2025年大学（自动化）自动控制原理阶段测试题及答案

2025年大学（自动化）自动控制原理阶段测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共40分）答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内。(总共8题，每题5分)1.反馈控制系统是指系统中有（）A.反馈回路B.惯性环节C.积分环节D.微分环节答案：A2.自动控制系统的基本控制方式不包括（）A.开环控制B.闭环控制C.复合控制D.程序控制答案：D3.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.干扰信号答案：A4.一阶系统的传递函数为G(s)=1/(Ts+1)，其时间常数T越大，则系统的响应（）A.越快B.越慢C.不变D.先快后慢答案：B5.二阶系统的阻尼比ζ越小，则系统的超调量（）A.越小B.越大C.不变D.不确定答案：B6.控制系统的稳定性与系统的（）有关。A.增益B.结构C.参数D.以上都是答案：D7.系统的稳态误差与（）有关。A.输入信号B.系统结构和参数C.干扰信号D.以上都是答案：D8.串联校正装置中，相位超前校正的作用是（）A.提高系统的稳定性B.增加系统的带宽C.减小稳态误差D.以上都是答案：D第II卷（非选择题共60分）简答题（共20分）答题要求：简要回答问题，语言要精炼准确。(总共4题，每题5分)1.简述自动控制系统的组成部分。答案：自动控制系统主要由被控对象、测量元件、比较元件、放大元件、执行元件和校正装置等组成。被控对象是被控制的设备或过程；测量元件用于检测被控量；比较元件将测量值与给定值进行比较；放大元件对偏差信号进行放大；执行元件根据控制信号对被控对象施加控制作用；校正装置用于改善系统性能。2.什么是传递函数？它有哪些特点？答案：传递函数是指在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。特点包括：只取决于系统的结构和参数，与输入输出信号无关；反映系统的固有特性；可以方便地分析系统的性能等。3.简述一阶系统的单位阶跃响应特性。答案：一阶系统的单位阶跃响应是非周期的单调上升过程。其响应曲线从初始值开始逐渐上升，最终趋于稳态值。上升速度与时间常数T有关，T越小上升越快。系统存在稳态误差，稳态值为输入阶跃信号的幅值。4.如何判断二阶系统的稳定性？答案：根据二阶系统的特征方程的根来判断稳定性。当特征方程的根为两个负实根时，系统稳定；当特征方程有一对共轭复根且实部为负时，系统稳定；当特征方程有正实根或共轭复根实部为正时，系统不稳定；当特征方程有零根或一对纯虚根时，系统临界稳定。计算题（共20分）答题要求：写出详细的计算步骤和答案。(总共2题，每题10分)1.已知系统的传递函数G(s)=10/(s²+2s+10)，求系统的单位阶跃响应。答案：首先将传递函数进行变换，G(s)=10/[(s+1)²+9]。根据二阶系统单位阶跃响应公式，wn=√10，ζ=1/√10。计算出响应表达式为y(t)=1-e^(-t)cos(3t)-1/3e^(-t)sin(3t)。2.设单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=K/s(s+1)，求使系统稳定的K值范围。答案：系统的闭环传递函数为Φ(s)=K/(s²+s+K)。特征方程为s²+s+K=0。根据稳定条件，判别式1-4K>0，解得K<1/4，所以使系统稳定的K值范围是0<K<1/4。分析题（共10分）答题要求：结合给定材料，分析相关问题。(总共1题，每题10分)材料：某控制系统的开环传递函数为G(s)=K(s+1)/s²(s+2)。1.绘制系统的开环频率特性曲线，并分析系统的稳定性。答案：首先将开环传递函数进行变换，G(jω)=K(jω+1)/(-ω²)(jω+2)。计算出实频特性和虚频特性，然后绘制频率特性曲线。通过奈奎斯特稳定判据，计算出系统的相角裕度和幅值裕度。当相角裕度大于0且幅值裕度大于1时，系统稳定；否则不稳定。经分析可知，该系统在一定K值范围内稳定，K值变化会影响系统的稳定性。设计题（共10分）答题要求：根据要求设计控制系统。(总共1题，每题10分)设计一个二阶系统，使其满足上升时间tr≤1s，超调量σ%≤10%。答案：根据上升时间和超调量的要求，确定二阶系统的阻尼比ζ和自然频率wn。由tr=(π-β)/wn，σ%=e^(-ζπ/√(1-ζ²))×100%。通过计算可得ζ≥0.6，wn≥3