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武汉科技大学 814 自动控制理论(含现控) 2022 年真题思维导图

强势双非共 8 题

难度:中等 5道大题:选择6小题、填空3小题、计算题三(3题)、计算题四(2题)、计算题五(1题);选择填空考基本概念,计算题覆盖劳斯判据、正弦稳态响应、二阶动态性能、结构图与稳态误差、Nyquist图和离散系统;含图题多,分值只部分印出

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1~6一、选择题(6小题)#

思路
  • 6道小题分别考传递函数适用对象、系统稳定的含义、欠阻尼根的位置、型系统低频段斜率、延迟环节极坐标图、阻尼比不变时提高无阻尼振荡频率对动态指标的影响,逐题按基本概念判断
本卷考法
  • 判断哪类系统适合用传递函数描述(第1小题)
本卷实例
  • 关键一步:从传递函数只对线性定常、零初始条件系统定义切入
  • 中间结果:线性定常系统才可用传递函数描述
  • 卡点:线性时变与非线性系统都不满足适用条件
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 定义:零初始条件下,输出与输入的拉氏变换之比 G(s)=C(s)/R(s)
  • 只由系统结构与参数决定,与输入形式无关
  • 分母为特征多项式,其根是极点;分子的根是零点
  • 工程可实现系统必为真分式(分子阶数 ≤ 分母阶数)
步骤
  • 对微分方程两边取拉氏变换,初始条件全部置零
  • 把输出项移到左边、输入项移到右边
  • 整理成 C(s)/R(s) 的降幂形式
通用考法
  • 本卷考过判断哪类系统适合用传递函数描述(第1小题)
  • 由微分方程直接写出传递函数
  • 指出系统的阶数、极点个数与零点个数
  • 判断给定分式能否作为实际系统的传递函数
常见易错
  • 忽略“零初始条件”这一前提,把初始值带进变换结果
  • 分子分母系数按升幂抄写导致顺序颠倒
公式
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 判断系统稳定的含义(第2小题;借位st_01)
本卷实例
  • 关键一步:从扰动去除后输出或误差是否收敛到平衡点判断
  • 中间结果:渐近稳定指扰动后误差逐渐收敛到零
  • 卡点:不同初始条件下响应一致说的是无差性,不等于稳定
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
  • 本卷考过判断系统稳定的含义(第2小题;借位st_01)
  • 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
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
  • 判断欠阻尼系统闭环根的类型(第3小题)
本卷实例
  • 关键一步:由阻尼比在0与1之间对应特征根实部为负
  • 中间结果:欠阻尼时根为一对负实部共轭复根
  • 卡点:纯虚根是零阻尼,不要与欠阻尼混答
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
  • 本卷考过判断欠阻尼系统闭环根的类型(第3小题)
  • 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
本卷考法
  • 判断Ⅱ型系统低频段渐近线斜率(第4小题)
本卷实例
  • 关键一步:按系统型别数积分环节个数再定低频段斜率
  • 中间结果:Ⅱ型含两个积分环节,低频段斜率为负40分贝每十倍频
  • 卡点:题面OCR漏印罗马数字Ⅱ,只余A选项,据答案段补题
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
  • 本卷考过判断Ⅱ型系统低频段渐近线斜率(第4小题)
  • 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
  • 判断延迟环节频率特性的极坐标图形状(第5小题)
本卷实例
  • 关键一步:写出延迟环节频率特性,看幅值与相角随频率变化
  • 中间结果:幅值恒为1、相角随频率线性减小,轨迹为圆
  • 卡点:延迟环节幅值不衰减,常被误判为半圆
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
  • 本卷考过判断延迟环节频率特性的极坐标图形状(第5小题)
  • 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
欠阻尼动态性能指标 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 判断ζ不变、ωn增大时上升与峰值时间的变化(第6小题)
本卷实例
  • 关键一步:把上升时间与峰值时间写成含ωn的表达式
  • 中间结果:ωn增大使上升时间与峰值时间减少,超调量不变
  • 卡点:超调量只由ζ决定,提高ωn不会改变它
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
  • 本卷考过判断ζ不变、ωn增大时上升与峰值时间的变化(第6小题)
  • 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

2二、填空题(3小题)20 分#

思路
  • 3道小题分别考幅频特性低高频段对应的性能、由积分加惯性环节写幅频特性并求转折频率、由共轭复根所在射线求阻尼比
本卷考法
  • 填低频段与高频段分别对应的系统性能(第1小题)
本卷实例
  • 关键一步:按频率特性三频段划分对应不同性能
  • 中间结果:低频段对应稳态性能,高频段对应抗干扰能力
  • 卡点:中频段对应动态性能,不要与低高频段错位
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
  • 本卷考过填低频段与高频段分别对应的系统性能(第1小题)
  • 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
  • 写积分加惯性环节的幅频特性并求转折频率(第2小题)
本卷实例
  • 关键一步:把传递函数写成典型环节乘积再列幅频
  • 中间结果:转折频率由惯性环节时间常数的倒数确定
  • 卡点:积分环节本身不产生转折频率
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
  • 本卷考过写积分加惯性环节的幅频特性并求转折频率(第2小题)
  • 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
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
  • 由共轭复根位于正负45度射线求阻尼比(第3小题)
本卷实例
  • 关键一步:把根在复平面的射线倾角与阻尼比余弦关系对应
  • 中间结果:射线与负实轴夹角为45度,ζ等于45度的余弦
  • 卡点:射线是相对负实轴还是正实轴量角,易取反
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
  • 本卷考过由共轭复根位于正负45度射线求阻尼比(第3小题)
  • 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

三1三、劳斯判据判稳15 分#

思路
  • 先由开环传递函数写闭环特征方程,再列劳斯表;遇到首列出现0时用ε代替继续,由首列符号变化判断稳定性
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据判断四阶系统稳定性(含首列0)
本卷实例
  • 关键一步:由开环传函写闭环特征方程并按降幂排列系数
  • 中间结果:s平方行首列为0,用ε代替后下一行首列含ε项
  • 卡点:首列出现0不能直接判不稳,须用ε法或辅助方程
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四阶系统稳定性(含首列0)
  • 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

三2三、正弦输入下的稳态响应15 分#

思路
  • 把传递函数化为频率特性,分别求幅频与相频,再按正弦输入幅值放大、相角移动写稳态输出表达式
本卷考法
  • 由频率特性求正弦输入下的稳态输出
本卷实例
  • 关键一步:把s换为jω写出幅频A(ω)与相频φ(ω)
  • 中间结果:输入sin t对应ω为1,稳态输出形如A(1)乘sin(t加φ(1))
  • 卡点:本题题面在逐年OCR中缺失,仅据同年答案段还原,须回原卷核对
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
  • 本卷考过由频率特性求正弦输入下的稳态输出
  • 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

三3三、二阶系统单位阶跃响应与动态性能15 分#

思路
  • 把给定单位阶跃响应与欠阻尼二阶标准响应对比,先识别阻尼比与无阻尼振荡频率,再算超调量、峰值时间与调节时间
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
  • 由单位阶跃响应表达式反求ζ与ωn
本卷实例
  • 关键一步:与标准响应逐项对比,先分离稳态分量
  • 中间结果:由指数衰减系数与振荡角频率定出ζ与ωn
  • 卡点:响应式含放大倍数,须先归一到标准形式
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
  • 本卷考过由单位阶跃响应表达式反求ζ与ωn
  • 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ζ与ωn计算超调量、峰值时间与调节时间
本卷实例
  • 关键一步:分别代入超调量、峰值时间与调节时间公式
  • 中间结果:三个指标都由ζ与ωn两个量决定
  • 卡点:调节时间取5%误差带用3.5,2%误差带用4.4
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ζ与ωn计算超调量、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
  • 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

四1四、由结构图求阻尼比与稳态误差#

思路
  • 由结构图写闭环传递函数,第(1)问代参数求阻尼比、无阻尼振荡频率与斜坡稳态误差,第(2)问由给定阻尼比与稳态误差反求两个参数
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 由结构图求闭环传递函数(第(1)问)
本卷实例
  • 关键一步:按反馈等效把闭环分母写成含环路增益的形式
  • 中间结果:闭环分母为s平方加含增益的一次项再加增益
  • 卡点:结构图以图给出,接法与增益需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 串联环节相乘,并联环节相加(同向)或相减(反向)
  • 负反馈等效为 G/(1+GH),正反馈为 G/(1-GH)
  • 反馈等效的前提是单回路、无交叉
步骤
  • 识别环节之间的连接方式
  • 分别套用串联、并联或反馈等效公式
  • 逐层化简直到只剩一个等效环节
通用考法
  • 本卷考过由结构图求闭环传递函数(第(1)问)
  • 多环节系统求闭环传递函数
  • 判断反馈极性对分母符号的影响
常见易错
  • 把负反馈的分母写成 1-GH
  • 并联环节相减时符号取反
公式
本卷考法
  • 求r(t)=t时单位反馈系统的斜坡稳态误差(第(1)问)
本卷实例
  • 关键一步:先定系统型别再选静态误差系数
  • 中间结果:Ⅰ型系统斜坡误差等于静态速度误差系数的倒数
  • 卡点:须用误差传函而非开环传函列式
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)=t时单位反馈系统的斜坡稳态误差(第(1)问)
  • 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
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ζ与斜坡稳态误差反求结构图参数(第(2)问)
本卷实例
  • 关键一步:把阻尼比关系式与误差关系式联立成方程组
  • 中间结果:闭环自然频率由增益开平方决定
  • 卡点:两个未知量需两个独立方程,不能只代一个
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ζ与斜坡稳态误差反求结构图参数(第(2)问)
  • 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

四2四、Nyquist图与临界稳定条件20 分#

思路
  • 写出开环频率特性并分析极坐标图端点与负实轴交点,再由奈奎斯特判据给出系统临界稳定时参数满足的条件
本卷考法
  • 写开环频率特性并绘制Nyquist图(第(1)问)
本卷实例
  • 关键一步:把频率特性按幅相形式写出并分析两端点
  • 中间结果:与负实轴交点的频率由虚部为零解出
  • 卡点:曲线走向以图为主,需回原卷核对图
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
  • 本卷考过写开环频率特性并绘制Nyquist图(第(1)问)
  • 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
  • 由奈奎斯特判据说明系统临界稳定的参数条件(第(2)问)
本卷实例
  • 关键一步:令曲线与负实轴交点幅值等于1求临界条件
  • 中间结果:临界条件由两个时间常数之积与和的关系给出
  • 卡点:须同时交代两个时间常数均为正的前提
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
  • 本卷考过由奈奎斯特判据说明系统临界稳定的参数条件(第(2)问)
  • 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

五1五、离散系统脉冲传函与稳态输出15 分#

思路
  • 先由离散结构图求开环与闭环脉冲传递函数,再由单位阶跃稳态输出定参数,最后用z反变换写出输出序列
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 由离散结构图求闭环脉冲传递函数(第(1)问)
本卷实例
  • 关键一步:先用z变换表求开环脉冲传函再按单位反馈闭合
  • 中间结果:开环脉冲传函含参数a的倒数与含衰减指数两项
  • 卡点:采样开关位置以图为准,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
  • 本卷考过由离散结构图求闭环脉冲传递函数(第(1)问)
  • 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
  • 由单位阶跃稳态输出为三分之一求参数a(第(2)问)
本卷实例
  • 关键一步:对闭环脉冲传函用终值定理列稳态方程
  • 中间结果:终值表达式只含参数a,可反解出a
  • 卡点:终值定理要求闭环极点都在单位圆内
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输出为三分之一求参数a(第(2)问)
  • 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
  • 由闭环脉冲传函部分分式展开写出输出序列(第(2)问)
本卷实例
  • 关键一步:把闭式输出拆成含单位阶跃与衰减两项
  • 中间结果:反变换得含负实数参数k次幂的离散序列
  • 卡点:部分分式系数需与z反变换表配对正确
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
  • 本卷考过由闭环脉冲传函部分分式展开写出输出序列(第(2)问)
  • 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