自动控制原理 试题及答案

《自动控制原理》试题（1）

一、单项选择题（每小题1分，共15分）

I.函数记录仪属于系统。

A.恒值控制B.开环控制C.随动控制D.程控控制

2.超调量反映系统的o

A.控制精度B.稳定性C.快速性D.稳态性能

3.一阶系统在单位阶跃信号作用下，动态响应曲线的特点是（）

A.衰减振荡B.单调下降C.单调上升、无超调D.等幅振荡

4.增加系统开环传递函数中积分环节的个数，可使其稳态精度o

A.降低B.不变C.不确定D.提高

5.下列关于根轨迹起点的叙述正确的是。

A.根轨迹起始于开环传递函数的极点B.根轨迹起始于坐标原点

C.根轨迹起始于开环传递函数的零点D.根轨迹起始于无穷远处

6.振荡环节对数幅频特性高频段的斜率是dB/dec<>

A.20B.0C.-20D.-40

7.某最小相位系统开环对数幅频特性低频段是水平线，则该系统是型系统。

A.0B.1C.2D.3

8.串联超前校正装置一般设在系统开环对数幅频特性的。

A.高频段B.中频段C.中、低频段D.低频段

9.选择增加合适的开环零点，将使系统的根轨迹向弯曲或移动。

A.±B.下C.左D.右

10.11型最小相位系统开环乃氏图的起点坐标是。

A.（K,0°）B.（8,-90°）C.（8,-180°）D.（8,—270°）

11.时间常数为T的惯性环节，其开环对数幅频率特性的转折频率是o

A.—B.—C.-D.—

10TITTT

12.稳态误差反映系统的哪一种性能o

A.控制精度B.,夬速性C.稳定性D.平稳性

13在斜坡信号的作用下，系统稳态误差为零。

A.0型B.【型（：.0型和1型D.II型

14系统的根轨迹向右弯曲或移动，将使系统的哪些性能变差？

A.稳定性和快速性B.稳定性和准确性

C.快速性和准确性D.快速性和抗扰性

15.PI校正属于串联校正。

A.超前B.滞后C.滞后-超前D.超前-滞后

二、填空题(每空1分，共10分)

16.线性系统的特点是具和齐次性。

17.建立系统数学模型的方法主要有分析法和两种。

18.传递函数中没有s右半平面上的极点或零点的环节称为环节。

19.控制系统微分方程为Tdc(f)/力+c“)=「⑺，该系统传递函数是。

20.系统开环传递函数为G($)=——-——，其单位阶跃响应的稳态误差y。

$(5+1)(5+2)

21.PD调节器的主要作用是改善系统的性能。

22.某。型最小相位系统，开环增益K=100,则其开环对数幅频特性低频段的高度为—dBo

23.某单位反馈系统开环传递函数G(s)=——，则其闭环传递函数①(s)=_____o

s+3s

24.离散系统的脉冲传递函数定义为系统输出采样信号与输入采样信号的之比。

25.死区特性对控制系统最直接的影响是使系统存在o

三、简答题(每小题5分，共15分)

26.常见的线性控制系统有哪几类？分别举例说明。

27.图示说明控制系统典型的单位阶跃响应曲线及动态性能指标。

28.描述函数的物理意义是什么？应用条件有哪些？

四、计算题(每小题6分，共24分)

29.系统微分方程组如下，试画出系统的动态结构图并求传递函数C(5)/R(s)。

x\(/)=r(/)-c(/)

X2(/)=^|X|(z)

YTdX3(/)/dt=X2(z)

X4⑺=X3<r)-d(r)

d2c(/)/dt2+de(/)/dt=kix4(，)

30.设单位反馈系统的初始条件为零,其微分方程为:4d2。(力/0C+4dc(f)/Jf+c(r)=r(z),

试求系统单位阶跃响应的调节时间人(A=5%)和稳态误差ess。

31.一闭环控制系统如题31图所示，试求：

（1）系统的开环脉冲传递函数；

（2）当a=l,T=ls时系统临界稳定时的开环增益Kc.。

32.某最小相位系统开环对数幅频特性如题32图，要求:

（1）写出开环传递函数G（s）。

（2）计算截止频率a。。

（2）计算相位裕量丫。

五、绘图分析题（每小题8分，共16分）

33.已知系统开环传递函数的零、极点分布如题33图（a）、（b）所示，试在图中大致绘出其根轨迹图

的形状。（在图中画，不另占行）

(a)(b)

题33图

34.已知系统开环传递函数为G(s)=嘿制2'试分别概略绘制其乃氏图和对数幅频特性图。

六、综合应用题(每小题10分，共20分

35.系统结构如题35图，已知r(/)=6r,J(r)=-1(f)0试求：

(1)系统的总稳态误差&,；

(2)要想减小扰动d(Q产生的误差，应提高哪个比例系数？

(3)如果将积分因子移到扰动作用点之前，系统的总稳态误差如何变化？

题35图

36.某最小相位系统校正前开环对数幅频特性L0(3)和串联校正装置对数幅频特性Lc(<a)如题

36图，要求：

(1)写出未校正系统开环传递函数Go(s)和串联校正装置传递函数Gc(s)。

(2)在图中画出校正后系统的开环对数幅频特性L(3),并求对应开环传递函数G(s)。

(3)判断是哪一种校正并分析校正前后系统性能的变化情况.

题36图

《自动控制原理》试题答案（1）

三、单选题（每小题1分，共15分）

1.C2.B3.C4.D5.A6.D7.A8.B

9.C10.B1I.C12.A13.D14.A15.B

四、填空题（每空1分，共10分）

16.叠加性17.实验法18.最小相位19.—20.0

75+1

2

21.动态22.4（）23.—--------------24.z变换25.检态误差.

5-+35+2

五、简答题（每小题5分，共15分）

26.答：线性控制系统分类连续控制系统和离散控制系统。连续控制系统常见的有三类：恒值控制

系统，如温度控制系统：随动控制系统，如火炮跟踪系统；程序控制系统，如数控机床等。离

散控制系统，如计算机控制系统。

27.答：控制系统典型的阶跃响应曲线及动态性能指标如题27图所示。

t（i--延迟时间

L上升时间

tP峰值时间

ts调节时间

〃（。）一力8）

超调量。%=X100%

〃（oo）

28.答：描述函数的物理意义表现为关于输入正弦信号的幅值A的复数增益放大器。其应用条件有:

非线性系统应能简化成一个非线性环节和一个线性部分闭环连接的典型结构形式；非线性环节

的特性是奇对称的，即/（》）=-/（f）,因而在正弦信号作用下，输出不含有直流分量；系

统的线性部分应具有较好的低通滤波特性。

四、计算题（每小题6分，共24分）

29.解：（1）由已知的微分方程得对应的拉氏变换方程为:

(X|(s)=R(s)-C(s)

X2(s)=k\X\(5)

（3分）

Xi(s)=—X(5)

\Ts2

X4(s)=X3(5)-D(5)

、C(5)=-^-XA(5)

S-+X由此得系统的动态结构图如题29图。

题29图

（3分）

30.解：由已知的微分方程得对应系统的传递函数0（$）=©也——，

R（s）4s2+4s+1

则：7=2$,为临界阻尼情况，单位阶跃响应是一条单调上升、无超调的曲线。

2&丁=4f&=1

故：t3=3T=6So（3分）

系统开环传递函数为：G（5）=—

41+45

则：系统静态阶跃位置误差系数=limG（s）=g=＞《=—!—=0（3分）

〃I）$$1+Kp

31.解：由结构图得，系统开环脉冲传递函数为:

1

G(z)=：)]=K(1-e"s)Z[L-高+。26+〃)1

s(s+a)as'

K(]-e~Ts)[——----------———+------------1（3分）

a(z-1)2a2(z-1)a2(z-eaT)

K[(aT-1+)z+(1--aTe-a,)]

a2(z-\)(z-e-ar)

当a=l,T=ls时，有系统闭环特征方程:

D(z)=z2+(0.368K-1.368)z+0.264K+0.368=0

令z=W得“，域特征方程：

w-1

D(w)=0.197Kw2+(0.786-0.81K)卬+(3.214-0.017)K=0

根据劳思判据可知，系统临界稳定时有：0.786-0.18K=0得，葭.=2.4（3分）

32.解：（1）由系统开环对数幅频特性得系统的开环增益K=100,系统开环传递函数为:

1(X)10()

G(s)（2分）

由十片+D-

(2)由£(3)得:（2分）

L[0.1)=201g-401g券=<o(,»3.2rad/s

(3)Y=180°-900-arulan10x3.2-aiclan0.05x3.2=-7.3°(2分)

五、绘图分析题（每小题8分，共16分）

33.（a）图3条根轨迹。（4分）（b）图2条根轨迹。（4分）

34.（1）该系统为H型，零点数m=l,极点数n=3。开环乃氏图起点坐标是（8,-180°）,终点

坐标是（0,-180°）,且巾（3尸-180"-arcian23+arclan0.023,因此乃氏图位于第H象

限，如题34图（a）。（4分）

（2）该系统开环增益K=10,两个转折频率是3i=0.5rad/s,w2=50rad/s低频渐近线是斜

率为TOdB/dec的直线。开环对数幅频特性渐近线如题34图（b）所示。

题34图

六、综合应用题（每小题10分，共20分）

35.解：（1）G（s）二%，G,（s）=勺-，G（s）=GG=""

2'$（s+4）12s（$+4）

K\K【K、K?

vo=6,Kv-limsG(s)=lims•

s(s+4)4K,(降

D（s）=--,e,=lim--D（.y）=lim-—（--）=—

s一。GI。K「sKi

故：系统总误差为：e=e+e艰=24+=4+勺（5分）