控
  • 状态反馈不改变系统的零点
  • 极点配置通过比较期望与实际的闭环特征多项式求解 K
  • 状态反馈可能改变能观性
步骤
  • 先验证系统能控
  • 写出希望配置的极点并求期望特征多项式
  • 求闭环系统特征多项式 det(sI-A+BK)
  • 比较系数解出反馈增益阵 K
通用考法
  • 本卷考过设计状态反馈增益矩阵把闭环极点配置到指定位置
  • 设计状态反馈使闭环极点位于指定位置
  • 判断给定极点是否可通过状态反馈配置
  • 分析状态反馈对系统性能的影响
常见易错
  • 未验证能控性就直接做极点配置
  • 特征多项式比较系数时符号写反
公式
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 用能控性判别矩阵验证极点可任意配置
本卷实例
  • 关键一步:构造 B、AB、A 平方 B 判别矩阵并求秩
  • 中间结果:矩阵满秩说明系统完全能控、极点可任意配置
  • 卡点:未验证能控就配置极点,结论可能不成立
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
  • 本卷考过用能控性判别矩阵验证极点可任意配置
  • 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