2025年大学本科三年级（自动化）自动控制系统综合试题及答案

2025年大学本科三年级（自动化）自动控制系统综合试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共40分）答题要求：本卷共20小题，每小题2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。请将正确答案的序号填在题后的括号内。1.自动控制系统中，反馈控制的实质是按（）进行控制。A.给定值B.干扰量C.偏差D.输出量答案：C2.控制系统的稳定性取决于（）。A.系统的结构和参数B.输入信号的大小C.干扰信号的大小D.系统的初始状态答案：A3.一阶系统的传递函数为G(s)=1/(Ts+1)，其时间常数T越大，则系统的响应速度（）。A.越快B.越慢C.不变D.不确定答案：B4.二阶系统的阻尼比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：B5.某系统的传递函数为G(s)=(s+1)/(s²+2s+2)，该系统是（）。A.一阶系统B.二阶系统C.三阶系统D.非最小相位系统答案：B6.系统的传递函数与（）无关。A.系统的结构B.系统的参数C.输入信号D.初始条件答案：C、D7.若系统的传递函数为G(s)=K/(s(Ts+1))，则其零点为（）。A.s=0B.s=-1/TC.s=-K/TD.无零点答案：A8.单位阶跃响应的稳态值反映了系统的（）。A.稳定性B.快速性C.准确性D.动态性能答案：C9.线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下（）。A.系统输出信号与输入信号之比B.系统输入信号与输出信号之比C.系统输出信号拉氏变换与输入信号拉氏变换之比D.系统输入信号拉氏变换与输出信号拉氏变换之比答案：C10.控制系统中，能完成信号的产生、转换、放大等功能的装置是（）。A.控制器B.执行器C.传感器D.放大器答案：A11.自动控制系统的基本要求是（）。A.稳定性、快速性、准确性B.稳定性、动态性、准确性C.稳定性、快速性、静态性D.动态性、快速性、准确性答案：A12.下列哪种控制方式不属于反馈控制（）。A.比例控制B.积分控制C.前馈控制D.微分控制答案：C13.系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，其开环增益K增大时，系统的稳定性（）。A.变好B.变差C.不变D.不确定答案：B14.若系统的传递函数为G(s)=1/(s²+2s+1)，则该系统是（）。A.欠阻尼系统B.临界阻尼系统C.过阻尼系统D.无阻尼系统答案：B15.二阶系统的无阻尼自然振荡频率ωn越大，则系统的响应速度（）。A.越快B.越慢C.不变D.不确定答案：A16.控制系统的稳态误差与（）有关。A.系统的结构和参数B.输入信号的形式C.干扰信号的形式D.以上都是答案：D17.某系统的传递函数为G(s)=(s+2)/(s²+3s+2)，其极点为（）。A.s=-1B.s=-2C.s=-1和s=-2D.s=1和s=2答案：C18.系统的传递函数为G(s)=K/s(s+1)，当输入为单位斜坡信号时，系统的稳态误差为（）。A.0B.1/KC.KD.∞答案：B19.自动控制系统中，执行器的作用是（）。A.将被控变量转换为测量值B.将偏差信号转换为控制信号C.将控制信号转换为被控对象的输入信号D.将测量值转换为被控变量答案：C20.控制系统的传递函数只取决于系统的（）。A.输入信号B.输出信号C.结构和参数D.初始条件答案：C第II卷（非选择题共60分）答题要求：请将答案写在相应位置，解答应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤。一、填空题（每题2分，共10分）1.自动控制系统按给定信号的特征可分为______控制系统、______控制系统和程序控制系统。答案：恒值；随动2.系统的传递函数是在______条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比。答案：零初始3.二阶系统的阻尼比ζ=______时，系统的响应为等幅振荡。答案：14.控制系统的稳定性是指系统在受到______作用后，能够自动恢复到原来平衡状态的能力。答案：扰动5.比例控制的特点是______，积分控制的特点是______，微分控制的特点是______。答案：反应快，无余差；消除余差；反映偏差变化的速率二、简答题（每题5分，共15分）1.简述自动控制系统的组成部分及其作用。答案：自动控制系统主要由控制器、执行器、被控对象和传感器组成。控制器产生控制信号；执行器将控制信号转换为操作变量作用于被控对象；被控对象是被控制的生产过程或设备；传感器检测被控变量并反馈给控制器。2.什么是系统传递函数的零点和极点？它们对系统性能有何影响？答案：传递函数分子多项式的根为零点，分母多项式的根为极点。零点影响系统响应的幅度和相位；极点决定系统的稳定性和响应的模态，极点实部为负时系统稳定，极点实部绝对值越大响应越快，共轭极点决定阻尼比影响超调量等。3.简述一阶系统和二阶系统的特点及区别。答案：一阶系统只有一个储能元件，响应速度相对较慢，无振荡，稳态误差取决于系统类型和输入信号。二阶系统有两个储能元件，有振荡特性，响应速度与无阻尼自然振荡频率有关，超调量等取决于阻尼比。区别在于响应特性不同，二阶系统更复杂，有振荡现象。三、计算题（每题10分，共20分）1.已知系统的传递函数为G(s)=10/(s(0.1s+1))，求系统对单位阶跃输入的响应。答案：首先将传递函数化为标准形式G(s)=100/(s(s+10))。单位阶跃输入的拉氏变换为1/s。系统输出的拉氏变换Y(s)=G(s)×1/s=100/(s²(s+10))。用部分分式法分解得Y(s)=10/s²-1/s+1/(s+10)。求拉氏反变换得y(t)=10t-1+e^(-10t)。2.某二阶系统的传递函数为G(s)=4/(s²+2s+4)，求系统的阻尼比、无阻尼自然振荡频率、超调量和调节时间。答案：与标准二阶系统传递函数G(s)=ωn²/(s²+2ζωns+ωn²)对比，可得ωn²=4，ωn=2；2ζωn=2，ζ=0.5。超调量σ%=e^(-ζπ/√(1-ζ²))×100%=e^(-0.5π/√(1-0.5²))×100%≈16.3%。调节时间ts（按±5%误差带）=3/ζωn=3/(0.5×2)=3s。四、分析题（共10分）材料：某温度控制系统的方框图如下，其中控制器为比例积分控制器，传递函数为Gc(s)=Kp(1+1/Tis)，被控对象传递函数为Gp(s)=1/(Ts+1)，反馈环节传递函数为H(s)=1。1.求系统的开环传递函数和闭环传递函数。答案：开环传递函数G(s)H(s)=Gc(s)Gp(s)H(s)=Kp(1+1/Tis)×1/(Ts+1)×1=Kp(1+1/Tis)/(Ts+1)。闭环传递函数Φ(s)=G(s)H(s)/(1+G(s)H(s))=Kp(1+1/Tis)/((Ts+1)+Kp(1+1/Tis))。2.当比例系数Kp增大时，系统的稳定性和稳态性能会如何变化？答案：Kp增大，开环增益增大，系统稳定性变差。稳态性能方面，对于阶跃输入，稳态误差减小，控制精度提高；对于斜坡输入，稳态误差与Kp成反比，Kp增大稳态误差减小。五、设计题（共5分）设计一个简单的液位控制系统，要求说明系统的组成部分、工作原理和控