自动控制原理题目(含答案)

;.自动控制原理复习参考资料一、基本知识 11、反馈控制又称 偏差控制 ，其控制作用是通过 输入量与反馈量 的差值进行的。2、闭环控制系统又称为 反馈控制系统 。3、在经典控制理论中主要采用的数学模型是微分方程、传递函数、结构框图和信号流图。4、自动控制系统按输入量的变化规律可分为恒值控制系统、随动控制系统与程序控制系统。5、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。6、控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数 ,与外作用及初始条件无关。7、两个传递函数分别为g1(s)与 g2(s)的环节，以 并联方式连接，其等效传递函数为 g1(s)+g2(s)，以串联方式连接，其等效传递函数为g1(s)*g 2(s)。8、系统前向通道传递函数为g（s），其正反馈 的传递函数为h（s），则其闭环传递函数为 g（ s）/(1- g （s） h （s）)。9、单位负反馈 系统的前向通道传递函数为g（ s），则闭环传递函数为g（s）/(1+ g（ s）)。10 、 典 型 二 阶 系 统 中 ， =0.707时 ， 称 该 系 统 处 于二 阶 工 程 最佳状态，此时超调量为4.3%。11、应用劳斯判据 判断系统稳定性， 劳斯表中第一列数据 全部为正数 ，则系统稳定。12、线性系统稳定的充要条件是所有闭环特征方程的根的实部均为负 ，即都分布在 s 平面的左平面 。13、随动系统的稳态误差主要来源于给定信号 ，恒值系统的稳态误差主要来源于扰动信号。14、对于有稳态误差的系统， 在前向通道中串联 比例积分环节 ，系统误差将变为零。;.15、系统稳态误差分为 给定稳态误差和扰动稳态误差两种。16、对于一个有稳态误差的系统，增大系统增益则稳态误差将减小。17、对于典型二阶系统， 惯性时间常数 t 愈大则系统的快速性愈差。18、应用频域分析法， 穿越频率越大，则对应时域指标t s 越小，即快速性越好19 最小相位系统 是指 s 右半平面不存在系统的开环极点及开环零点。20、按照校正装置在系统中的不同位置，系统校正可分为串联校正、反馈校正、补偿校正与复合校正四种。21、对于线性系统， 相位裕量愈大则系统的相对稳定性越好。22、根据校正装置的相位特性， 比例微分调节器属于相位超前校正装置，比例积分调节器属于相位滞后校正装置，pid 调节器属于相位滞后 - 超前校正装置。23、pid 调节中的 p 指的是比例控制器， i 是积分控制器， d 是微分控制器 。24、离散系统中信号的最高频谱为 max，则采样频率 s 应保证 s=2 max条件。26、在离散控制系统分析方法中， 把差分方程变为代数方程的数学方法为 z 变换。27、离散系统中，两个传递函数分别为 g1(s)与 g2(s)的环节，以串联方式连接， 连接点有采样开关，其等效传递脉冲函数为 g1(z)g2(z)；连接点没有采样开关， 其等效传递脉冲函数为 g1g2(z)。28、根据系统的输出量是否反馈至输入端， 可分为开环控制系统与闭环控制系统 。29、家用空调温度控制、电梯速度控制等系统属于 闭环控制系统；30、经典控制理论的分析方法主要有 时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法 。二、基本知识 21、开环控制系统的的特征是没有（ ）a.执行环节b.给定环节c.反馈环节d.放大环节2、闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的（）a、低频段 b、中频段 c、高频段 d、均无关3、若系统的开环传递函数为50s(5 s10)，则它的开环增益为（）a.5b.10c.50d.1004、已知系统的开环传递函数为50，则该系统的开环增益为()。(2 s1)(s5)a、 50b、25c、10d、55、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标 ()。a、超调%b、稳态误差e ssc、调整时间 t sd、峰值时间 t p6、一般为使系统有较好的稳定性, 希望相位裕量为（）a.015b.15 30c.30 60d.60 907、若系统的传递函数在右半s 平面上没有零点和极点， 则该系统称作 （）a. 非最小相位系统b.最小相位系统c.不稳定系统d.振荡系统8、关于传递函数，错误的说法是()a 传递函数只适用于线性定常系统；b 传递函数不仅取决于系统的结构与参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响；c 传递函数一般是为复变量s 的真分式； d闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。9、下列哪种措施对改善系统的精度没有效果()。a、增加积分环节b、提高系统的开环增益kc、增加微分环节d、引入扰动补偿10、某系统的传递函数是g s1e2s1s ，则该可看成由（）环节串联而成。a.比例、延时b.惯性、导前c.惯性、延时d. 惯性、比例11、某系统的传递函数是g s1s( s，则可等效为（）环节串联。1)a.比例、积分b.积分、惯性c.惯性、微分d. 微分、比例12、为了消除存在稳态误差的系统的误差，可采用串联（）进行校正。a.比例校正装置b.比例微分校正装置c.微分校正装置d.比例积分校正装置13、若某最小相位系统的相角裕度0 ，则下列说法正确的是()。a、不稳定；b、只有当幅值裕度 kg1 时才稳定；c、稳定；d、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。14、最小相位系统的开环增益越大，其（）a. 振荡次数越多b.稳定裕量越大c.相位变化越小d.稳态误差越小15、稳态误差 ess与误差信号 e(s)的函数关系为（）a. esslime( s)b. esslimse(s)s0s0c. esslimse( s)d. esslimsse(s)16、若某串联校正装置的传递函数为10s100s1 ，则该校正装置属于 ()。1a、超前校正b、滞后校正c、滞后 -超前校正d、不能判断17、对于离散控制系统，下例说法错误的是（）a. 计算机控制系统是离散控制系统的一种形式b.脉冲传递函数与采样开关的位置有关c. z 变换是拉普拉斯变换的一种特殊形式d.零阶保持器是信号采样装置18、对于离散控制系统，下例说法错误的是（）a. 脉冲传递函数与采样开关的位置有关b. 零阶保持器是信号复现元件c.拉普拉斯变换的定理不适用于z 变换d.采样定理又称香农定理19、.当输入为单位斜坡且系统为单位负反馈时，对于ii型系统其稳态误差为（）a.0b.0.1/kc.1/kd.20、ii 型系统的对数幅频特性的低频段渐近线斜率为（）a.60（db/dec）b.40（db/dec）c.20（ db/dec）d.0（db/dec）21、某串联校正装置的传递函数为t1s t1s1，当1 时，该装置为 () 校正装置。1a. 相位超前b. 相位滞后c.相位滞后 -超前d.参数量过少，无法判定22、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标() 。a 、超调%b 、稳态误差e ssc、调整时间t sd、峰值时间t p23、若某最小相位系统的相角裕度0 ，则下列说法正确的是()。a、不稳定；b、只有当幅值裕度kg1 时才稳定；c、稳定；d、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。24、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果()。a、增加开环极点；b、在积分环节外加单位负反馈；c、增加开环零点；d、引入串联超前校正装置。25. 最小相位系统的开环增益越大，其（）a. 振荡次数越多b.稳定裕量越大c.相位变化越小d.稳态误差越小26.稳态误差ess 与误差信号e(s)的函数关系为（）a. esslime(s)b. esslimse(s)s0s0c. esslimse(s)d. ess1limsse(s)27. 一阶微分环节g( s)1ts，当频率时，则相频特性tg( j) 为（）a.45 b.- 45c.90 d.- 9028. 主要用于产生输入信号的元件称为（）a. 比较元件b. 给定元件c.反馈元件d. 放大元件29. 某典型环节的传递函数是g s15s1，则该环节是（）a. 比例环节b. 积分环节c.惯性环节d. 微分环节30.在系统中串联pd 调节器，以下那一种说法是错误的（）a. 是一种相位超前校正装置b. 能影响系统开环幅频特性的高频段c. 使系统的稳定性能得到改善d. 使系统的稳态精度得到改善三、读图分析能力1、从工作原理角度来说，闭环控制系统由哪些元件或装置组成？指出图示闭环控制系统中1-7各部件分属什么元件或装置？闭环控制系统中的信号有哪些？ 指出图示闭环控制系统中信号a-e 分属什么信号？（参考分析例题：教材书第5 页）2、衡量一个自动控制系统的性能指标有哪些？下图为某自动控制系统启动时的动态曲线，估算出它们的动态指标。（参考分析例题：教材书第95 页，实验二、实验三）（1）1.210.8(t) y0.401222曲线1：n2曲线2：n1012345678t（2）（3）(4)3、自动控制系统实物装置的定性分析。 （1）指出系统的被控量、给定量、扰动量、反馈量、偏差量； （2）分析其工作原理；（3）从给定量或扰动量变化开始， 结合各环节功能与参数变化趋势，分析系统如何自动调节。（1）(2)(3)(4)（参考分析例题：教材书第10 页，例 1-5 ）四、计算与作图1、数学模型的建立与分析（考核内容：数学模型的建立、实验电路的构建、系统框图作图、伯德图的绘制）2、建立下图电路的数学模型、系统框图、伯德图（ r0=100k、r1=1m、r2=200k、c1=2uf、c2=0.25uf）3、系统的传递函数g(s)10s(0.1s，试分析系统由哪些环节组成并画出系统的bode 图。1)4、系统误差分析，已知某负反馈系统的输入r(t)=2+4t，计算系统的稳态误差。（参考： 教材书第151-153 页，本系统输入信号可分解为一个阶跃信号与一个斜坡信号的叠加，分别计算两个信号的误差，再相加即为总误差。注意本系统为非单位负反馈）5、系统结构如图，其中g1( s)10s5， g2( s )5s(3 s，h(s)=2 ，又设1)r(t) = 2t， d(t) = 0.5?1(t)，求系统的稳态误差。（参考：分别计算给定误差与扰动误差，再相加即为总误差。本系统为非单位负反馈）五、系统分析题1、已知最小相位系统的开环对数幅频特性l0 () 和串联校正装置的对数幅频特性 lc () 如下图所示，原系统的幅值穿越频率为c24.3rad / s ：1 、 写出原系统的开环传递函数g0 (s) , 并求其相角裕度0 ，并判断其稳定性；2 、 写出校正装置的传递函数gc (s) ；3 、写出校正后的开环传递函数g0 ( s)gc (s) ，画出校正后系统的开环对数幅频特性 lgc () 。l()-20db/decl040-40db/dec0.3224.30.010.1-20db/dec11020100lc-60db/dec2、3、某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线l0 () 如图所示：1、写出该系统的开环传递函数g0 (s) ；2、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性及开环相频特性。3、求系统的相角裕度。4、若系统的稳定裕度不够大，可以采用什么措施提高系统的稳定裕度？自动控制原理复习参考资料部分题目参考答案二、选择题： 1-5，cbaca ；6-10， cbbcc ；11-15，bdcdb ；16-20，bdcab四、计算题：1、 解系统框图如下图所示：(1) 图 中为 比 例 系 数 可 调 的 比 例 积 分 （ pi ） 调 节 器 ， 其 传 递 函 数。由图可见， 此运放反馈回路取样电压不是，而是经 3.3k电位器与 300电阻分压后的。反馈电压的减小，相当反馈电阻增大为倍，因此其增益为其时间常数s(2) 为比例环节。(3) 为比例微分环节，式中，(4) 为惯性环节，式中，(5) 为积分环节，式中(6) 由于均为反相输入端输入，中均应带一负号，由于书中约定， 为简化起见，一般将此负号省略，最终极性有实际状况确定。此处由五个（奇数）环节，所以极性应变号，因此，此为负反馈。其反馈系数由分压电路可知。2、系统由比例环节、积分环节、惯性环节串联，形成单位负反馈，单独计算各环节计算过程略，系统框图略，伯德图参考如下3、解：系统有一比例环节：k101积分环节：s120 log 1020（ 1.5 分）（ 1 分）惯性环节：20log g(j )400.1s1转折频率为1/t=10（ 1.5 分）20-200 0.1110-20-40-40g（ j ）0 0.11100-4500-900-135-180四、系统分析题第 1 题解： 1、从开环波特图可知，原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性环节。故其开环传函应有以下形式kg0 (s)11s(s1)(s1)12由图可知：1处的纵坐标为40db,则 l(1)20lgk40 ,得k100110和2 =20故原系统的开环传函为g ( s)100100011s(0.1s1)(0.05s1)s(s1)(s1)1020求原系统的相角裕度0 ：0 (s)90tg 1 0.1tg 1 0.05由题知原系统的幅值穿越频率为c24.3rad / s0 (c )90tg 1 0.1tg 1 0.05208cc01800 (c 稳定对最小相位系统02、从开环波特图可知，校正装置一个惯性环节、一个微分环节，为滞后校正装置。故其开环传函应有以下形式g (s)1s12 1s10.323 . 1 s2 51c11100s1s1s11 0.013、校正后的开环传递函数g0 ( s)gc (s) 为g (s)g (s)1003.125s1100(3.125 s1)0cs(0.1s1)(0.05s1)100s1s(0.1s1)(0.05 s1)(100s1)画出校正后系统的开环对数幅频特性lgc ()l()-20-40400.010.10.32-20110-4020起