(2021年)自动控制原理模拟题及答案

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自动控制原理模拟题及答案姓 名 学 号西安电子科技大学网络与继续教育学院《自动控制原理》模拟试题一一、简答题（25）1、简述闭环系统的特点，并绘制闭环系统的结构框图。(8分)2、简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系（10）3、串联校正的特点及其分类？（7分)二、已知某单位负反馈系统的开环传递函数为GK续振荡的K值，并求振荡频率15

s(s

K ,试确定使系统产生持2s4)三、设某系统的结构及其单位阶跃响应如图所示。试确定系统参K, 1分）四、某最小相角系统的开环对数幅频特性如图示。要求）写出系统开环传递函数；

和a152自动控制原理模拟题及答案2）利用相角裕度判断系统的稳定性;3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。五、设单位反馈系统的开环传递函数为G(s) Ks(s1)（25分）（1)在单位斜坡输入下的稳态误差e 115;ss(2）截止频率ωc≥7。5（rad/s);(3)相角裕度γ≥45°。模拟试题一参考答案：一、简答题1、简述闭环系统的特点，并绘制闭环系统的结构框图。解：闭环系统的结构框图如图:闭环系统的特点：闭环控制系统的最大特点是检测偏差、纠正偏差。于器件的老化而引起的结构和参数的不确定性。反馈环节的存在可以较好地改善系统的动态性能。自动控制原理模拟题及答案11113、串联校正的特点及其分类?答：串联校正简单，较易实现。设于前向通道中能量低的位置，减少功耗。主要形式有相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正。二、已知某单位负反馈系统的开环传递函数为GK持续振荡的K值，并求振荡频率。

(s)

s(s

K ，试确定使系统产生2s4)解：系统的闭环传递函数为：GB

K(s)s32s24sKD(s)s32s24sK0列劳斯表s3142（8-K）/2KK要使系统稳定，则K24K0.得：8K02所以，使系统产生持续振荡的K值为:K8自动控制原理模拟题及答案将K8代入特征方程，即D(s)s32s24s8(s24)(s2)0sj2。所以，振荡频率2三、设某系统的结构及其单位阶跃响应如图所示。试确定系统参数K, 1

和a。2解由系统阶跃响应曲线有h()30.1poo

(4333.3oo系统闭环传递函数为(s) K1K2

K22 ns2asK1

s2s2n ntt由

0.112

联立求解得

0.33 n

33.28oo

e

33.3o no由式(1）K1

nn

1108a2

22n另外 h()lims(s)

lim

KK1 2 K 3s0

s

s2asK 21四、某最小相角系统的开环对数幅频特性如图示。要求自动控制原理模拟题及答案1)写出系统开环传递函数；利用相角裕度判断系统的稳定性；解：解G(s) 10s(s s 1)0.1 20（2)系统的开环相频特性为()90截止频率 0.1101c

0.1

arctan20相角裕度 180()2.85c故系统稳定.（3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程后,可得系统新的开环传递函数G(s) 100s(s1)(

s200

1)其截止频率 10c1 c而相角裕度 180( )2.851 c1故系统稳定性不变。由时域指标估算公式可得o 0.160.4o

1 1)= osin 1 o00t KK00

0.1ts s1c c1自动控制原理模拟题及答案所以，系统的超调量不变,调节时间缩短，动态响应加快.五、设单位反馈系统的开环传递函数为G(s) Ks(s1)试设计一串联超前校正装置，使系统满足如下指(1）在单位斜坡输入下的稳态误差e 115；ss（2)截止频率ωc≥7.5（rad/s）;（3）相角裕度γ≥45°.解:依e

指标：e

1 11ss ss Kv

K 15∴ K15画未校正系统的开环对数幅频特性如图所示。依图可得：校正前系统相角裕度：

15c1800G(jc

)1800900arctanc定"7.5，作图得：c

900arctan3.87314.480b(AB自动控制原理模拟题及答案ACAB，过C20dB/decDD

2（DCCE)得E点（ 212。这样得出超前校正环节传递函:Es1G(s)c

2s 28.125且有：m

"7.5c校正后系统开环传递函数为：s1G(s)G(s)c

2 s 28.125

15s(s验算：在校正过程可保证： ess

1 1K 15v "7.5(rad/c"1800Gc

(")G("}c c1800900arctgc"arctg c" 2 全部指标满足要求.

"67.7320自动控制原理模拟题及答案学习中心姓 名 学 号西安电子科技大学网络与继续教育学院《自动控制原理》模拟试题二一、简述题（25）1、简述控制系统的基本要求。2、已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为c(t)12e2tet，试求系统的传递函数。3、简述最小相位系统与非最小相位系统的异同.二、已知系统的结构图如图所示，图中R(s)为输入信号，N(s)为干扰信号，试求传递函数C(s)C(s)。(15R(s) N(s)自动控制原理模拟题及答案三、某单位负反馈控制系统如图，阻尼比0.5（共20分）R(s)＋ K C(s)s(s1)－（2）、、无阻尼振荡角频率n

、有阻尼振荡角频率d

（6）3)、系统的开环传递函数G

(s).（2分)K、静态误差系数K，K和K。(3分）p v a、系统对单位阶跃、单位斜坡、单位加速度输入的稳态误差分)、峰值时间t ,最大超调量%（4分）p p

ssp

,essv

，essa

（3四、单位反馈系统的开环传递函数为G(s)

K(s22s5)(s2)(s0.5)试绘制系统根轨迹，确定使系统稳定的K值范围.（15:(25）1｝若G2

(s)

KTs1

, G(s)Kc

（10）2）若G(s) K2 Ts1

, G(s)Kc

s，分析反馈校正对系统性能的影响（15）模拟试题二参考答案一、简述题1、简述控制系统的基本要求。自动控制原理模拟题及答案答：控制系统的基本要求：稳定性、准确性和快速性。稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件，是控制系统的重要特性.准确性就是要求被控量和设定值之间的误差达到所要求的精度范围。准确性反映了系统的稳态精度。快速性体现了系统的动态性能，即对过渡过程的形式和快慢提出要求。表现为对过渡过程时间和超调量的要求.2、已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为c(t)12e2tet，试求系统的传递函数。解单位阶跃输入时，有R(s)

1，依题意sC(s)1

2 1

3s2 1s s2 s1 (s2) s G(s)

C(s) 3s2R(s) (s2)3、简述最小相位系统与非最小相位系统的异同。答：一个稳定系统，若其传递函数的极点和零点都位于s平面的左半部,则称为最小相位系统，否则,称为非最小相位系统。对于幅频特性相同的系统，最小相位系统的相位迟后是最小的。最小相位系统的对数幅频特性与相频特性之间存在着唯一的对应关系。二、已知系统的结构图如图所示,图中R(s)为输入信号,N(s)为干扰信号，试求传递函C(s)C(s)。R(s) N(s)自动控制原理模拟题及答案解：令N(s)0，求C(s)32R(s)PG1

G，4

P2

GG，3 4

P3

GG1

G，4

1，L GG，L GG，1(LL1 2 4 2 3 4 1 2则有 C(s) P P

P

GG GG

GGG 1 1 2 R(s)

3 3

2 4 31GG2 4

4 1 2 4GG3 4令R(s)0,求C(s)1N(s)PG， 1 4

1，1 则有 C(s)PN(s) 1

1G2

G4G GG4 3 4某单位负反馈控制系统如图，阻尼比0.5，试求：RR(s)＋－Ks(sC(s)（2）、、无阻尼振荡角频率n

、有阻尼振荡角频率d

（6）、系统的开环传递函数

(s（2）KK，K和K（3p v a、系统对单位阶跃、单位斜坡、单位加速度输入的稳态误差分）、峰值时间t ，最大超调量%（4分）p p解:1、1型、2阶 (2分）

ssp

，essv

,essa

（32、(2分）n

=1rad/s （2） d n

0.866rad/s （2）11233、GK

(s)

1s(s1)

（2分)自动控制原理模拟题及答案4、Kp

limGs0

(s) Kv

limsGs0

(s)1Ka

lims2Gs0

05、

ssp

1/(1K

)0 p

ssv

1/Kv

1

112

1/K 110.526、tp

π π 2π3.633333d2

%p

100%e

0.5

100%16.3%四、单位反馈系统的开环传递函数为G(s)

K(s22s5)(s2)(s0.5)试绘制系统根轨迹，确定使系统稳定的K值范围。解根轨迹绘制如下：①②实轴上的根轨迹：分离点：由2,0.51 1 1 1d0.5 d2 d1j2 d1j2解得：d 0.41。1D(s)(s2)(s0.5)K(s22s5)0把s=j代入上方程，令Re(D(j))1K

5K

10Im(D(j))1.52K0解得：

0K0.2

1.25K0.75根轨迹如图解所示。自动控制原理模拟题及答案五、对图示的反馈校正系统,试分析:若

(s)

K, G(s)

(10）2 Ts1 c h2）若G2

(s)

KTs1

, G(s)Kc

s，分析反馈校正对系统性能的影响.(15分)解:1）G (s)

K/(Ts1)

K/(1KK)h2c 1KKh

1) Ts/(1KKh

)1反馈系数中加入适当的放大器弥补比例系数的减小。2）G (s)

K/(Ts1)

K/(1KK)h2c 1KKh

s1) KKh

)s1自动控制原理模拟题及答案学习中心姓 名 学 号西安电子科技大学网络与继续教育学院《自动控制原理》模拟试题三一、简述题（25分)1、绘制图示炉温控制示意图的控制方框图（7）2、某控制系统结构图，试确定使系统稳定的K（10）自动控制原理模拟题及答案3（8二、已知系统方程组如下：X(s)G

(s)R(s)

(s)[G

(s)

(s)]C(s)X1

1(s)

1 7 8 G(s)[X(s)G(s)X(s)]XX2(s)[2(s)1 (s)G6s)]G3s)XC ( (3 2 5 3C(s) G4

X

(s)3试绘制系统结构图,并求闭环传递函数C(s)（15）R(s)三、单位反馈系统的开环传递函数为G(s) 25s(s5)求各静态误差系数和r(t)12t0.5t2时的稳态误差e 。(20分）ss四、某最小相角系统的开环对数幅频特性如图示。要求（20分)写出系统开环传递函数；2）利用相角裕度判断系统的稳定性；3（20分）自动控制原理模拟题及答案R(s)1+Ks

10s(s

C(s)1）K比较加入与不加时系统的性(比较分析t 、tp r得到的结论是什么？模拟试题三参考答案一、简述题（25）1、绘制图示炉温控制示意图的控制方框图。解：炉温控制系统的方框图：2、某控制系统结构图，试确定使系统稳定的K值范围。

、t、，由此s自动控制原理模拟题及答案解由结构图，系统开环传递函数为：G(s)

K(4s22s

开环增益K K4kks3(s2

s4) v3D(s)s5s44s34Ks22KsK0劳斯表：142K1142K1K)4KKKK1S2 16K)K K K16151.067K)S 32K247K16K)

0.536K0.933S0 K K0使系统稳定的K值范围: 0.536K0.933.3、简述系统的根轨迹及绘制根轨迹的基本条件。闭环特征方程的根在复平面上变化的轨迹。对于图示系统R(s)+-

G(s)

C(s)H(s)闭环系统的特征方程为 从而根轨迹的绘制条件为：自动控制原理模拟题及答案幅值条件 2)相角条件∠2,…)二、已知系统方程组如下:X(s)G 1

(s)R(s)G1

(s)[G7

(s)G8

(s)]C(s)X (s)G(s)[X(s)G(s)X(s)] 2 2 1 6 3X3

(s)[

(s)C(s)G2

(s)]G3

(s)C(s)G4

(s)3试绘制系统结构图，并求闭环传递函数C(s)。R(s)解：系统结构图如图所示.利用结构图等效化简或梅逊增益公式可求出系统的闭环传递函数为C(s)

GGGG1 2 3 4R(s) 1GGG2 3 6

GGG3 4

GGGGG1 2 3 4

GG1

GGG3 4 8三、单位反馈系统的开环传递函数为G(s)

25s(s5)求各静态误差系数和r(t)12t0.5t2时的稳态误差e 。ss解 G(s)

25s(s5)

K5v1K limG(s)p s0 s0

25 s(s5)K limsG(s)v s0 s0

25 5s5K lims2G(s)a s0 s0

自动控制原理模拟题及答案25s 0s5r(t)1(t时，1

ss1

1 1Kr(t)2t时，e2

Ass2 Kv

p20.45r(t)0.5t23

Ass3 Ka

10由叠加原理 e e e e ss ss1 ss2 ss3四、某最小相角系统的开环对数幅频特性如图示。要求:写出系统开环传递函数；解：(1)由图可以写出系统开环传递函数如下：G(s)s(s

10

1)0.1 20（2)系统的开环相频特性为()90截止频率 0.1101c

0.1

arctan20相角裕度 180(c故系统稳定。

)2.85（3)将其对数幅频特性向右平移十倍频程