2025年大学二年级（自动化）控制原理综合试题及答案

2025年大学二年级（自动化）控制原理综合试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.控制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.干扰信号2.二阶系统的阻尼比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3.系统的开环传递函数为G(s)H(s)，其闭环特征方程为（）A.1+G(s)H(s)=0B.G(s)H(s)=0C.1-G(s)H(s)=0D.G(s)+H(s)=04.若系统的传递函数为G(s)=1/(s+1)，则其单位阶跃响应为（）A.1-e^(-t)B.e^(-t)C.1D.t5.对于最小相位系统，其开环增益越大，则系统的（）A.稳定性越好B.快速性越好C.稳态精度越高D.响应速度越慢6.已知系统的传递函数为G(s)=K/(s(s+1)(s+2))，则其零点为（）A.s=0B.s=-1C.s=-2D.无零点7.控制系统的频率特性是指（）A.系统对正弦输入信号的稳态响应B.系统对阶跃输入信号的稳态响应C.系统对斜坡输入信号的稳态响应D.系统对脉冲输入信号的稳态响应8.若系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，则其截止频率ωc为（）A.1B.2C.√2D.不确定9.对于二阶系统，当阻尼比ζ>1时，其单位阶跃响应为（）A.等幅振荡B.单调上升C.衰减振荡D.发散振荡10.系统的传递函数G(s)=1/(s^2+2s+1)，其极点为（）A.s=-1B.s=-1±jC.s=1D.s=1±j第II卷（非选择题共70分）二、填空题（本大题共5小题，每小题4分，共20分）1.控制系统的基本要求是______、______、______。2.二阶系统的传递函数为G(s)=ωn^2/(s^2+2ζωns+ωn^2)，当ζ=0时，其阶跃响应为______。3.系统的稳态误差是指系统在______作用下，输出量与输入量之间的误差。4.已知系统的传递函数为G(s)=K/(s(s+1)(s+2))，则其开环增益K=______。5.控制系统的频率特性包括______和______。三、简答题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）1.简述控制系统的组成部分及其作用。2.什么是系统的稳定性？如何判断系统的稳定性？3.简述PID控制器的原理及其作用。四、计算题（本大题共1小题，20分）材料：已知系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，要求系统的相角裕度γ≥45°，幅值裕度Kg≥10dB。问题：确定开环增益K的值。五、分析题（本大题共1小题，20分）材料：某控制系统如图所示，已知系统的传递函数为G(s)=1/(s(s+1))，输入信号为r(t)=t。问题：求系统的稳态误差。答案：一、选择题1.A2.C3.A4.A5.C6.D7.A8.C9.B10.A二、填空题1.稳定性、快速性、准确性2.等幅振荡3.输入信号作用下的稳态4.15.幅频特性、相频特性三、简答题1.控制系统由控制器、被控对象、测量元件和比较元件等组成。控制器根据测量元件反馈的信息，对被控对象施加控制作用，使被控量达到预期值；被控对象是被控制的对象；测量元件用于测量被控量；比较元件用于比较被控量与给定值，产生偏差信号。2.系统的稳定性是指系统在受到外界干扰后，能够自动恢复到原来平衡状态的能力。判断系统稳定性的方法有多种，常用的有劳斯判据法、奈奎斯特判据法等。通过这些方法可以确定系统是否稳定以及稳定的条件。3.PID控制器由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节组成。比例环节用于对偏差信号进行比例放大，快速响应偏差；积分环节用于消除稳态误差；微分环节用于对偏差信号的变化率进行放大，改善系统的动态性能。PID控制器能够根据系统的偏差情况，综合调整控制作用，使系统达到较好的控制效果。四、计算题1.首先将开环传递函数化为标准形式：G(s)H(s)=K/(2s^3+3s^2+2s)。2.计算相角裕度：-令Im[G(jω)H(jω)]=0，求出ωc。-计算相角裕度γ=180°+∠G(jωc)H(jωc)。3.计算幅值裕度：-令Re[G(jω)H(jω)]=-1，求出ωg。-计算幅值裕度Kg=1/|G(jωg)H(jωg)|。4.根据γ≥45°，Kg≥10dB的条件，通过试算确定开环增益K的值。五、分析题1.首先求系统的误差传递函数：E(s)=R(s)-C(s)=R(s)-G(s)E(s)，则E(s)=R(s)/(1+G(s))。2.已知r(t)=t，则R(s)=1/s^2。3.将R(s)代