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燕山大学 806 控制原理 2023 年真题思维导图

强势双非共 8 题

难度:中等 题量偏大且以计算为主;第 3 题一题考劳斯、等幅振荡、主导极点法;第 5 题考正弦稳态的幅值与滞后角

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1机电系统建模#

思路
  • 线圈有电阻电感并产生反电动势,铁心驱动质量-弹簧-阻尼系统;电气与机械两个方程联立才能消去电流
直流电机等机电系统 建模与机电系统
本卷考法
  • 求机电系统的 X(s)/U(s)
本卷实例
  • 关键一步:分别列电枢回路电压方程与质量块受力方程
  • 关键一步:把电流方程代入受力方程,消去电流 I(s)
  • 中间结果:反电动势项与电磁力项同时进入消元后的方程
  • 卡点:漏耦合项会少一次项;机电系统图需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 由电枢回路电压方程与转矩平衡方程联立
  • 反电动势与转速成正比,电磁转矩与电枢电流成正比
  • 机电时间常数由电气与机械两方面参数共同决定
步骤
  • 写出电枢回路电压平衡方程
  • 写出转矩平衡方程(含负载与粘性摩擦)
  • 消去电枢电流,得到转速或转角对电压的传递函数
通用考法
  • 本卷考过求机电系统的 X(s)/U(s)
  • 求直流电机转速或位置对电枢电压的传递函数
  • 分析机电时间常数与电气时间常数的数量级关系
常见易错
  • 本卷考过漏掉反电动势与电磁转矩的耦合项
  • 漏掉反电动势与电磁转矩的耦合项
  • 把电气时间常数与机电时间常数混淆
公式
机械系统建模 建模与机电系统
本卷考法
  • 对质量-弹簧-阻尼部分列运动方程
本卷实例
  • 关键一步:按牛顿第二定律列合力,电磁力、弹簧力、阻尼力同向取正
  • 中间结果:机械方程含质量、阻尼、弹簧三类系数项
  • 卡点:弹簧力与阻尼力正负取反会致传函符号错;图需核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 依据牛顿第二定律或达朗贝尔原理列方程
  • 三种基本元件:质量 m、粘性阻尼 f、弹簧 k
  • 同一方向取正,反向取负,逐项列出合力
步骤
  • 选定正方向并作受力分析
  • 分别写出质量、阻尼、弹簧对应的力
  • 按 F=ma 列写运动方程
  • 取拉氏变换整理成传递函数
通用考法
  • 本卷考过对质量-弹簧-阻尼部分列运动方程
  • 弹簧-质量-阻尼系统求位移对力的传递函数
  • 两质量块经弹簧阻尼连接的系统建模
常见易错
  • 本卷考过阻尼力与弹簧力的正负方向取反
  • 阻尼力与弹簧力的正负方向取反
  • 多质量系统漏掉相互作用力的反作用项
公式
状态空间表达式的建立 状态空间分析
本卷考法
  • 画出由基本单元构成的模拟结构图并说明运行过程
本卷实例
  • 关键一步:把三阶传函分解为积分器、比例器与反馈支路
  • 关键一步:按最高次项分离出输入与各状态反馈项
  • 中间结果:状态变量个数等于传函分母阶数三
  • 卡点:原卷系统图为插图未读,积分器连接需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态方程为一阶微分方程组,输出方程是状态与输入的代数关系
  • 状态变量的个数等于系统阶数,选取不唯一
  • 状态空间描述可同时刻画内部状态与外部输出
  • 可处理多输入多输出系统
步骤
  • 确定系统阶数并选取状态变量
  • 列写各状态变量的一阶微分方程
  • 写成矩阵形式 x'=Ax+Bu 与 y=Cx+Du
通用考法
  • 本卷考过画出由基本单元构成的模拟结构图并说明运行过程
  • 由物理系统列写状态空间表达式
  • 判断状态变量选取是否合理
  • 写出系统的 A、B、C、D 矩阵
常见易错
  • 本卷考过状态变量个数与系统阶数不匹配
  • 状态变量个数与系统阶数不匹配
  • 输出方程中漏掉直接传递项 D
公式

2方框图求传递函数#

思路
  • 按串并反馈等效逐层化简,注意负反馈符号
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 由方框图求 C(s)/R(s)
本卷实例
  • 关键一步:按串联相乘、并联相加、反馈等效逐层化简
  • 中间结果:先化内环再代入外环,分母写成 1 加 GH 形式
  • 卡点:负反馈分母写成 1 减 GH 会改变极点;框图需核对图
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
  • 本卷考过由方框图求 C(s)/R(s)
  • 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
  • 本卷考过把负反馈的分母写成 1-GH
  • 把负反馈的分母写成 1-GH
  • 并联环节相减时符号取反
公式
多回路系统的逐层化简 结构图与方框图
本卷考法
  • 多回路系统逐层化简
本卷实例
  • 关键一步:从最内层回路开始,每层化成一个等效环节再外推
  • 关键一步:含交叉连接时先移动比较点或引出点消除交叉
  • 中间结果:化简后用梅森公式复核前向通路与独立回路
  • 卡点:化简顺序错会得到繁琐但同值的式子,易抄错符号
  • 卡点:方框图为原卷插图,交叉支路连接需回原卷核对图
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
  • 本卷考过多回路系统逐层化简
  • 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

3劳斯判据、等幅振荡与主导极点法#

思路
  • G=K/(s(s+3)(s+4));稳定范围用劳斯表首列>0;等幅振荡令 s=jω 代入;K=10 且已知一根为 -5 时用主导极点法降阶
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据求系统稳定时开环增益的范围
本卷实例
  • 关键一步:写出闭环特征方程,并注意开环增益与根轨迹增益差一系数
  • 关键一步:列劳斯表令首列同号,再把结果折算成开环增益
  • 中间结果:特征方程 s³+7s²+12s+K=0,首列给两个约束
  • 卡点:首列出现零时要用 epsilon 法,且两种增益要区分
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系统稳定时开环增益的范围
  • 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
  • 本卷考过首列出现 0 时未用 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
本卷考法
  • 求等幅振荡时的 K 与振荡角频率 ω
本卷实例
  • 关键一步:令 s=jω 代入特征方程,实部虚部分别为零
  • 关键一步:由虚部方程解频率,代回实部方程解临界增益
  • 中间结果:实部方程给出 K 与频率平方的关系,虚部方程只含频率
  • 卡点:只代一个频率会漏掉另一组交点,负频率点要舍去
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
  • 本卷考过求等幅振荡时的 K 与振荡角频率 ω
  • 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
  • 本卷考过只代一个 ω 漏掉另一组交点
  • 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
高阶系统的降阶与主导极点 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 用主导极点法求 σp%、tp、ts(Δ=2%)
本卷实例
  • 关键一步:由已知根因式分解特征方程,先判断远极点能否忽略
  • 关键一步:把主导共轭复根与标准二阶对照求阻尼比与自然频率
  • 中间结果:远极点实部约为主导极点实部的五倍,可降阶
  • 卡点:降阶前要检验实部相差倍数,本系统无闭环零点
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 离虚轴最近的极点起主导作用,其余极点对应快速衰减分量
  • 闭环零点会增大超调、缩短峰值时间
  • 极点实部相差 5 倍以上时可按主导极点降阶
步骤
  • 求出全部闭环极点并按距虚轴远近排序
  • 用主导极点对近似为二阶系统
  • 用零点修正式修正超调量与峰值时间
通用考法
  • 本卷考过用主导极点法求 σp%、tp、ts(Δ=2%)
  • 把高阶系统近似为二阶系统并估算性能指标
  • 判断附加闭环零点对超调量的影响
  • 说明某极点能否忽略的理由
常见易错
  • 本卷考过忽略零点对超调量的放大作用
  • 忽略零点对超调量的放大作用
  • 只看极点距离而不管该极点的留数大小
公式

4根轨迹、衰减振荡与稳态误差#

思路
  • 一题四问:画根轨迹 → 读衰减振荡的增益范围 → 算 t² 输入的稳态误差 → 由 ξ=0.707 反查交点
本卷考法
  • 绘制 K 从 0 到 +∞ 变化的根轨迹图
本卷实例
  • 关键一步:由开环零极点定实轴段、渐近线交点与夹角
  • 关键一步:用重根条件求分离点与汇合点并标出渐近方向
  • 中间结果:开环含两个原点极点、一个实轴极点与一个负实轴零点
  • 卡点:源文题干 G(s) 被 OCR 漏印,需回原卷核对后再画图
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
  • 本卷考过绘制 K 从 0 到 +∞ 变化的根轨迹图
  • 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
本卷考法
  • 确定阶跃响应呈衰减振荡时开环增益的范围
  • 求 ξ=0.707 时对应的 K
本卷实例
  • 关键一步:把汇合点坐标代入特征方程求临界根轨迹增益
  • 关键一步:由等阻尼线与根轨迹交点定位满足阻尼比的共轭极点
  • 中间结果:衰减振荡要求闭环有一对共轭复根,增益落在汇合点内侧
  • 卡点:等阻尼线是从原点出发的射线,不是垂直线
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
  • 本卷考过确定阶跃响应呈衰减振荡时开环增益的范围
  • 本卷考过求 ξ=0.707 时对应的 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
本卷考法
  • r(t)=t²、K=3 时求稳态误差终值
本卷实例
  • 关键一步:先由开环积分环节个数判断系统型别
  • 关键一步:用加速度误差系数求 t 平方输入下的稳态误差
  • 中间结果:误差幅值等于输入系数除以加速度误差系数
  • 卡点:不同型别对阶跃、斜坡、加速度输入要用对应公式
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r(t)=t²、K=3 时求稳态误差终值
  • 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Ⅰ型系统求阶跃误差时误代入速度误差公式
  • 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

5正弦稳态响应#

思路
  • G=K1/(s(Js+F)),J=200、F=1600;先由临界阻尼定 K1,再把 s=jω 代入求幅值与相角,输出即 cm·sin(t+φ)
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
  • 由临界阻尼条件(ξ=1)反求 K1
本卷实例
  • 关键一步:由单位负反馈写闭环传函,与标准二阶形式对照
  • 关键一步:令阻尼比为一,由一次项与常数项两组方程解参数
  • 中间结果:闭环特征式一次项系数只与 F 比 J 有关
  • 卡点:化为标准形式时要先把 s 平方项系数归一化
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
  • 本卷考过由临界阻尼条件(ξ=1)反求 K1
  • 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
  • 本卷考过化为标准形式时忘记把 s² 项系数归一化
  • 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
  • 求稳态输出的摆动幅度 cm 与滞后角度 φ
本卷实例
  • 关键一步:把 s=jω 代入闭环传函,分别求幅频与相频
  • 关键一步:输出幅值等于输入幅值乘幅频,相位差即滞后角
  • 中间结果:在给定频率处幅频与相频由闭环传函实部虚部算出
  • 卡点:求幅值时忘记把分母复数取模后再相除
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
  • 本卷考过求稳态输出的摆动幅度 cm 与滞后角度 φ
  • 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
  • 本卷考过求幅值时忘记把分母复数取模后再相除
  • 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

6奈奎斯特判稳与增益裕度#

思路
  • 由已知负实轴交点条件定出参数关系,画奈奎斯特图判断闭环稳定性,再按相位穿越频率处幅值求增益裕度
奈奎斯特判据 稳定性分析
本卷考法
  • 绘制奈奎斯特图并判断闭环稳定性
本卷实例
  • 关键一步:把 s=jω 代入 G(s),分离实部与虚部
  • 关键一步:令虚部为零求曲线与负实轴的交点
  • 中间结果:开环是三个一阶环节串联,幅相曲线随 ω 单调变化
  • 卡点:K=10 时交点为 (−0.25, j0),用它反求 T1、T2 关系
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
  • 本卷考过绘制奈奎斯特图并判断闭环稳定性
  • 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
  • 本卷考过判断稳定性时漏看开环是否含右半平面极点
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 计算系统的增益裕度 GM(dB)
本卷实例
  • 关键一步:在相位穿越频率处读幅值 A,按 20lg(1/A) 求增益裕度
  • 中间结果:K 由 10 增到 20,同一相位穿越频率处幅值同比放大一倍
  • 卡点:增益裕度取相位穿越频率处幅值,别与相角裕度混用
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
  • 本卷考过计算系统的增益裕度 GM(dB)
  • 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
  • 本卷考过把增益裕度与相角裕度、两个穿越频率混用
  • 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

7保持剪切频率的相角裕度补偿#

思路
  • ωc 不变前提下把相角裕度提高 45°,本质是求一对新的 K、T,使幅值条件与相角条件同时满足
超前校正 系统校正
本卷考法
  • K=10、T=0.1、ωc=5 条件下,求使 γ 提高 45° 的新 K、T
本卷实例
  • 关键一步:条件一:|G(jωc)|=1 保证 ωc 不变
  • 关键一步:条件二:∠G(jωc)=−180°+γ,使裕度提高 45°
  • 关键一步:两式联立解 K 与 T;不要只调增益,那样 ωc 会漂
  • 中间结果:ωc=5 处固定部分幅值 0.5,改后需让校正装置在此处幅值为 2
  • 中间结果:原校正装置在 5 处相角约 −52.1°,抬高 45° 是相位约束
  • 中间结果:由相位式先定 T,再回幅值式定 K
  • 卡点:只调增益会让截止频率跟着变,必须 K、T 同调
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K=10、T=0.1、ωc=5 条件下,求使 γ 提高 45° 的新 K、T
  • 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
  • 用相角裕度定义写出约束方程
本卷实例
  • 关键一步:用幅值条件固定剪切频率,用相角条件写出裕度提高量
  • 关键一步:把相角裕度目标写成 180° 加新相角,与幅值方程联立
  • 中间结果:相角补偿量由校正装置在剪切频率处的相角提供
  • 卡点:不能只调增益;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
  • 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
  • 本卷考过用相角裕度定义写出约束方程
  • 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ωc 与 ωg 两个频率用反
  • 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

8由校正前后对数幅频求校正装置#

思路
  • 图里虚线是校正前 L₀(ω)、实线是校正后 L(ω),两段相减得校正装置;还要判稳定 K 范围与 ωc、γ
本卷考法
  • 写出校正前 G₀(s) 与校正后 G(s)
本卷实例
  • 关键一步:从实线与虚线分别读低频段斜率与转折频率
  • 关键一步:按斜率变化配对环节写出两个传函,再相比得校正装置
  • 中间结果:校正前含两个相同惯性环节,校正后少一个转折
  • 卡点:低频段延长线交点要折算型别;幅频图需回原卷核对图
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
  • 本卷考过写出校正前 G₀(s) 与校正后 G(s)
  • 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
  • 本卷考过延长线交点没折算型别就当增益
  • 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
  • 求 Gc(s) 并说明属于何种串联校正方式
本卷实例
  • 关键一步:由校正后传函除以校正前传函消去公共环节
  • 关键一步:按分子分母转折频率先后判断滞后超前校正
  • 中间结果:分子为两个一阶微分环节,分母为两个一阶惯性环节
  • 卡点:图上虚线与实线别读反,转折频率需回原卷核对图
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
  • 本卷考过求 Gc(s) 并说明属于何种串联校正方式
  • 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
参数稳定域的确定 稳定性分析
本卷考法
  • 确定校正后系统稳定的开环增益 K 范围
本卷实例
  • 关键一步:写出校正后闭环特征方程并整理成降幂形式
  • 关键一步:列劳斯表令首列同号,解出增益的两个边界
  • 中间结果:特征方程最高次项系数为正,首列含两个约束
  • 卡点:只列部分首列元素会漏约束;图需回原卷核对
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
  • 本卷考过确定校正后系统稳定的开环增益 K 范围
  • 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元素的不等式
  • 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
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • K=40 时求校正后 ωc 与相角裕度 γ
本卷实例
  • 关键一步:由幅值条件用抓大放小分段试算剪切频率
  • 关键一步:确认剪切频率落在假设频段后再代相频求相角裕度
  • 中间结果:分段近似结果只有落在对应频段的那一个保留
  • 卡点:剪切频率与相位穿越频率别用反;幅值裕度取倒数别漏
  • 卡点:对数幅频图为原卷插图,转折频率需回原卷核对图
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K=40 时求校正后 ωc 与相角裕度 γ
  • 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
  • 本卷考过幅值裕度取倒数未取
  • 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