自动控制原理试题及答案

1、自动控制原理：参考答案及评分标准一、单项选择题（每小题1分，共20分）1. 系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（ C）A.系统综合B.系统辨识C.系统分析D.系统设计2. 惯性环节和积分环节的频率特性在（ A ）上相等。A.幅频特性的斜率B.最小幅值C.相位变化率D.穿越频率3. 通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（ C）A.比较元件B.给定元件C.反馈元件D.放大元件4. 3从0变化到时，延迟环节频率特性极坐标图为（ A ）A.圆B.半圆C椭圆D.双曲线5. 当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时， 电动机可看作

2、一个（B ）A.比例环节B.微分环节C.积分环节D.惯性环节6.若系统的开环传递函数为10s(5s 2)则它的开环增益为（A.1B.2C.5D.1057. 二阶系统的传递函数G（s）=，则该系统是（B ）s2 +2s + 5A.临界阻尼系统B.欠阻尼系统C.过阻尼系统D.零阻尼系统8. 若保持二阶系统的Z不变，提高伽，则可以（B ）A.提高上升时间和峰值时间B.减少上升时间和峰值时间C.提高上升时间和调整时间D.减少上升时间和超调量19. 一阶微分环节G（s） =1 Ts，当频率=-时，则相频特性 G（j ）为（A ）A.45 °B.-45°C.90 °D.- 9

3、0°10. 最小相位系统的开环增益越大，其（ D ）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11设系统的特征方程为D s二s4 8s3 17s2 16s 0，则此系统（A ）A.稳定B.临界稳定12某单位反馈系统的开环传递函数为:C.不稳定D.稳定性不确定。ks(s 1)(s 5)，当k= （ C ）时，闭环系统临界稳定A.10B.20C.30D.4013. 设系统的特征方程为D s =3s4 10s3 5s2 s *2=0，则此系统中包含正实部特征的个数有(C )A.0B.1C.2D.314. 单位反馈系统开环传递函数为 G s =，当输入为单位阶跃时，则其

4、位置误s +6s+s差为（C）A.2B.0.2C.0.5D.0.0515若已知某串联校正装置的传递函数为Gjs）二丄丄，则它是一种（D）10s + 1A.反馈校正B.相位超前校正C.相位滞后一超前校正D.相位滞后校正16. 稳态误差ess与误差信号E（s）的函数关系为（B）AG 呷 E(s)B.ess=lim sE(s)S_pC.% pm E(s)D. ess 二 lim sE(s)sjpc17. 在对控制系统稳态精度无明确要求时，为提高系统的稳定性，最方便的是（A）A.减小增益B.超前校正C.滞后校正18相位超前校正装置的奈氏曲线为（B）A.圆B.上半圆C.下半圆D.滞后-超前D.45。弧线

5、19.开环传递函数为G(s)H(s)=Ks3(s 3)则实轴上的根轨迹为（C ）A.（-3,x）B.（0宀）C.（- x，-3）D.（-3，0）20.在直流电动机调速系统中，霍尔传感器是用作（B ）反馈的传感器。A.电压B.电流C.位移D.速度二、填空题（每小题1分，共10分）1. 闭环控制系统又称为反馈系统 系统。相同时间常数T （或常2. 线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与传递函数3. 阶系统当输入为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为量）。4. 控制系统线性化过程中，线性化的精度和系统变量的偏移程度 有关。5. 对于最小相位系统一般只要知道系统的开环幅频特性就可以判断其稳定

6、性。6. 般讲系统的位置误差指输入是阶跃信号所引起的输出位置上的误差。7. 超前校正是由于正相移的作用，使截止频率附近的相位 明显上升，从而具有较大的稳定裕度。28. 二阶系统当共轭复数极点位于土 45°线上时，对应的阻尼比为 0.707。29. PID调节中的“ P”指的是比例控制器。30. 若要求系统的快速性好，则闭环极点应距虚轴越远 越好。一、填空题（每空1分，共15分）1、 反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值 与反馈量的差值进行的。2、 复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按 扰动的前馈 复合控制。3、两个传递函数分别为G（s）与G2（s）的环节，以并联

7、方式连接，其等效传递函数为G(s)，贝U G(s)为_Gi(s)+ G2(s)_ (用 G1(s)与 G2(s)表示)。4、典型二阶系统极点分布如图1所示,则无阻尼自然频率立，阻尼比二= 0.707该系统的特征方程为S2+2S+2=0该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振动5、若某系统的单位脉冲响应为g(t) =10e.2t 5e.5t，105-开环零点开环极点则该系统的传递函数 G(s)为一_1_' ”J6 根轨迹起始于开环极点，终止于7、设某最小相位系统的相频特性为( J =tg0-90tg-1(T )，则该系统的开环传递函数为空工胖二心2十丄“山8 PI控制器的输入一输出关系的时域表达

8、式是，其相应的传+ 卩 ' Tr 1递函数为，由于积分环节的引入，可以改善系统的 稳态 性能。二、选择题(每题2分，共20分)采用负反馈形式连接后，则 (D )A、一定能使闭环系统稳定；B、系统动态性能一定会提高;C、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；D需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。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；C、增加开环零点；1、2、3、rtn系统特征方程为D(s)3 2s2(A )。、在积分环节外加单位负反馈; 、引入串联超前校正装置。3s 6=0，则系统(C )4、A、稳定；C、临界稳定；系统在r(t) “2作用下的稳态误差、单

9、位阶跃响应曲线为单调指数上升;、右半平面闭环极点数Z=2。ess =:，说明(A )A、型别v <2 ；C、输入幅值过大;、系统不稳疋；、闭环传递函数中有一个积分环节。对于以下情况应绘制0A、主反馈口符号为“根轨迹的是(D )B、除Kr外的其他参数变化时;C、非单位反馈系统;、根轨迹方程（标准形式）为 G（s）H（s）= V6、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标（A ）A、超调二%B、稳态误差ess C、调整时间tsD、峰值时间t7、已知开环幅频特性如图2所示，则图中不稳定的系统是（B ）系统系统系统图2A、系统B、系统C、系统D、都不稳定8若某最小相位系统的相角裕度>

10、0，则下列说法正确的是（A、不稳定；BC、稳定；9、若某串联校正装置的传递函数为A、超前校正 B 、滞后校正、只有当幅值裕度kg 1时才稳定；D、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。10s 1100s 1，则该校正装置属于（C、滞后-超前校正DB ）。不能判断10、下列串联校正装置的传递函数中，能在 厂1处提供最大相位超前角的是：（B ）10s+110s+1_ 2s + 10.1s + 1A、B、C、D、s+10.1s+10.5s + 110s + 11如图示系统结构图1,试用结构图化简方法求传递函数琵）。（15分）解:nrGi(s)十 1+G2(s)G3(s)G2(s)1/Gi(s)G(s)1

11、+G2(s)G(s)】C(s)1/Gi(s)G(s) 1+G2(s)G3(s)11 -G(s)G2(s) 1 G2(s)G3(s)C(s)R(s)G(s)!1+G2(s)G3(s) C(s).» 2-Gi(s)G2(s) +G2(s)G3(s) + Gi(s)+Gi(s)G2(s)G3(s)得传递函数为C(s)G1 G1G2G3R(s) 1 G1G2 G1G2G3 G2G3 V G12.控制系统如图2所示，系统单位阶跃响应的峰值时间为 3s、超调量为20%求K，a值。（15分）解：开环传递函数闭环传递函数"(s) =已知所以K (1 as)Ks2 Kas Ks22 n(In

12、 0.2)2二 2 (In 0.2)22.69.87 2.6=0.46JI23 1 - 0.462二 1.18K, a分别为叽 0.781.41.已知系统特征方程为s5半平面的根的个数及虚根值。 解：列Routh 表S5S43 12-243s4 12s3 24s2 32s 4 0，试求系统在 S 右(10 分)12322448434 24-3 1612412 代一4 48 =012244832 3叫16048辅助方程12s240,求导:24s=0答：系统没有正根。对辅助方程求解，得一对虚根，其值为4.单位负反馈系统的开环传递函数G(s)二s(0.2s 1)(0.5s 1),绘制K从0到+x变化

13、时系统的闭环根轨迹图。(15分)解 G(s)二10Ks(0.2s 1)(0.5s 1)s(s 5)(s 2)系统有三个开环极点：=0, p2 = -2,P3=-5 实轴上的根轨迹:厂5】,I-2,0渐近线:0 - 2 - 5I CT =a 3,二(2k 1)二aJT=± 一34分离点:解得：-0.88 , d2 - 3.7863 (舍去)。与虚轴的交点：特征方程为D(s)=s3 7s2 10s 10K = 0ReD(jo)H 一7 2 +10K = 0:lmD( j )二 7 3 10 = 0解得与虚轴的交点(o, 土V10j ) o根轨迹如图示W3 (1+ JI00m)2例5-2：

14、设开环频率特性为心)=(>)21 + y0wX1 + y0J25o)(1 *亦勉 试绘制其近似的对数幅频特性曲线。解：(1)(2)(3)转折频率：=0.01 (0, =0.1 低频渐近线：A(co) = 201gl0'3/.(co) = -60 - 40 IgtD绘制近似的对数幅频特性曲线1co,=0.12520x 21g(o二 g =Q)_ lOtu截止频率的计算：a>£ e(0.1, 8) 令 £(o) = 0 得： 轨叱©吋“自动控制原理课上复习题。第一题：求下图所示电路网络的传递函数： 根据复阻抗概念及基尔霍夫电压定律得:U，I(R R

15、i)1C2 sR'L-S 21 Ci s L1Uo = 1 -3C2穝解得:U o1 C1 s L_1C2R2(C1C2)LC1C2R2ls3练习题：(工具有限自己画)如图:解：IR 二UoL S U o R+C LS确定使系统稳定的k值范围。RR'21 C LS UiR L S CLRSIR Uo =Ui单位负反馈系统开环传递函数为：kGs(s 1)(0.05s 1)，当 r( t)=t 时，闭环系统的稳态误差，k的取值范围应是多少?解：给定信号作用下的误差函数：g_E(s)_由 0.1 得，K -10 .0K 试概略绘出系统根轨迹。(要求确定渐近线、分离点、与虚轴交点 0_ = S(S+1)(o.05S+1)R(s) 1+G(S) S(S+1)(o.o5S+1) + K* =|im s札(s)R(s) =lim s| s(s+ 1)(0.05s 灯)匕s-ot s(s+1)(0.05s + 1) + k_s(s+1)(0.05s + 1)1=lim课堂练习：单位负反馈控制系统的开环传递函数如下:ks(0.2s 1)(0.5s 1)s)0 s(s 1)(0.05s 1) k k解:G s I-ks(0.2s 1)(0.5s 1)10s(