2025 年大学自动化（自动控制）期中考试卷

2025年大学自动化（自动控制）期中考试卷

（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，每题只有一个正确答案，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.基于偏差的控制B.基于给定值的控制C.基于干扰的控制D.开环控制2.控制系统的稳定性取决于（）。A.系统的结构和参数B.输入信号C.干扰信号D.初始条件3.传递函数的定义是在（）条件下，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。A.零初始条件B.非零初始条件C.任意初始条件D.稳定初始条件4.一阶系统的时间常数T越大，则系统的响应速度（）。A.越快B.越慢C.不变D.不确定5.二阶系统的阻尼比ζ=0时，系统的响应是（）。A.等幅振荡B.单调上升C.衰减振荡D.发散振荡6.系统的稳态误差与（）有关。A.系统的结构和参数B.输入信号的形式C.干扰信号D.以上都是7.PID控制器中，积分环节的作用是（）。A.消除稳态误差B.加快响应速度C.提高系统的稳定性D.抑制干扰8.根轨迹是指当系统的某个参数（）时，闭环系统特征方程的根在复平面上的轨迹。A.从0变化到无穷大B.从无穷大变化到0C.从某个值变化到另一个值D.任意变化9.频率响应法中，系统的幅频特性和相频特性是通过（）得到的。A.拉氏变换B.傅里叶变换C.Z变换D.状态空间法10.线性定常系统的传递函数（）。A.与输入信号有关B.与输出信号有关C.与系统的结构和参数有关D.与初始条件有关二、多项选择题（总共5题，每题5分，每题有两个或两个以上正确答案，请将正确答案填写在括号内，少选、多选均不得分）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.开环控制系统2.控制系统的性能指标包括（）。A.稳定性B.快速性C.准确性D.复杂性3.下列属于线性系统的特性的是（）。A.叠加性B.齐次性C.响应的形式与输入信号的形式相同D.满足比例性4.二阶系统的动态性能指标主要有（）。A.上升时间B.峰值时间C.调节时间D.超调量5.常用的控制算法有（）。A.PID控制B.模糊控制C.神经网络控制D.自适应控制三、判断题（总共10题，每题2分，请判断下列说法的对错，正确的打“√”，错误的打“×”）1.自动控制系统是由控制装置和被控对象组成的一个整体。（）2.开环控制系统不存在反馈，所以系统的精度较高。（）3.传递函数只取决于系统本身的结构和参数，与输入信号无关。（）4.一阶系统的单位阶跃响应曲线是一条单调上升的指数曲线。（）5.二阶系统的阻尼比ζ越大，系统的响应越平稳，超调量越小。（）6.稳态误差是指系统在稳态时输出与输入之间的误差。（）7.PID控制器中，比例环节的作用是加快系统的响应速度。（）8.根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。（）9.频率响应法只能分析线性定常系统的稳态性能。（）10.线性系统的稳定性只取决于系统的结构和参数，与输入信号无关。（）四、简答题（总共3题，每题10分）1.简述自动控制系统的基本组成部分及其作用。2.什么是传递函数？它有哪些特点？3.简述PID控制器的工作原理及其参数对系统性能的影响。五、综合题（总共2题，每题15分）1.已知某控制系统的开环传递函数为$G(s)=\frac{K}{s(s+1)(s+2)}$，试绘制该系统的根轨迹，并分析系统的稳定性。2.某二阶系统的传递函数为$G(s)=\frac{ω_n^2}{s^2+2ζω_ns+ω_n^2}$，当输入为单位阶跃信号时，系统的响应曲线如图所示。已知系统的超调量$σ_p=20\%$，调节时间$t_s=2s$，试求系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率$ω_n$。答案：一、选择题1.A2.A3.A4.B5.A6.D7.A8.A9.B10.C二、多项选择题1.ABC2.ABC3.ABD4.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、测量变送装置和执行机构组成。控制器根据测量变送装置反馈的被控量与给定值的偏差，产生控制作用；被控对象是被控制的生产过程或设备；测量变送装置用于测量被控量并将其转换为便于处理的信号；执行机构根据控制器的输出信号，对被控对象施加控制作用，以实现对被控量的控制。2.传递函数是在零初始条件下，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。特点：只取决于系统本身的结构和参数，与输入信号无关；能反映系统的动态特性；可以方便地分析系统的稳定性、稳态性能和动态性能等。3.PID控制器由比例、积分、微分三个环节组成。比例环节根据偏差的大小成比例地输出控制信号，加快系统的响应速度；积分环节能消除稳态误差；微分环节根据偏差的变化率输出控制信号，改善系统的动态性能。比例系数增大，响应速度加快，但超调量可能增大；积分时间常数增大，消除稳态误差的能力增强，但系统响应速度可能变慢；微分时间常数增大，系统的阻尼比增大，超调量减小，但对干扰较敏感。五、综合题1.（1）确定开环极点：$p_1=0$，$p_2=-1$，$p_3=-2$；开环零点：无。（2）绘制根轨迹：根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点（本题无开环零点，终止于无穷远处）。实轴上的根轨迹区间为$(-2,-1)$和$(-\infty,0)$。渐近线：渐近线与实轴的交点为$\frac{0-1-2}{3}=-1$，渐近线的倾角为$\pm60^{\circ}$。分离点：通过求解方程$\sum_{i=1}^{n}\frac{1}{s-p_i}=\sum_{j=1}^{m}\frac{1}{s-z_j}$得到，本题解得分离点约为$s=-0.42$。（3）稳定性分析：当系统的开环增益$K$增大时，根轨迹向左移动。当根轨迹进入左半平面时，系统是稳定的；当根轨迹进入右半平面时，系统是不稳定的。通过分析可知，存在一个临界增益$K_c$，当$K<K_c$时，系统稳定；当$K>K_c$时，系统不稳定。2.已知超调量