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浙江工业大学 828 自动控制理论(含现控) 2023 年真题思维导图

强势双非共 9 题

难度:中等 9 题;覆盖信号流图求传函、扰动顺馈补偿、由校正后 Bode 图反求校正装置、奈氏判据、采样系统稳态误差、描述函数法、状态空间传函与状态响应、离散李雅普诺夫判稳、状态反馈与观测器;逐年与宝典两源均未印分值,全留空

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一一、信号流图求传函与误差传函#

思路
  • 由系统信号流图找出全部回路与前向通路,写特征式后用梅森公式求输出对输入及误差对输入的传递函数
本卷考法
  • 用信号流图与梅森公式求输出对输入的传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先找全部单独回路写特征式,再列前向通路及其余子式
  • 中间结果:传函等于各前向通路增益乘余子式之和除以特征式
  • 卡点:信号流图以图给出,回路与前向通路需回原卷核对图
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
  • 本卷考过用信号流图与梅森公式求输出对输入的传递函数
  • 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
本卷考法
  • 求误差对输入的传递函数
本卷实例
  • 关键一步:按误差等于输入减输出写出误差传函
  • 中间结果:误差传函由前向通路的余子式组合表示
  • 卡点:非单位反馈时误用单位反馈的误差定义
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 误差有两种定义:输入端 E(s)=R(s)-C(s) 与 E(s)=R(s)-B(s),须看清题意
  • 误差传递函数由结构决定
  • 单位反馈时两种定义等价
步骤
  • 按题意确定误差取在输入端还是反馈端
  • 由结构图写出误差传递函数
  • 乘输入后取 s→0 的极限
通用考法
  • 本卷考过求误差对输入的传递函数
  • 写出误差传递函数
  • 说明不同误差定义对结果的影响
常见易错
  • 非单位反馈时两种误差定义混用导致结果差一个 H(s)
  • 忘记先判断系统是否稳定
公式

二二、扰动作用下的闭环传函与顺馈补偿#

思路
  • 由单位反馈系统结构图分别求扰动作用下的闭环传函,用终值定理求阶跃扰动稳态输出,再引入顺馈通道使扰动对输出的稳态影响最小
本卷考法
  • 求误差扰动作用下的闭环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:把参考输入置零,只保留扰动通道求输出对扰动的传函
  • 中间结果:扰动传函分母为闭环特征式,分子由扰动接入点决定
  • 卡点:求扰动传函时没有把参考输入置零
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
  • 本卷考过求误差扰动作用下的闭环传递函数
  • 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
  • 求单位阶跃扰动作用下系统的稳态输出
本卷实例
  • 关键一步:先判稳,再用终值定理由扰动传函求稳态值
  • 中间结果:稳态输出由扰动传函在零频处的极限决定
  • 卡点:未判稳就使用终值定理
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
  • 本卷考过求单位阶跃扰动作用下系统的稳态输出
  • 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
  • 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
  • 设计顺馈补偿通道使扰动对输出的稳态影响最小
本卷实例
  • 关键一步:在扰动到输出的通道上并联补偿支路,令合成传函零频为零
  • 中间结果:补偿参数使扰动传函分子在零频处为零
  • 卡点:前馈补偿器含高阶微分不可实现却直接采用
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
  • 本卷考过设计顺馈补偿通道使扰动对输出的稳态影响最小
  • 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

三三、由校正后Bode图反求校正装置#

思路
  • 由固有部分传函与校正后开环对数幅频图反求校正后传函与校正装置,画其渐近线,再求相角裕度并判别校正形式
本卷考法
  • 由校正后对数幅频图反求开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:按各段斜率变化识别积分与惯性环节,由转折频率定时间常数
  • 中间结果:低频段斜率与高度确定型别与增益
  • 卡点:把延长线交点高度直接当增益,未按型别折算
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
  • 本卷考过由校正后对数幅频图反求开环传递函数
  • 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
  • 由校正后开环传函减去固有部分求校正装置并画其渐近线
本卷实例
  • 关键一步:校正后传函除以固有部分得校正装置传函
  • 中间结果:校正装置由比例与一阶环节组成
  • 卡点:相减后得到的特性不可物理实现却未检查
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 期望特性法直接按指标画出希望的开环对数幅频特性
  • 用期望特性减去未校正特性得到校正装置特性
  • 关键是确定低频段高度、中频段宽度与高频段斜率
  • 中频段斜率一般取 -20 dB/dec 并保持足够宽度
步骤
  • 按稳态要求确定低频段斜率与高度
  • 按相角裕度要求确定中频段宽度与截止频率
  • 按抗噪要求确定高频段斜率
  • 相减求得校正装置并检验可实现性
通用考法
  • 本卷考过由校正后开环传函减去固有部分求校正装置并画其渐近线
  • 用期望特性法设计校正装置
  • 说明中频段宽度与相角裕度的关系
  • 由校正装置特性反写传递函数
常见易错
  • 期望特性的中频段取窄导致裕度不足
  • 相减后得到的特性不可物理实现却未检查
公式
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 求校正后系统的相角裕度并判断校正形式
本卷实例
  • 关键一步:由截止频率处的相角与负一百八十度之差求相角裕度
  • 中间结果:相角裕度大于零对应闭环稳定
  • 卡点:把截止频率与相角交越频率用反
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
  • 本卷考过求校正后系统的相角裕度并判断校正形式
  • 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

四四、比例与PD校正下的奈氏判据#

思路
  • 针对开环传函含右半平面极点的情况,分别绘比例校正与 PD 校正下的奈奎斯特图,用奈氏判据求使系统稳定的参数范围
本卷考法
  • 写开环幅频与相频表达式并绘制奈奎斯特图
本卷实例
  • 关键一步:把 s 换成 jω 后分别取模与相角
  • 中间结果:曲线起点、终点与穿越负实轴情况由环节决定
  • 卡点:未补画无穷大半径圆弧就数包围圈数
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
  • 本卷考过写开环幅频与相频表达式并绘制奈奎斯特图
  • 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
  • 用奈氏判据判断加比例或 PD 校正后系统的稳定性
本卷实例
  • 关键一步:先数开环右半平面极点数,再数曲线对负一临界点的包围
  • 中间结果:由包围圈数与极点数关系得稳定条件
  • 卡点:开环含右半平面极点时未按穿越数修正判据
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
  • 本卷考过用奈氏判据判断加比例或 PD 校正后系统的稳定性
  • 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
  • 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

五五、采样系统稳态误差反求K范围#

思路
  • 由含零阶保持器与延迟的采样系统结构求开环脉冲传函,再由组合输入下的稳态误差要求反求增益范围
脉冲传递函数 离散控制系统
本卷考法
  • 求含零阶保持器与延迟的采样系统开环脉冲传递函数
本卷实例
  • 关键一步:先求连续部分脉冲传函,再乘零阶保持器对应因子
  • 中间结果:开环脉冲传函含 z 的延迟因子与对象极点
  • 卡点:漏乘零阶保持器的一减 z 的负一次幂
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
  • 本卷考过求含零阶保持器与延迟的采样系统开环脉冲传递函数
  • 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
离散系统的稳态误差 离散控制系统
本卷考法
  • 由组合输入下稳态误差要求反求增益范围
本卷实例
  • 关键一步:按输入分量分别求稳态误差并相加,令其小于给定值
  • 中间结果:稳态误差表达式中含开环增益的倒数
  • 卡点:直接用 s 域静态误差系数处理离散系统
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
  • 本卷考过由组合输入下稳态误差要求反求增益范围
  • 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

六六、描述函数法判断自激振荡#

思路
  • 由给定负倒描述函数表达式与线性部分幅相曲线求交点,判断是否存在自激振荡、分析其稳定性,再由幅值约束反求参数范围
本卷考法
  • 用描述函数法判断系统是否存在自激振荡并分析其稳定性
本卷实例
  • 关键一步:把线性部分幅相曲线与负倒描述函数画在同一复平面找交点
  • 中间结果:交点存在则有极限环,按 A 增大方向判断稳定性
  • 卡点:未标注 A 的增大方向就判断稳定性
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
  • 本卷考过用描述函数法判断系统是否存在自激振荡并分析其稳定性
  • 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
  • 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
描述函数法基础 非线性系统
本卷考法
  • 由负倒描述函数表达式与幅值约束反求参数范围
本卷实例
  • 关键一步:令负倒描述函数的实部或虚部满足给定约束
  • 中间结果:由幅值与频率约束得参数的不等式
  • 卡点:把描述函数当成频率的函数处理
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
  • 本卷考过由负倒描述函数表达式与幅值约束反求参数范围
  • 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

七七、状态空间求传函与状态响应#

思路
  • 由给定状态空间表达式求传递函数,判断系统是否渐近稳定,再由初始条件与输入求状态响应
本卷考法
  • 由状态空间表达式求系统传递函数 Y(s)/U(s)
本卷实例
  • 关键一步:按传函等于输出矩阵乘预解矩阵乘输入矩阵再加直接项
  • 中间结果:传函分母为特征多项式,分子由输出与输入矩阵决定
  • 卡点:漏掉直接传递项 D
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 由状态空间求传递函数为 C(sI-A)^{-1}B+D
  • 传递函数只反映能控能观子系统,含零极点对消
  • 系统的特征值等于传递函数的极点
  • 同一传递函数对应的状态空间实现不唯一
步骤
  • 计算 (sI-A)^{-1}
  • 按公式求 G(s)=C(sI-A)^{-1}B+D
  • 与已知传递函数比对,判断是否发生零极点对消
通用考法
  • 本卷考过由状态空间表达式求系统传递函数 Y(s)/U(s)
  • 由状态空间表达式求传递函数
  • 判断状态空间实现是否存在零极点对消
  • 比较不同实现对应的传递函数是否相同
常见易错
  • 漏掉直接传递项 D
  • 把特征值个数与传递函数极点数直接等同而不检查对消
公式
李雅普诺夫稳定性分析 状态空间分析
本卷考法
  • 由系统矩阵特征值判断系统是否渐近稳定
本卷实例
  • 关键一步:求系统矩阵特征值,看实部是否全为负
  • 中间结果:特征值实部均为负则系统渐近稳定
  • 卡点:只判断李雅普诺夫函数正定,未查其导数
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 第一法通过线性化系统的特征值判断原系统的局部稳定性
  • 第二法用李雅普诺夫函数直接判断稳定性,无需解方程
  • 李雅普诺夫函数正定且其导数为负定则渐近稳定
  • 线性定常系统中李雅普诺夫方程有正定解等价于系统稳定
步骤
  • 选取或构造李雅普诺夫函数
  • 沿系统轨迹求其对时间的导数
  • 判断函数与导数的正负定性
  • 据此得出稳定性结论
通用考法
  • 本卷考过由系统矩阵特征值判断系统是否渐近稳定
  • 用李雅普诺夫方程判断系统稳定性
  • 构造李雅普诺夫函数证明渐近稳定
  • 分析非线性系统的稳定性范围
常见易错
  • 李雅普诺夫方程中 P、Q 的角色混用
  • 只判断 V 正定就下结论而未检查导数
公式
状态转移矩阵 状态空间分析
本卷考法
  • 由初始条件与阶跃输入求系统的状态响应
本卷实例
  • 关键一步:用状态转移矩阵写零输入响应,再卷积求零状态响应
  • 中间结果:状态响应为零输入与零状态响应之和
  • 卡点:卷积积分中变量代换写错
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
  • 本卷考过由初始条件与阶跃输入求系统的状态响应
  • 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

八八、离散系统李雅普诺夫判稳求δ范围#

思路
  • 对给定离散状态方程构造李雅普诺夫函数,由差分形式的稳定性条件求参数范围
李雅普诺夫稳定性分析 状态空间分析
本卷考法
  • 用李雅普诺夫法判断离散系统的稳定性
本卷实例
  • 关键一步:取正定二次型,令其沿离散状态方程的差分为负定
  • 中间结果:差分负定则原点渐近稳定
  • 卡点:李雅普诺夫方程中矩阵角色混用
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 第一法通过线性化系统的特征值判断原系统的局部稳定性
  • 第二法用李雅普诺夫函数直接判断稳定性,无需解方程
  • 李雅普诺夫函数正定且其导数为负定则渐近稳定
  • 线性定常系统中李雅普诺夫方程有正定解等价于系统稳定
步骤
  • 选取或构造李雅普诺夫函数
  • 沿系统轨迹求其对时间的导数
  • 判断函数与导数的正负定性
  • 据此得出稳定性结论
通用考法
  • 本卷考过用李雅普诺夫法判断离散系统的稳定性
  • 用李雅普诺夫方程判断系统稳定性
  • 构造李雅普诺夫函数证明渐近稳定
  • 分析非线性系统的稳定性范围
常见易错
  • 李雅普诺夫方程中 P、Q 的角色混用
  • 只判断 V 正定就下结论而未检查导数
公式
离散系统稳定性分析 离散控制系统
本卷考法
  • 求使离散系统渐近稳定的参数范围
本卷实例
  • 关键一步:把离散状态方程代入李雅普诺夫差分方程求解
  • 中间结果:由正定解的存在性得参数不等式
  • 卡点:把离散稳定条件写成实部小于零而不是模小于一
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
  • 本卷考过求使离散系统渐近稳定的参数范围
  • 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

九九、状态反馈极点配置与全维观测器#

思路
  • 由给定状态方程设计状态反馈使闭环极点落在指定位置,再设计全维状态观测器使观测器极点落在指定位置
状态反馈与极点配置 状态空间分析
本卷考法
  • 设计状态反馈增益使闭环极点配置在指定位置
本卷实例
  • 关键一步:先验证能控性,再令期望与闭环特征多项式系数相等
  • 中间结果:由系数比较解出反馈增益
  • 卡点:未验证能控性就直接做极点配置
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使闭环极点配置在指定位置
  • 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
状态观测器设计 状态空间分析
本卷考法
  • 设计全维状态观测器使观测器极点落在指定位置
本卷实例
  • 关键一步:由期望观测器极点写期望特征多项式,与观测器特征式比较
  • 中间结果:观测器增益由特征多项式系数对应关系解出
  • 卡点:把观测器增益阵写成状态反馈增益阵的形式
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 状态观测器用输出与输入重构状态,前提是系统能观
  • 极点配置法与龙伯格观测器是两种常用形式
  • 观测器误差动态由 A-LC 的特征值决定
  • 观测器极点通常取得比系统极点快若干倍
步骤
  • 验证系统能观性
  • 写出观测器方程并求误差动态矩阵
  • 按期望特征多项式比较系数求出 L
  • 校验观测器收敛速度是否合适
通用考法
  • 本卷考过设计全维状态观测器使观测器极点落在指定位置
  • 设计全维状态观测器
  • 由期望观测器极点求反馈增益阵 L
  • 分析观测器与状态反馈组合后的系统极点
常见易错
  • 把观测器增益阵写成了状态反馈增益阵的形式
  • 忽略观测器极点过快会放大噪声
公式