2025 年大学自动化（自动控制）期末综合试卷

2025年大学自动化（自动控制）期末综合试卷

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______一、选择题（总共10题，每题3分，每题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求，请将正确答案填写在括号内）1.自动控制系统中，反馈控制的本质是（）A.基于偏差进行控制B.基于给定值进行控制C.基于干扰进行控制D.基于输出进行控制2.系统的传递函数取决于（）A.系统的结构和参数B.输入信号C.输出信号D.初始条件3.二阶系统的阻尼比ζ=0.5时，其阶跃响应为（）A.等幅振荡B.单调上升C.衰减振荡D.发散振荡4.线性定常系统的稳定性取决于（）A.系统的输入B.系统的初始状态C.系统的结构和参数D.系统的输出5.对于最小相位系统，相位裕度γ>0，则系统（）A.稳定B.不稳定C.临界稳定D.不确定6.积分环节的频率特性是（）A.相位滞后90°B.相位超前90°C.幅值为常数D.幅值与频率成正比7.离散系统的稳态误差与（）有关。A.采样周期B.系统类型C.输入信号形式D.以上都是8.状态空间表达式中，状态变量的选取（）A.是唯一的B.不是唯一的C.与系统输入有关D.与系统输出有关9.下列哪种控制算法不属于智能控制（）A.模糊控制B.神经网络控制C.PID控制D.遗传算法控制10.自动控制系统的基本要求不包括（）A.稳定性B.准确性C.快速性D.复杂性二、多项选择题（总共5题，每题4分，每题给出的五个选项中，有多项符合题目要求，请将正确答案填写在括号内，少选、多选、错选均不得分）1.自动控制系统按给定信号的特征可分为（）A.恒值控制系统B.随动控制系统C.程序控制系统D.线性控制系统E.非线性控制系统2.控制系统的性能指标包括（）A.稳定性指标B.快速性指标C.准确性指标D.可靠性指标E.经济性指标3.下列属于典型环节的有（）A.比例环节B.积分环节C.微分环节D.惯性环节E.振荡环节4.常用的系统校正方法有（）A.串联校正B.反馈校正C.前馈校正D.复合校正E.并联校正5.智能控制的主要特点包括（）A.学习功能B.适应功能C.自组织功能D.优化功能E.线性化功能三、判断题（总共10题，每题2分，请判断下列各题的对错，正确的打“√”，错误的打“×”）1.自动控制系统中，开环控制没有反馈环节。（）2.传递函数只适用于线性定常系统。（）3.系统的稳定性与系统的输入信号无关。（）4.二阶系统的超调量越大越好。（）5.相位裕度和幅值裕度越大，系统的稳定性越好。（）6.积分控制可以消除系统的稳态误差。（）7.离散系统的稳定性与采样周期有关。（）8.状态空间表达式只能描述线性系统。（）9.模糊控制不需要建立精确的数学模型。（）10.自动控制系统的控制精度越高越好。（）四、简答题（总共3题，每题10分，请简要回答下列问题）1.简述自动控制系统的组成部分及其作用。2.说明PID控制的原理及各参数对系统性能的影响。3.什么是系统的稳定性？判定线性系统稳定性的方法有哪些？五、综合题（总共1题，20分，请详细解答下列问题）已知某二阶系统的传递函数为$G(s)=\frac{4}{s^2+2s+4}$，求该系统的阻尼比、自然频率、上升时间、峰值时间、超调量和调整时间，并绘制其单位阶跃响应曲线。答案：一、选择题1.A2.A3.C4.C5.A6.A7.D8.B9.C10.D二、多项选择题1.ABC2.ABC3.ABCDE4.ABCD5.ABCD三、判断题1.√2.√3.√4.×5.√6.√7.√8.×9.√10.×四、简答题1.自动控制系统主要由控制器、被控对象和测量元件组成。控制器根据测量元件检测到的被控量与给定值的偏差，产生控制信号作用于被控对象，以改变被控量使其达到预期值。被控对象是系统中需要控制的设备或过程。测量元件用于检测被控量并将其反馈给控制器。2.PID控制是比例、积分、微分控制的简称。比例控制根据偏差的大小成比例地输出控制信号，能快速响应偏差，但不能消除稳态误差。积分控制对偏差进行积分，能消除稳态误差，但响应速度慢。微分控制根据偏差的变化率输出控制信号，能加快系统响应速度，抑制超调。比例系数增大可加快响应但可能超调，积分时间常数增大消除稳态误差慢，微分时间常数合适可改善动态性能。3.系统的稳定性是指系统在初始扰动作用下，其输出随时间的推移能逐渐恢复到初始平衡状态的能力。判定线性系统稳定性的方法有劳斯判据、赫尔维茨判据等代数判据，通过分析系统特征方程的根的分布来判断稳定性；还有奈奎斯特判据，利用系统开环频率特性判断闭环系统稳定性。五、综合题1.对于传递函数$G(s)=\frac{4}{s^2+2s+4}$，将其化为标准形式$G(s)=\frac{\omega_n^2}{s^2+2\zeta\omega_ns+\omega_n^2}$，可得$\omega_n^2=4$，则$\omega_n=2$；$2\zeta\omega_n=2$，将$\omega_n=2$代入可得$\zeta=0.5$。2.上升时间$t_r=\frac{\pi-\beta}{\omega_d}$，其中$\omega_d=\omega_n\sqrt{1-\zeta^2}=2\sqrt{1-0.5^2}=\sqrt{3}$，$\beta=\arctan\frac{\sqrt{1-\zeta^2}}{\zeta}=\arctan\sqrt{3}=\frac{\pi}{3}$，则$t_r=\frac{\pi-\frac{\pi}{3}}{\sqrt{3}}=\frac{2\pi}{3\sqrt{3}}\approx1.22$秒。3.峰值时间$t_p=\frac{\pi}{\omega_d}=\frac{\pi}{\sqrt{3}}\approx1.81$秒。4.超调量$\sigma\%=e^{-\frac{\zeta\pi}{\sqrt{1-\zeta^2}}}\times100\%=e^{-\frac{0.5\pi}{\sqrt{1-0.5^2}}}\times100\%\approx16.3\%$。5.调整时间$t_s$（按$\Delta=0.05$），当$\zeta\lt0.9$时，$t_s\approx\frac{3}{\zeta\omega_n}=\frac{3}{0.5\times2}=3$秒。6.