青岛理工大学自动控制原理期末考试复习题

1、自动控制原理期末复习题温馨提示：本试题仅供备考复习使用。查题方法：复制局部试题题干，使用查找功能找到对应试题（查找快捷键：Ctrl+F）o一、 填空题（1分xl5 = 15分）1、写出控制系统任意三种典型输入信号、和 O2、对闭环控制系统的性能要求为、,其中最基本的要求是 o3、根轨迹起始于 ,终止于 o4、假设某单位负反应控制系统的前向传递函数为G（s）,那么该系统的开环传递函数为。5、在经典控制理论中，分析并综合线性定常系统的方法有、和 TOC o 1-5 h z 6、某系统的闭环传递函数为-L,在输入信号为rQ） = 5sin2寸，系统的稳态响应为os + 2二、单项选择题（2分xl（）

2、 = 20分）1.系统的微分方程为3（；+ 6（。+ 2%0） = 2为，那么系统的传递函数是（）。3s2 + 6s + 22d + 6s + 32、某典型二阶系统的阻尼比大于零小于1,那么该系统的动态响应形态为（）。A、等幅振荡B、单调收敛C、衰减振荡D、发散振荡3、系统的微分方程为6（0（/）+2%（。=2七（，）,那么该系统的传递函数为（23 + 123s+ 21 TOC o 1-5 h z A、B、35 + 11C、D、6s + 24、假设两个系统的根轨迹相同，那么有相同的（）oA、闭环零点和极点B、开环零点C、闭环极点D、阶跃响应5、引出点前移越过一个方块图单元时，应在引出线支路上（

3、）。A、并联越过的方块图单元B、并联越过的方块图单元的倒数C、串联越过的方块图单元D、串联越过的方块图单元的倒数6、某单位负反应系统的开环传递函数为伊，假设要绘制a从零到无穷大变化时的根轨迹，其等效的开环传递函数为（）。s（s + l）A、B、尹C、D、l+2ss（s + l）/+3s1+47、开环传递函数为GKs） = 一，那么实轴上有根轨迹的区间为（）o （s + 3）A、 （-3, oo） B、（0, oo） C、 （-oo, -3） D、 （-3, 0）8、A、B是高阶系统的二个极点，一般当极点A距离虚轴比极点B距离虚轴大于（）时，分析系统时可忽略极点A。A、5倍B、4倍C、3倍D、2

4、倍9、为改善线性定常连续系统的平稳性，可以采用串联校正，改善开环频率特性的中频段，使系统的（）。（8分）自动控制原理（专升本）复习题1及答案一、填空题（每空2分，共20分）1、对自动控制系统的基本要求为、O2、自动控制系统的基本控制方式有 方式、方式和复合控制方式。3、按照校正装置在系统中的连接方式，控制系统校正方式可分为 校正、校正、前馈校正和复合校正。4、开环增益为K的I型稳定系统，在阶跃信号C、速度信号A的单独作用下的稳态误差分别为、5、线性控制系统稳定的充分必要条件是：闭环系统特征方程的所有根均具有实部。二、（20分）某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数皂。，型 与均

5、&G）&（S）GG)GG)尻三、（10分）某一个控制系统的单位阶跃响应为：C=1 试求系统的传递函数。四、（15分）某控制系统动态结构图如下，要求系统阻尼比& =0.6,确定K值；并计算单位阶跃函数输入时闭环系统响应的。、t, （2%）o1010五、(15分)最小相位控制系统的开环对数幅频特性如下图。试求开环传递函数G (S)；计算此单位反应系统的相角裕度。六、(10分)两个负反应控制系统的开环传递函数分别为：(1)G(s) =，(2) G(s)=,试分别作(0.15 + 1)(25 + 1)s(s + l)(2s + l)出幅相频特性；并用奈奎斯特判据判断各系统的稳定性。4s + 5七、(1

6、0分)设控制系统的开环传递函数系统为G(s) = 丁丁，试用劳斯判据判别系统的稳定性，并确定在复平面的右半平面S2 G2+25 + 3)上特征根的数目。自动控制原理(专升本)复习题1答案: 一、填空题(20分)1、稳，准，快；2、开环控制，闭环控制(或反应控制)；3、串联，反应；4、0 , A/K； 5、负二、(20 分)C(s)二 G1 - GG2G3G4C2(5) G1G2G3C2(5)G3R (s) 1 GG9GG4 R)(s) 1 GG9GG4GG) _ -GG4 G3 Z?2(S)1 GG2 G3 G4三、(10分)传递函数:传递函数:G(s) =3s + 2(s + 2)(s +1

7、)四、(15分)闭环传递函数：(s) =闭环传递函数：(s) =10/ +(l + 5K)s + 10，由=1 + 5K得K=O.56cr% = 9.5%ts=237s.五、(15分)由系统开环对数幅频渐近特性曲线可知，系统应具有下述传递函数:K( + l)G(s)-s-( + 1)gK在低频段有 La ()=201g = n 40 = 201g K = K = 100 co所以系统开环传递函数为G(s) =+ D .1(O.Ols + l)那么系统的相角裕度为 / = 180 + /G(jg) = 180-180 + arctgO.25 coc - arct8Q.0a)c=arctg6.25

8、 - arctg0.25 = 80.9 -14 = 66.9六、(10分)11奉/n(1) G(加)=10Jooio? +1J4G2 +1Z - arctgOAct) - a retg 2a)G(jco)=、 = ,/ 90 aretgeo - arctco j(co-2co )-3o ojyjco- +lV4y +1穿过负实轴：砥2切，=o,=专七、（10 分）特征方程：4+253+52+45 + 5 = 0劳斯表-6控制系统不稳定，右半平面有两个特征根。12自动控制原理(专升本)复习题2及答案 一、选择题(10分，每题2分，单项选择题将答案填到括号内)。1、设线性定常系统的闭环特征方程的根

9、为，i=1,2,，n,那么该系统稳定的充分必要条件为 o ()A. Resi 0 D. ResJ 12、在二阶系统的欠阻尼(OV g VI)阶跃响应曲线中，阻尼比越小，超调量越,上升时间越 o ()A.大小B.小大C.小小D.大 大3、对于开环增益为K的I型系统，在阶跃信号A、速度信号At输入的单独作用下的稳态误差分别为、o ()A. A/l + K A/K B.O /AK C. 0 A/K D. 1/A0 + K) /AK4、二阶振荡环节，在 时，会产生谐振峰值。()A. 0.707 B. 12 C.D. .0.7075、以下三个控制系统的零、极点分布图中，存在闭环主导极点的是 o ()二、

10、(20分)某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数：0处,空1,受2,当2。 H(s) N(s) R(s) N(s)N(s)三、(10分)一个控制系统的单位脉冲响应为=试求系统的传递函数。四、(10分)最小相位控制系统的开环对数幅频特性如图。试求开环传递函数G (S)o502五、(20分)单位负反应控制系统的开环传递函数分别为：(1) G(s) = (2) G(s) =二 试分别作出幅s(5s +1)s(s + l)(2s + l)相频特性；并用奈奎斯特判据判断各系统的稳定性。六、(15分)一个单位负反应控制系统的开环传递函数为：G (S)=，要求系统闭环稳定。试确定K的范5(0.

11、15 + 1)(0.255 + 1)围(用劳斯判据)。七、(15分)设单位负反应控制系统的开环传递函数为G(S)= ! o试求单位阶跃函数输入时闭环系统响应的调节时间4 (4=5%),s(s + l)最大超调量。%O13自动控制原理（专升本）复习题2答案:一、选择题（10分）E(s)二 1R(s) + GG2HE(5)_ G2HN(s) - l + GG/1、A 2、A 3、C二、（20 分）C（5） GG?瓦1 + GG”三、（10分）4、 D 5、 AC(5)_- G2N(s) - 1 + GQ2H传递函数:G(s) =3s + 2(s + 2)(5 + 1)Kg + l）四、（10分）传

12、递函数：G（s） 二?（+ 1）在低频段有 3)= 201g 与 n 40 = 201g K n K = 100ar所以系统开环传递函数为G（s）所以系统开环传递函数为G（s）100(0.255 + 1)s2(0.01s + l)五（20分）G(ja) =-= ? 5 Z - 90 - arctg5co%(J5/ + 1) 贸25。2+1穿过负实轴：以=（）AM) = 0G( jco) =/Z-90(, -arctco-arct2co/3-2)-3。2 如户37了71穿过负实轴：q2。：=0,六、 （15分）4以)= 1.33特征方程：0.025s 3 + 035s2 + s + K = 0劳

13、斯表/0.0251S* 0.35K10. 35-0.025s 0.35得。K 14七、(15分)ts=8s ，b% = 16.3% )自动控制原理（专科）复习题1及答案 一、填空题。（2分X10=20分）14.在零初始条件下，线性定常系统的输出与输入的拉氏变换之比是该系统的（）o.系统的激励假设是人为加入的就叫控制，假设是偶然因素产生、人为不能控制的输入就叫（）。.对控制系统的基本要求很多，一般可以归纳为：稳定性、（）性和（）性，统称为系统动态性能与稳态性能。.网络函数（）的位置决定了系统的稳定性。.所谓PID控制规律，就是一种对偏差进行（）、（）和微分变换的控制规律。.所谓校正，就是指在系统

14、中增加新的环节，以改善系统（）的方法。.闭环控制系统由控制局部和（）组成。.网络函数（）的位置决定了系统的稳定性。二、（10分）某三环回路的方框图如下列图所示，化简并求系统传递函数。三、时域分析。（2个小题，共30分）.（10分）控制系统如下图，试选择参数K1和K2,使系统的幼7=6，= 1。R(s)Rs). （20分）设单位反应系统的开环传递函数为G=50，求输入分别为r（t）=2t和r（t）=2+2t+t2时，系统的稳态误差。I 5（0.154-1）（5 + 5）四、频域分析。（2个小题，共20分）（10分）某最小相位系统的对数幅频特性的渐近线如下图，确定该系统的传递函数。并求出系统的零、

15、极点。（10分）设系统的传递函数为GAs）=，式中时间常数T=0.5s,放大系数K=10,求在频率f=lHz,幅值Xim=10V的正弦波作用下，Ts +1系统的稳态输出X0（t）o五、稳定性分析。（2个小题，共20分）L （10分）系统的特征方程为：0（5）= /+6?+ 1252+115 + 6 = 0用Routh稳定判据判别系统稳定性。2. （10分）某控制系统的开环传递函数为G（s）H（s） =,定性画出该系统的Bode图，并根据Bode图判断该系统的稳定性。s（s + l）（s + 5）15自动控制原理（专科）复习题1答案：一、填空题。（20分）L传递函数 2.扰动 3.快速；准确 4

16、.极点 5.比例；积分6.性能 7.被控对象 8.极点二、（10 分）g 二2123T - G1G？H、+ G2G3H2 + G1G2G3三、（30分）时域分析。1.2.(10 分)K、=1.44, a =0.31(20 分)=lim sE(s) = lim s= 0.2D s-o 1+G(S)(S)+ + = 0 + + - = 04-0.2 + 00 = 001 + Kp K、, Ka 10 0四、频域分析。（20分）1.（10分）传递函数5分；零点2个，极点3个，共5分G(S)=1 ?K(1 Hs)105(1 +102K(1 + 0.1s)25(1+55)2Z = z2 = -10, P

17、 0, P2 = P3 = -022. (10 分)2. (10 分)G(%)=T=0.53.06皿5K=10(o=2 7rfxo(r) = 3O.6sin(2-72.5)V五、（20分）1.（10分）Routh表如下：第一列数符号相同，故系统稳定。S41126S36110S261/66S1455/610762. （10分）Bode图如右，系统稳定。16自动控制原理（专科）复习题2及答案一、填空题。（2分X 10=20分）.系统的激励假设是人为加入的就叫控制，假设是偶然因素产生、人为不能控制的输入就叫（ ）o.对控制系统的基本要求很多，一般可以归纳为：（）性、（）性和准确性，统称为系统（）性能

18、与稳态性能。.对广义系统而言，可按反应情况把系统分为开环系统和（）系统。.所谓PID控制规律，就是一种对偏差进行比例、（）和（）变换的控制规律。.反应是把输出量送回到系统的输入端并与输入信号比拟的过程。假设反应信号是与输入信号相减而使偏差值越来越小，那么称为（）反 馈；反之，那么称为正反应。.所谓校正，就是指在系统中增加新的环节，以改善系统（）的方法。.当系统已定、输入或激励时，求出系统的输出或响应，并通过输出来研究系统本身的问题，属于系统（）问题。二、（10分）某控制系统方框图如下列图所示，化简并求系统传递函数。三、时域分析。（2个小题，共30分）.（10分）如下图系统中，J = 0.6,啰

19、=0.5sT ,求其瞬态性能指标。M（s）广夕产研 |王：（s）V s（s+2g）.（20分）设单位反应系统的开环传递函数为 G（S） =- ，求输入分别为r（t）=2t和r（t）=2+2t+t2时，系统的稳态误差。S（0.1S +1）（5+ 5）四、频域分析。（2个小题，共20分）. （10分）某系统的传递函数为G（s）= 24（0.25s + 0.5）,画出该系统的Bde图。 （5s + 2）（0.05s + 2）K.（10分）设系统的传递函数为Gb（S）=，式中时间常数T=0.5s,放大系数K=10,求在频率f=lHz,7 + 1幅值Xim=5V的正弦波作用下，系统的稳态输出X0（t）o

20、 五、稳定性分析。（2个小题，共20分）.（10分）某调速系统的特征方程式为S3+41 5S2+517S +1670（1+ K） = 0求该系统稳定的k值范围。. （10分）某系统的开环Bode图如下，判断该闭环系统的稳定性。17自动控制原理（专科）复习题2答案：一、填空题。（20分）1.扰动 2.稳定；快速；动态 3.闭环 4.积分；微分 5.负 6.性能二、（10 分）7.分析Gb =grg#+gg4)I+GQ2H1+(1 + 604)G1G2G5-G2G3H2三、时域分析。(30分)(10 分)tr =兀= 055 sec44 K K 16/15 =1.067（2分）s -32K? +4

21、7K-164(1 一 K)S Kn 0.536v K K 0(1 分)使系统稳定的K值范围是：0.536V K0.933。（1分）四、系统的开环传递函数，试确定系统的根轨迹图。（13分）G(s)(s)K(d+2s + 2)s(s + l)(s + 2)解：系统的三条根轨迹起始于三个开环传递函数的极点。23两条根轨迹终止于开环传递函数的两个零点，另一条趋于无穷远。（3分）开环零、极点分布:（2分）pl= 0p2= -1p3二-2zl=-1+j z2（7分）（8分）（5分）五、最小相位系统Bode图的渐近幅频特性如下列图所示，求该系统的开环传递函数。（15分）（2分）该系统的开环传递函数为z 1八

22、叱叱（S + Dw, G（s）H（s） =52（5 + 1）叼wc = 25, / = 73.8六、写出系统开环脉冲传递函数G（z）。（10分）图离散系统结构图注：z变换表 Z - 二Z,二等;s + a z-es z-1七、设一具有单位反应的控制系统，其开环传递函数为G 九=1800 + e（Q.） = 17。（3 分）（3）由要求的相角裕度Y，计算所需的超前相角%=/_/0+ = 50。-17。+ 5。= 38。（3 分）（4）计算校正网络系数 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document aJ + sin/ = l + sin38=4,2（5 分）l

23、-sin% 1-sin 38（5）确定校正后系统的剪切频率L,n =-101gcr = -101g 4.2 = -6.2& = %=下=9(6)确定超前网络的转角频率31、2m 9.co i= = ；= = 7= = 4.41T 4a V4269 9= - = co ya = 9x J4.2 = 18.44fit（2分）（2分）校正装置的传递函数:1 7 + 1Gc(s) = a 工 s + 1aJ_ 石1+1 _ 0.227s+ 142 s 1 - 0.050 + 11114 )（2分）八、判断非线性系统是否存在自振？假设存在，求振荡频率和振幅。（15分）1。s(s + l)(s + 2)4

24、A7继电器的描述函数为：N（A） = 71A解：N(A)4M7rA47rA1_ 7rA7V(A)-VA从Of 8,!变化范围为Of-8N(A)G（a）=10加(加+ 1)(於+ 2)10-3疗+(2-疗)（7分）co = y2 ；= A = = 2.1224一3疗3兀25系统存在频率为V2 ，振幅为2.122的自振荡。.（8分）26二、选择题（每题2分，共计20分）ACACC ADADC三、计算题。（5小题，共65分）D解：介悬二萧磊公e R(s) 1 + GG)G2(s)/(s)G(S)如)qF(5) 1 + G(s)G2(s)(s)。耳=G（Me F（5）1 + G（S）G2（S）（S）（

25、3分）（4分）（4分）（4分）2、（15分）解：开环传递函数K（l + s）（2分）闭环传递函数为：G（s） = 一一号2(s) =1 + K(l + as) s2 + Kas + K s2 4- 200)/ + 戊S1（2分）（4分）71那么K,a分别为3、(10 分)pl(lncr +(ln cr)271(In 0.2)2一十(in 0.2)2= 1.18K = co；t=A。工 3 = 0.78解：依据特征方点列写券斯表娜卜:2.69.87 + 2.60.46（2分）（2分）（3分）列劳斯表： TOC o 1-5 h z $41185J81605216505113.5 055观察劳斯表的

26、第一列均大于零，所以系统稳定。4、（15 分）解：（1）根轨迹的条数：n=3,m=0三条根轨迹。系统有三个开环极点（起点）：。=0,一月=2=一4（2分）实轴上有根轨迹的区间为：0,-1,卜4, 4。（2分）根轨迹的别离点可按以下公式计算D（s）NG） D（s）N（s）=（s +1）（5 + 4） + s（s + 4） + s（s +1） = 0解此方程得S = 0.467, & = 2.87因为在卜1,4区间不可能有根轨迹，所以别离点应为4=-0.467（2分）根轨迹的渐近线夕=土也经3 = 608。 n - m（2分）5一。=3根轨迹与虚轴的交点s(s + l)(s + 4) + K =0

27、令s=j(0带入上式得 J 3汝(法+ 1)(法+ 4) + / =0K-5co2=0（2分）（2）由图可以看出系统稳定时Kg的取值范围为：0Kg0,所以闭环系统稳定。（2分）教师试做时间出题教师取题时间审核教研室主任出题单位使用班级考试日期考试成绩期望值印刷份数规定完成时间交教学部印刷日期学号； 姓名： 班级: 密 封 线专业 年级 班20-20学年第一学期自动控制原理 课试卷 试卷类型：B卷一、求下列图所示系统的传递函数U0（S）/UjG）。（ 5分）二、控制系统的结构图如下列图所示，试求系统的闭环传递函数G（5）。（10分）三、下列图是某飞机的高度控制系统结构图，试确定使系统稳定的K值范围。（15分）四、单位反应系统的开环传递函数，试概略绘出系统根轨迹。（15分）G(s) =G(s) =K(s + 1)s(2s +1)五、最小相位系统Bode图如图3所示，试求系统传递函数。（15分）成教学院试卷纸共 2 页 第1页试题要求：1、试题后标注此题得分；2、试卷应附有评卷用标准答案，并有每题每步得分标准；3、试卷必须装订，拆散无效；4、试卷必 须打印或用碳素笔楷书，以便誉印；5、考试前到指定地点领取试卷；6、各题之间应适当给学生