考研851 自动控制原理
题型模块(练做题)

题型②:时域分析——给二阶系统求动态性能指标

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写在最前面:接着上一个模块的势头往下走

你在题型①里已经第一次亲手做出了一道题——给微分方程,求出了传递函数。那一下"原来我能做"的感觉,现在我们接着用。

这个模块还是老规矩:先甩给你一道题当靶子,再手把手带你打中它。走完这一趟,下面这道题你自己拿笔能写出答案。

目标一句话:这个模块走完,给你一个二阶系统的传递函数,你能算出它的"超调量"和"调节时间"。 这是第3章(时域分析)最常考、也最"套路化"的一类大题零件。

篇幅看着长,还是因为我把每个符号、每个公式、连"平方根""e 的多少次方"都嚼碎了讲。真正的解题动作只有四步,记熟了三五分钟一道。别被长度吓到,也别跳步——跳了就又变成"看着会、自己不会"。


1. 先看目标:这就是你今天要拿下的那道题

已知二阶系统的传递函数为 $\(\Phi(s)=\frac{4}{s^2+2s+4}\)$ 在单位阶跃信号作用下,求系统的超调量 \(\sigma\%\) 和调节时间 \(t_s\)(取 5% 误差带)。

这道题是真实材料里的题(来源:北方工大 851 配套题库《BUFF 控制选题填空题》第 29 题,见文件顶部;这是配套题库里的填空题,不是某年考研真题原题,我如实告诉你,不冒充真题)。

那"给二阶系统求指标"这类题,考研真的考吗? 考,而且是每年必出的大题零件。给你看一道货真价实的考研真题当佐证——

北方工大 2023 年考研真题 · 选择第 3 题: 二阶系统传递函数为 \(G(s)=\dfrac{1}{4s^2+2s+1}\),其阻尼比为( )。A. 0.2 B. 0.25 C. 0.5 D. 1

这道 2023 真题,考的其实就是我们这个模块第一步要做的事(把传递函数里的一个数字读出来)。你把本模块学完,这道真题对你来说是一眼秒杀的送分题(答案 C,后面你会明白为什么)。

现在第 1 节这道靶子题,你可能一个符号都不认识。没关系,那正是接下来要补的。看完第 2、3、4 节,回头再看它,你会发现它变简单了。


2. 这类题到底在考什么(一句话)

给你一个二阶系统,让你算出它"响应过程好不好"的几个数字指标。

"动态性能指标"就是给系统一个标准输入(阶跃),看它反应过程的几个体检数据:冲过头冲了多少(超调量)、多久才安定下来(调节时间)、多快到位(上升/峰值时间)。这道题分值不高但极其高频,而且全是套公式的活——会套公式的人,这分白捡。

【顺带说清,免得你以为时域题就这一种】 第3章"时域分析"是个大题型,常见出法有三种: - 给二阶系统 → 求动态性能指标(超调量/调节时间/峰值时间)——就是本模块,最干净,先吃它; - 反过来:给指标 → 反求参数(比如"要求超调量 10%,求增益 \(K\)")——这是同一套公式倒着用,本模块打好底,它就顺; - 给开环传递函数和输入 → 求稳态误差 \(e_{ss}\)——那是另一套工具(系统型别、终值定理),会单独讲,这里不掺进来免得把你淹了。

后两种本模块不展开(不是漏了,是故意分开)。把第一种的公式和套路吃透,后两种是在它上面盖楼。


3. 做这道题需要的最小基础(只补这四块,别的先别管)

这一节只给你做这道题真正用得上的东西。第3章还有一大堆理论(稳定性、劳斯判据、稳态误差……),这道题一个都用不到,你现在完全不用管。用到哪补哪,最省力。

3.1 先认清"二阶系统的标准长相",学会读出两个数

我们这类题的所有公式,都是针对一个固定长相的系统推出来的。这个长相叫二阶系统的标准形式(据 PPT 幻灯片28,一字不改地记):

\[\Phi(s)=\frac{\omega_n^2}{s^2+2\xi\omega_n s+\omega_n^2}\]

先别慌,一个个拆:

  • \(\Phi(s)\)(读"phi of s"):就是这个系统的闭环传递函数——题型①里你已经见过传递函数了,就是"输出÷输入"那个分式。这里它是我们分析的对象,题目直接把它给你。
  • \(s\):那个新变量,题型①说过,你当普通字母运算即可。
  • "二阶":指分母里 \(s\) 的最高次是 2 次(\(s^2\))。分母最高次是几,就叫几阶系统。本模块只管二阶。
  • \(\omega_n\)(读"omega-n",欧米伽 n):一个参数,叫无阻尼自然振荡频率(3.2 讲它是什么)。
  • \(\xi\)(读"zeta",泽塔;有的书写成 \(\zeta\),同一个字母):另一个参数,叫阻尼比(3.2 讲它是什么)。

这个标准式的关键用法,是拿它当"模板"去对号入座。 什么意思?题目给你的传递函数分母是一串具体数字,你把它和这个模板逐项对齐,就能把 \(\omega_n\)\(\xi\) 这两个数读出来:

\[\underbrace{s^2}_{\text{对齐}}+\underbrace{2\xi\omega_n}_{\text{这个位置的系数}}\,s+\underbrace{\omega_n^2}_{\text{这个常数}}\]
  • 分母常数项 = \(\omega_n^2\) → 开个平方就得 \(\omega_n\);
  • 分母 \(s\) 一次项的系数 = \(2\xi\omega_n\) → 有了 \(\omega_n\) 就能反解 \(\xi\)

【补课·"平方根 / 开方"是什么】 \(\omega_n^2\) 读作"\(\omega_n\) 的平方",就是 \(\omega_n\) 自己乘自己。反过来,已知平方要求 \(\omega_n\),就叫开平方(开方),写成 \(\sqrt{\ }\)\(\sqrt{4}\) 就是问"什么数自己乘自己等于 4",答案是 2(因为 \(2\times2=4\))。\(\sqrt{9}=3\),\(\sqrt{25}=5\)。不是整数也行,比如 \(\sqrt{0.75}\approx0.866\)(约等于,记不住就用计算器/查,考场上这种常用值一般记得住)。符号 \(\approx\) 读"约等于"。

【难点·别把分子搞错】 标准式的分子必须正好是 \(\omega_n^2\)(和分母常数项一模一样)。这不是巧合,是"典型二阶系统"的定义要求——它保证系统最终能稳稳停在输入值上(单位阶跃下终值=1)。做题时先瞟一眼:分子是不是等于分母常数项?本模块的题都满足;如果不满足(分子带 \(s\)、或数值对不上),说明它不是"标准二阶系统",指标公式要打折扣,那属于更后面的内容,本模块不碰。

3.2 \(\xi\)\(\omega_n\) 到底是什么(物理意义,别只当字母)

这两个字母是二阶系统的"身份参数",背后有实实在在的物理意义。铁律是不许把它们当"就是个系数"糊弄过去

  • \(\omega_n\)——无阻尼自然振荡频率。 直觉:它是系统"天生想振动的快慢"。想象一根拨动的琴弦、一个被推一下的秋千,它们会以某个固有频率来回晃——那个"固有的快慢"就是 \(\omega_n\)\(\omega_n\) 越大,系统反应越快(动得越急)。
  • \(\xi\)——阻尼比。 直觉:它是系统"晃动被拖住/压制的程度",像给秋千加的空气阻力、给振动加的黏糊阻力。\(\xi\) 越大,越"稳重不晃";\(\xi\) 越小,越"晃得欢"。
  • \(\xi\) 的大小直接决定系统"晃不晃、晃几下停"(这叫阻尼状态,第04讲有完整的五种分类表)。本模块只用到其中一种——欠阻尼(下一小节讲),因为只有它又晃又收敛,才谈得上"超调、调节时间"这些指标。

想把"\(\xi\) 一变,系统响应为什么天翻地覆(振荡/不振荡/发散)"这件事彻底弄透,看 第04讲 §3.2 五种阻尼状态。本模块只需要你会读出 \(\xi\)\(\omega_n\) 两个数,并会判断是不是欠阻尼,不必先啃完那张大表。

3.3 【最关键·最容易被忽略】这套公式的两个使用前提

这是本模块最像坑、最能拉开分的地方,先钉死再往下走。

后面 3.4 那两个指标公式(超调量、调节时间),不是随便哪个二阶系统都能用。它们有两个使用前提,两个都满足才能套:

前提一:输入必须是"阶跃"信号(不一定是单位阶跃)。 前提二:系统必须处于"欠阻尼"状态,也就是 \(0<\xi<1\)

  • "阶跃信号"是什么:就是输入"啪"地从 0 跳到某个值就不动了(比如一下子给系统通上电压)。第1节题目里"单位阶跃信号"就是从 0 跳到 1。为什么老拿阶跃说事——因为它对系统冲击最狠、最能体检出"晃不晃",而且实验室最好造。(详见 第04讲 §1。)
  • "欠阻尼 \(0<\xi<1\)"是什么:就是 \(\xi\) 这个数落在 0 和 1 之间。物理上,这时系统会晃着晃着收敛(冲过头一点、回来、再冲、幅度越来越小,最后停在目标值)——像秋千推一下慢慢晃停。只有这种"衰减振荡",才会有"冲过头"(超调)这回事。

【难点·为什么必须卡这两个前提】 - 难在哪:很多人把公式背得滚瓜烂熟,一看见二阶系统就套,结果题目是斜坡输入、或者 \(\xi\ge1\)(不振荡),公式全废,还算得一脸自信。 - 为什么废:这两个公式是专门在"阶跃输入 + 欠阻尼"这个场景下推导出来的。换了场景,推导的前提就塌了,公式自然不成立。比如 \(\xi>1\)(过阻尼)时系统根本不冲过头、单调爬上去,谈何"超调量"?这时超调量恒等于 0,套那个 \(e\) 的公式反而是错的。 - 正确做法:拿到题,先读出 \(\xi\),确认 \(0<\xi<1\),再动公式。 这一步花 5 秒,能救回整道题。(这条是考点分析点名的"送分又送命"处。)

3.4 两个要用的公式(每个符号都给你讲清)

欠阻尼、阶跃输入的二阶系统,本题要用两个指标公式(据 PPT 幻灯片43-44;第06讲开头也集中列过,以那个核对过的版本为准):

公式一 · 超调量 \(\sigma\%\)(衡量"冲过头冲了百分之几",反映平稳性):

\[\boxed{\ \sigma\%=e^{-\pi\xi/\sqrt{1-\xi^2}}\times100\%\ }\]

逐个拆: - \(\sigma\%\)(读"sigma 百分号"):超调量,一个百分数。比如系统最终该停在 1,却先冲到了 1.163,那它"冲过头"了 0.163,占终值 1 的 16.3%,超调量就是 16.3%。 - \(e\):一个固定的数,约等于 2.718(叫自然常数,你当成一个具体数字看就行)。 - \(e^{\text{某个负数}}\):读"e 的某负数次方"。关键直觉:\(e\) 的负数次方,结果一定是个 0 到 1 之间的小数(次方数越负,结果越接近 0)。比如 \(e^{-1.814}\approx0.163\)。 - \(\pi\)(读"pai"):圆周率,约等于 3.14。 - \(\sqrt{1-\xi^2}\):\(1\) 减去 \(\xi\) 的平方,再开方。 - 整句话在说:把 \(\xi\) 代进去,先算出指数那一坨负数,再算 \(e\) 的这个负数次方,乘 100% 就是超调量。

【补课·考场不让用计算器,怎么算 \(e^{-1.814}\)?】 手算 \(e\) 的次方几乎不可能,而考研通常不许带计算器。所以老师的办法是:把两个最常用的对照值背下来,遇到就直接写(第06讲反复强调): $\(\xi=0.5\ \Longleftrightarrow\ \sigma\%=16.3\%\)$ $\(\xi=0.707\ \Longleftrightarrow\ \sigma\%=4.3\%\quad(\xi=0.707\text{ 又叫"最佳阻尼比"})\)$ 这两个不是天上掉的,是把 \(\xi=0.5\)\(0.707\) 代进上面公式算出来的(下面例题会当场验一遍 \(\xi=0.5\) 那个)。背结论是为了考场省时间,但你得知道它从哪来。 碰到别的 \(\xi\) 值(公式算不出整数)时,题目一般会允许估算或给近似,或者本就设计成这两个值之一。

公式二 · 调节时间 \(t_s\)(衡量"多久彻底安定下来",反映快速性):

\[\boxed{\ t_s=\frac{3.5}{\xi\omega_n}\ (\text{取}\ \Delta=5\%)\qquad t_s=\frac{4.5}{\xi\omega_n}\ (\text{取}\ \Delta=2\%)\ }\]

逐个拆: - \(t_s\):调节时间,单位秒。含义:响应进入"目标值附近一个小误差带"并从此不再跑出来所需要的时间。 - \(\Delta\)(读"delta"):允许的误差带宽度。\(\Delta=5\%\) 就是"离目标值差不超过 5% 就算安定了";\(\Delta=2\%\) 要求更严。 - \(\xi\omega_n\):阻尼比乘自然频率(就是分母里 \(2\xi\omega_n\) 的一半)。它正好是系统"衰减快慢"的度量,\(\xi\omega_n\) 越大,晃动被压得越快,\(t_s\) 越小。 - 两条公式选哪条:题目说 5% 用上面那条(分子 3.5),说 2% 用下面那条(分子 4.5)。题目没说是几,两个都算上、都写出来(第06讲强调过,别默认一个就交卷)。

顺带认识另外两个指标(本题不用,但同一套路,写出来免得你以为只有两个): - 峰值时间 \(t_p=\dfrac{\pi}{\omega_n\sqrt{1-\xi^2}}\):冲到"最高的那个头"用的时间。 - 上升时间 \(t_r=\dfrac{\pi-\beta}{\omega_n\sqrt{1-\xi^2}}\),其中 \(\beta=\arccos\xi\) 叫阻尼角。\(t_r\) 因为带个"反三角函数 \(\arccos\)"稍麻烦,本模块不主打,知道有这么个东西即可(变式题里带你算一次 \(t_p\))。 (这两个不是可略内容,是同一批指标里本题没点名的两个,列出来保证你看到全貌。)


4. 套路:四步拿下(记死这四步)

这类题的解法,固定就这四步:

  • 第一步 · 化标准形 + 读参数。 把题目的传递函数和标准式 \(\dfrac{\omega_n^2}{s^2+2\xi\omega_n s+\omega_n^2}\) 对号入座:分母常数项开方得 \(\omega_n\),再由 \(s\) 一次项系数 \(=2\xi\omega_n\) 反解 \(\xi\)
  • 第二步 · 验前提。 确认 \(0<\xi<1\)(欠阻尼)、输入是阶跃。两个前提都在,公式才能用。(不在就别硬套——本模块的题都在。)
  • 第三步 · 套超调量公式。\(\xi\) 代进 \(\sigma\%=e^{-\pi\xi/\sqrt{1-\xi^2}}\times100\%\);若 \(\xi\) 正好是 0.5 或 0.707,直接写背下来的 16.3% 或 4.3%。
  • 第四步 · 套调节时间公式。 按题目给的误差带,\(t_s=\dfrac{3.5}{\xi\omega_n}\)(5%)或 \(\dfrac{4.5}{\xi\omega_n}\)(2%),代数算出秒数。

每一步为什么这么做,下面例题里边做边说。


5. 例题手把手:就用开场那道题

已知 \(\Phi(s)=\dfrac{4}{s^2+2s+4}\),单位阶跃输入,求超调量 \(\sigma\%\) 和调节时间 \(t_s\)(5% 误差带)。

跟着四步走,一步不跳。

第一步:化标准形,读出 \(\omega_n\)\(\xi\)

把题目分母 \(s^2+2s+4\) 和标准式分母 \(s^2+2\xi\omega_n s+\omega_n^2\) 上下对齐:

\[s^2+\underbrace{2}_{=\,2\xi\omega_n}\,s+\underbrace{4}_{=\,\omega_n^2}\]
  • 常数项对齐:\(\omega_n^2=4\)\(\omega_n=\sqrt{4}=2\)
  • \(s\) 一次项系数对齐:\(2\xi\omega_n=2\)\(\omega_n\) 已经是 2,代进去:\(2\times\xi\times2=2\),即 \(4\xi=2\),所以 \(\xi=\dfrac{2}{4}=0.5\)

顺手核对分子:标准式分子该是 \(\omega_n^2=4\),题目分子正好是 4 ✓,是个规规矩矩的标准二阶系统。

为什么先做这步:所有指标公式都靠 \(\xi\)\(\omega_n\) 两个数喂进去。这两个数一读出来,后面全是代数字。这一步就是"把题目翻译成公式认识的语言"。

回头看那道 2023 真题:\(G(s)=\dfrac{1}{4s^2+2s+1}\),只是分母首项系数不是 1,先把分子分母同除以 4 变成 \(\dfrac{0.25}{s^2+0.5s+0.25}\),再对号入座:\(\omega_n^2=0.25\Rightarrow\omega_n=0.5\),\(2\xi\omega_n=0.5\Rightarrow\xi=\dfrac{0.5}{2\times0.5}=0.5\)。阻尼比 0.5,选 C。看,真题考的就是这第一步。

第二步:验前提

  • 输入是单位阶跃 ✓(题目明说的);
  • \(\xi=0.5\),落在 0 和 1 之间,是欠阻尼 ✓。

两个前提都满足,3.4 的两个公式可以放心用。

为什么专门写这一步:这是最容易被跳过、又最容易翻车的地方。养成"先验前提再套公式"的习惯,能帮你在遇到过阻尼/斜坡输入的变种题时不犯傻。

第三步:套超调量公式

\(\xi=0.5\),直接代:

\[\sigma\%=e^{-\pi\xi/\sqrt{1-\xi^2}}\times100\%=e^{-\pi\times0.5/\sqrt{1-0.5^2}}\times100\%\]

一步步算指数那一坨: - \(0.5^2=0.25\),所以 \(\sqrt{1-0.25}=\sqrt{0.75}\approx0.866\); - 分子 \(\pi\times0.5\approx3.14\times0.5=1.57\); - 指数 \(=-\dfrac{1.57}{0.866}\approx-1.814\); - 于是 \(\sigma\%=e^{-1.814}\times100\%\approx0.163\times100\%=\boxed{16.3\%}\)

这正好验证了那个要背的对照值:\(\xi=0.5\Leftrightarrow\sigma\%=16.3\%\)。所以考场上你看见 \(\xi=0.5\),可以直接写 16.3%,不用现算 \(e\) 的次方——这就是背它的意义。

为什么超调量只跟 \(\xi\) 有关:你注意到没有,上面这一路算下来,\(\omega_n=2\) 压根没登场。超调量公式里根本没有 \(\omega_n\)——它只由 \(\xi\) 决定。物理上,\(\omega_n\) 只是把整条响应曲线在时间轴上拉快或拉慢,不改变"冲过头的比例"。这是选择/填空最爱考的"戳穿假懂"点(见 第04讲 §3.3)。

第四步:套调节时间公式(5% 误差带)

题目要 5% 误差带,用分子 3.5 那条:

\[t_s=\frac{3.5}{\xi\omega_n}=\frac{3.5}{0.5\times2}=\frac{3.5}{1}=\boxed{3.5\ \text{秒}}\]

为什么是 \(\xi\omega_n\):\(\xi\omega_n\) 是这个系统"晃动衰减的快慢"。这里 \(\xi\omega_n=0.5\times2=1\),恰好让 \(t_s=3.5\) 秒算得干干净净。\(\xi\omega_n\) 越大,安定越快。

这道题做完了。 最终答案:

\[\sigma\%=16.3\%,\qquad t_s=3.5\ \text{秒(5\% 误差带)}\]

停一下,回头看第 1 节那道题。 是不是没那么可怕了?你刚刚就把它做出来了。


6. 你来做:一道几乎一样的变式题(带详细答案)

轮到你。下面这道题做法跟例题一模一样,把四步套上去就行。先自己拿笔做,再看答案。

练习题(自编,仿真题难度——特此说明:这道题是我按同等难度自己编的,不是某年真题原题,也不是题库原题,别当真题记): 已知二阶系统的传递函数为 $\(\Phi(s)=\frac{16}{s^2+4s+16}\)$ 单位阶跃输入,求:(1) 超调量 \(\sigma\%\);(2) 调节时间 \(t_s\)(取 5% 误差带);(3) 峰值时间 \(t_p\)

自己先做。卡住了,对照下面提示回看:

  • 不会读 \(\omega_n\)\(\xi\)? → 回看 第 3.1 节第 5 节第一步(常数项开方得 \(\omega_n\),再由一次项系数解 \(\xi\))。
  • 不确定能不能用公式? → 回看 第 3.3 节(验 \(0<\xi<1\) + 阶跃)。
  • 忘了公式长啥样? → 回看 第 3.4 节 那两个方框。
**详细答案:** **第一步(化标准形、读参数):** 分母 $s^2+4s+16$ 对齐 $s^2+2\xi\omega_n s+\omega_n^2$—— - $\omega_n^2=16\Rightarrow\omega_n=\sqrt{16}=4$; - $2\xi\omega_n=4\Rightarrow 2\times\xi\times4=4\Rightarrow 8\xi=4\Rightarrow\xi=0.5$。 - 核对分子:该是 $\omega_n^2=16$,题目分子正好 16 ✓。 **第二步(验前提):** 输入是单位阶跃 ✓;$\xi=0.5\in(0,1)$ 欠阻尼 ✓。公式可用。 **第三步(超调量):** $\xi=0.5$,直接用背下来的对照值: $$\sigma\%=16.3\%$$ (想现算也行:指数 $=-\pi\times0.5/\sqrt{1-0.25}=-1.57/0.866\approx-1.814$,$e^{-1.814}\approx0.163$,一样得 16.3%。注意 $\omega_n$ 从 2 变成了 4,但超调量还是 16.3%——**印证"超调量只跟 $\xi$ 有关"**。) **第四步(调节时间,5% 误差带):** $$t_s=\frac{3.5}{\xi\omega_n}=\frac{3.5}{0.5\times4}=\frac{3.5}{2}=1.75\ \text{秒}$$ (注意这里 $\omega_n=4$ 比例题大,系统更快,所以 $t_s$ 从 3.5 秒缩短到 1.75 秒——$\omega_n$ 越大越快,和直觉一致。) **第(3)问 峰值时间:** $$t_p=\frac{\pi}{\omega_n\sqrt{1-\xi^2}}=\frac{3.14}{4\times\sqrt{0.75}}=\frac{3.14}{4\times0.866}=\frac{3.14}{3.464}\approx0.91\ \text{秒}$$ **最终答案:$\sigma\%=16.3\%$;$t_s=1.75$ 秒(5%);$t_p\approx0.91$ 秒。** **做对了吗?** 只要 (1)(2) 你写出了 16.3% 和 1.75 秒,恭喜——你已经**独立**做出这类题了。做错的话,80% 的错出在两处:(a) 读 $\xi$ 时把 $2\xi\omega_n=4$ 里的 $\omega_n$ 忘了代、直接当 $2\xi=4$ 算成 $\xi=2$(那就不是欠阻尼了,一看就知道错);(b) $t_s$ 公式里 $\xi\omega_n$ 只乘了一个、漏了另一个。回看对应步骤重来一遍即可。

7. 收尾:你又拿下了 851 的一类大题零件

认真说一句:你刚才做出来的,是第3章(时域分析)里每年必考的一类题。 给二阶系统求动态指标,套路死、公式定,只要"读参数 → 验前提 → 套公式"三下,分就是你的。连 2023 年那道真题的核心一步,你现在都能秒杀。

走到这儿你要是能独立做出第 6 节那道变式,那么"这条路走不走得动"这个问题,你手里的正面答案又多了一个:能。 时域这一章的大题会更综合(把稳定性、稳态误差、暂态指标拧在一起考),但都是在你今天这套"读参数、套公式"的地基上盖楼(见 第06讲综合例题)。

这类题在真题里怎么考、有哪些常见变形和坑

  • 直接考(就是本模块这种):给二阶传函,求 \(\sigma\%\)\(t_s\)。四步即可。2023 真题那道"求阻尼比"是它的半步版(只要第一步)。
  • 反着考——给指标反求参数:比如"要求超调量 10%,求 \(K\)"或"要求调节时间 1 秒,求主导极点和 \(K\)"(题库第 25、26 题就是这种)。做法是把同一套公式倒过来:由 \(\sigma\%\) 反查 \(\xi\),由 \(t_s\) 反解 \(\omega_n\),再定参数。本模块把正着用练熟了,倒着用就是移项。
  • 给高阶系统(分母 3 次以上):先找主导极点把它近似成二阶,再走本模块这套。比如北方工大期末试题里有一道 \(\Phi(s)=\dfrac{10}{(s+10)(s^2+2s+2)}\)\(\sigma\%\)\(t_s\)——先说明离虚轴近的那对根 \(-1\pm j\) 是主导极点,把系统近似成 \(\dfrac{2}{s^2+2s+2}\),再套公式。("主导极点"是第4章根轨迹才细讲的工具,这里知道"有这么个降阶手法"即可,本模块不展开。)
  • 给响应曲线反推(依赖图,本模块不碰):给一条阶跃响应曲线,从峰值高度读 \(\sigma\%\)、从峰值时间读 \(t_p\),反解 \(\xi\)\(\omega_n\)。它要看图,留到别处。

最容易丢分的三个坑(记住能省不少分): 1. 不验前提就套公式——题目要是斜坡输入、或 \(\xi\ge1\)(不振荡),这两个公式全废。永远先确认"阶跃 + 欠阻尼"。 2. \(\xi\) 时忘了 \(\omega_n\)——分母一次项系数是 \(2\xi\omega_n\) 不是 \(2\xi\),得先有 \(\omega_n\) 才能解 \(\xi\)。 3. 误差带张冠李戴 / 只算一个——5% 用 3.5、2% 用 4.5,题目没指定就两个都写。

想把"\(\xi\) 为什么能决定响应形态""超调量为什么只跟 \(\xi\) 有关"这些为什么彻底弄透,回 第04讲概念精讲 慢慢啃。但做题的手感,你今天已经有了。这就是这个模块要给你的东西。