←择校首页控制考研真题思维导图真题思维导图

浙江工业大学 828 自动控制理论(含现控) 2016 年真题思维导图

强势双非共 16 题

难度:中等偏易 16题覆盖填空、简答与计算证明三大类,题量偏大,概念题与结构图、频域、离散、状态空间题并重;含图题较多,部分题面依赖原卷插图

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

1连续与离散系统的冲激响应变换#

思路
  • 由变换域定义把传函与单位冲激响应联系起来
本卷考法
  • 指出传递函数与单位脉冲响应之间的变换关系
本卷实例
  • 关键一步:连续系统对单位冲激响应取拉氏变换
  • 中间结果:传函与单位冲激响应构成一对拉氏变换
  • 卡点:把传函写成输出与输入的时域比值
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
  • 本卷考过指出传递函数与单位脉冲响应之间的变换关系
  • 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
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 指出脉冲传递函数与单位脉冲响应的变换关系
本卷实例
  • 关键一步:离散系统对单位脉冲响应取 z 变换
  • 中间结果:脉冲传函与单位脉冲响应构成一对 z 变换
  • 卡点:连续与离散的变换域混用
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
  • 本卷考过指出脉冲传递函数与单位脉冲响应的变换关系
  • 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

2连续与离散系统的稳定条件#

思路
  • 分别用极点所在半平面或单位圆给出稳定判据
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 说明连续线性定常系统稳定的充分必要条件
本卷实例
  • 关键一步:考察闭环系统全部极点的实部符号
  • 中间结果:极点实部全为负是稳定的充分必要条件
  • 卡点:只检查部分极点就判断整体稳定
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
  • 本卷考过说明连续线性定常系统稳定的充分必要条件
  • 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
离散系统稳定性分析 离散控制系统
本卷考法
  • 说明离散线性定常系统稳定的充分必要条件
本卷实例
  • 关键一步:考察闭环脉冲传函全部极点在 z 平面的位置
  • 中间结果:极点模均小于一是稳定的充分必要条件
  • 卡点:把离散系统也套用左半平面判据
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
  • 本卷考过说明离散线性定常系统稳定的充分必要条件
  • 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

3频率特性关系与低频段斜率#

思路
  • 由 s 与 jω 的替换理解频率特性,再由型别定斜率
本卷考法
  • 说明频率特性与传递函数之间的关系
本卷实例
  • 关键一步:把传递函数中的 s 换成 jω 得到频率特性
  • 中间结果:频率特性反映系统对不同频率正弦的稳态响应
  • 卡点:把频率特性当成输入信号的频谱
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
  • 本卷考过说明频率特性与传递函数之间的关系
  • 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
本卷考法
  • 说明系统型别与低频渐近线斜率的关系
本卷实例
  • 关键一步:数开环积分环节个数得到系统型别
  • 中间结果:型别每增加一,低频段斜率再降二十
  • 卡点:截止频率对应幅值为一,与低频斜率无关
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
  • 本卷考过说明系统型别与低频渐近线斜率的关系
  • 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

4超前与滞后校正的作用机理#

思路
  • 对比超前网络的相角超前与滞后网络的高频衰减
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 说明超前校正利用相角超前改善系统性能
本卷实例
  • 关键一步:超前网络在中频段提供正相角补偿
  • 中间结果:校正后截止频率与相角裕度均有提高
  • 卡点:忽略截止频率右移带来的附加相角变化
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
  • 本卷考过说明超前校正利用相角超前改善系统性能
  • 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
滞后校正 系统校正
本卷考法
  • 说明滞后校正利用高频衰减改善系统性能
本卷实例
  • 关键一步:滞后网络在高频段提供幅值衰减
  • 中间结果:降低截止频率以换取相角裕度
  • 卡点:把高频衰减误当成提高开环增益
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
  • 本卷考过说明滞后校正利用高频衰减改善系统性能
  • 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

5描述函数法的基波近似#

思路
  • 用非线性元件输出的基波分量代替实际输出
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 说明描述函数法用基波分量代替输出的含义
本卷实例
  • 关键一步:对非线性元件加正弦输入并取输出基波
  • 中间结果:描述函数是输出基波与输入正弦的复比
  • 卡点:把基波分量与全部输出分量混为一谈
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
  • 本卷考过说明描述函数法用基波分量代替输出的含义
  • 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

6结构图求闭环传递函数#

思路
  • 按多回路结构逐层化简并写出闭环传函
多回路系统的逐层化简 结构图与方框图
本卷考法
  • 由多回路结构图逐层化简求闭环传函
本卷实例
  • 关键一步:先化简最内层回路,再依次向外合并
  • 中间结果:每层反馈用一加或一减回路传函表示
  • 卡点:内层化简时把外层信号当成常量
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
  • 本卷考过由多回路结构图逐层化简求闭环传函
  • 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
  • 化简内环时把外环的信号当成常数处理

7前馈补偿使扰动不影响输出#

思路
  • 令扰动到输出的传递函数为零求补偿器
本卷考法
  • 由扰动作用下的传递函数求前馈补偿器
本卷实例
  • 关键一步:分别写出扰动通道与参考输入通道的传函
  • 中间结果:令扰动到输出传函的分子为零求补偿器
  • 卡点:只消除扰动项,未检查对给定通道的影响
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 线性系统可用叠加原理,每次只保留一个输入
  • 求扰动的传递函数时令参考输入为零
  • 扰动误差与输入误差分别计算后再叠加
步骤
  • 令 R(s)=0,求扰动到输出的传递函数
  • 令 N(s)=0,求输入到输出的传递函数
  • 按题目要求叠加或单独分析
通用考法
  • 本卷考过由扰动作用下的传递函数求前馈补偿器
  • 求扰动引起的输出或误差
  • 分析满足扰动不变性的补偿条件
常见易错
  • 两个输入同时存在时直接叠加却未验证系统的线性性
  • 求扰动传函时没有把参考输入置零
公式
本卷考法
  • 说明前馈补偿与反馈控制在结构上的区别
本卷实例
  • 关键一步:前馈按扰动测量直接补偿,不改变闭环特征方程
  • 中间结果:反馈按偏差调节,会影响闭环稳定性
  • 卡点:把前馈补偿器也当作反馈通道的一环
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 反馈校正可改变被包围环节的特性,抑制参数波动
  • 局部反馈能降低时间常数、提高响应速度
  • 复合控制通过前馈补偿实现给定或扰动不变性
  • 前馈不改变闭环稳定性,可与反馈叠加使用
步骤
  • 确定被包围的环节与反馈通道传递函数
  • 写出等效后的传递函数
  • 按不变性原理列写前馈补偿器条件
  • 求解补偿器并校验可实现性
通用考法
  • 本卷考过说明前馈补偿与反馈控制在结构上的区别
  • 设计反馈校正装置改善被包围环节
  • 求前馈补偿器实现不变性
  • 分析复合控制对稳态误差的作用
常见易错
  • 前馈补偿器求出的表达式含高阶微分,不可实现却直接采用
  • 忽略反馈校正可能引起的高频噪声放大
公式

8由参数表示的闭环稳定条件#

思路
  • 列闭环特征方程后用劳斯判据求参数范围
劳斯判据 稳定性分析
本卷考法
  • 用劳斯判据求使闭环系统稳定的参数条件
本卷实例
  • 关键一步:由结构图写出含参数的闭环特征方程
  • 中间结果:按劳斯表首列同号列出参数不等式
  • 卡点:系数缺项时不补零直接列表
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使闭环系统稳定的参数条件
  • 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
  • 求由两个参数共同决定的稳定域
本卷实例
  • 关键一步:把劳斯判据得到的不等式联立
  • 中间结果:对两个参数分别取交集得到稳定域
  • 卡点:只保留其中一条不等式就下结论
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
  • 本卷考过求由两个参数共同决定的稳定域
  • 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

9经典控制对系统性能的基本要求#

思路
  • 按稳、快、准三个方面回答并说明其相互关系
本卷考法
  • 回答经典控制理论对控制系统性能的基本要求
本卷实例
  • 关键一步:从稳定性、快速性与稳态精度三方面展开
  • 中间结果:稳定是前提,快速性与精度往往相互制约
  • 卡点:只罗列指标,未说明三者之间关系
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 闭环系统按给定、比较、放大、执行、对象、检测六个环节串联成环
  • 按有无反馈分为开环、闭环与复合控制;按给定信号分为恒值、随动与程序控制
  • 检测变送元件把被控量转换成可比较的信号,是反馈通道的入口
  • 控制系统的基本要求是稳、准、快三条
步骤
  • 从工艺或物理描述里找出被控量与操纵量
  • 逐个指认给定、比较、控制、执行、对象与检测六个环节对应的实物
  • 按信号流向把环节串成闭环方框图
  • 说明系统靠什么维持被控量等于给定量
通用考法
  • 本卷考过回答经典控制理论对控制系统性能的基本要求
  • 指出系统的被控对象、被控量与操纵量
  • 说明检测变送元件在闭环系统中的作用
  • 画出给定系统的闭环方框图并说明工作过程
常见易错
  • 把被控量与操纵量搞反
  • 只画方框图而不指认环节,或反之,漏答一半

10描述函数法的应用条件#

思路
  • 检查非线性环节与线性部分的假设是否满足
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 说明描述函数法成立所需的适用条件
本卷实例
  • 关键一步:系统可化为单个非线性环节与线性部分串联
  • 中间结果:非线性特性奇对称,线性部分具有低通滤波特性
  • 卡点:漏答线性部分低通滤波这一条件
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
  • 本卷考过说明描述函数法成立所需的适用条件
  • 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

11连续线性定常系统的能控性定义#

思路
  • 从任意初态到任意终态存在控制输入来定义
能控性与能观性 状态空间分析
本卷考法
  • 叙述连续线性定常系统的能控性定义
本卷实例
  • 关键一步:存在有限时间内的分段连续控制输入
  • 中间结果:可把任意初态转移到任意终态即状态能控
  • 卡点:把能控性与能观性的定义说反
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
  • 本卷考过叙述连续线性定常系统的能控性定义
  • 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

12由阻尼比与调节时间反求参数#

思路
  • 先化标准二阶形式,再由阻尼比与调节时间确定参数
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
  • 由闭环传函求自然频率与阻尼比
本卷实例
  • 关键一步:把闭环特征式整理成标准二阶形式
  • 中间结果:将一次项系数与二次项系数归一化后比对
  • 卡点:忘记把二次项系数归一化
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
  • 本卷考过由闭环传函求自然频率与阻尼比
  • 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
  • 由阻尼比与自然频率计算调节时间
本卷实例
  • 关键一步:按误差带选择调节时间公式
  • 中间结果:把求得的阻尼比与自然频率代入公式
  • 卡点:把百分之二与百分之五误差带公式混用
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
  • 本卷考过由阻尼比与自然频率计算调节时间
  • 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

13速度反馈系统的斜坡稳态误差#

思路
  • 先化简速度反馈内环,再按型别求斜坡误差
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 化简速度反馈内环求等效开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:内环反馈量与输出速度成比例
  • 中间结果:把内环等效后再与外层串联
  • 卡点:内环反馈极性写错导致分母符号反
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
  • 本卷考过化简速度反馈内环求等效开环传递函数
  • 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
  • 求速度反馈系统在斜坡输入下的稳态误差
本卷实例
  • 关键一步:先判断等效系统的型别与稳定性
  • 中间结果:由静态速度误差系数求斜坡误差
  • 卡点:未判稳就直接使用终值定理
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
  • 本卷考过求速度反馈系统在斜坡输入下的稳态误差
  • 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
  • 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

14由幅值裕度求增益并画Bode图#

思路
  • 由相角穿越频率与幅值裕度定义反求增益
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 由给定幅值裕度反求开环增益
本卷实例
  • 关键一步:先令相角等于负一百八十度求穿越频率
  • 中间结果:按幅值裕度的分贝定义反求增益
  • 卡点:把幅值裕度的倒数关系取反
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
  • 本卷考过由给定幅值裕度反求开环增益
  • 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
  • 绘制确定增益后的开环对数渐近幅频特性
本卷实例
  • 关键一步:标出低频段高度与各转折频率
  • 中间结果:按各典型环节逐段累加斜率
  • 卡点:逐段改斜率时用替换而不是累加
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
  • 本卷考过绘制确定增益后的开环对数渐近幅频特性
  • 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

15采样系统的脉冲传函与稳定T范围#

思路
  • 求开环与闭环脉冲传函,再由极点位置定稳定范围
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 求采样控制系统的开环与闭环脉冲传递函数
本卷实例
  • 关键一步:对连续部分进行 z 变换得到开环脉冲传函
  • 中间结果:按一加开环脉冲传函写出闭环脉冲传函
  • 卡点:采样开关位置判断错误导致 z 变换对象不对
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
  • 本卷考过求采样控制系统的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
  • 由闭环极点位置求使系统稳定的采样周期范围
本卷实例
  • 关键一步:令闭环特征根落在 z 平面单位圆内
  • 中间结果:由极点模小于一解出采样周期的范围
  • 卡点:把稳定条件写成极点实部小于零
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
  • 本卷考过由闭环极点位置求使系统稳定的采样周期范围
  • 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

16状态空间建模与状态反馈极点配置#

思路
  • 由传函写能控标准型,再按期望极点配置反馈阵
本卷考法
  • 由传递函数写出能控标准型状态空间表达式
本卷实例
  • 关键一步:按传递函数分母系数写出能控标准型矩阵
  • 中间结果:输出矩阵由分子系数构成
  • 卡点:能控标准型的矩阵排列顺序写错
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 同一传递函数可对应无穷多个状态空间实现
  • 常用能控标准型、能观标准型与对角标准型
  • 能控标准型的 A 阵为友矩阵形式
  • 最小实现要求系统既能控又能观
步骤
  • 把传递函数化为真分式,分离直接项 D
  • 按标准型规则写出 A、B、C、D
  • 必要时用线性变换换成其他标准型
通用考法
  • 本卷考过由传递函数写出能控标准型状态空间表达式
  • 由传递函数写出能控标准型
  • 由传递函数写出能观标准型
  • 判断给定的实现是否为最小实现
常见易错
  • 真分式化分时直接项 D 处理错误
  • 友矩阵中系数符号写反
公式
状态反馈与极点配置 状态空间分析
本卷考法
  • 设计状态反馈使闭环极点配置到给定位置
本卷实例
  • 关键一步:写出状态反馈后的闭环特征多项式
  • 中间结果:与期望极点多项式比较系数求反馈阵
  • 卡点:未说明反馈阵与开环增益无关的原因
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使闭环极点配置到给定位置
  • 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