自动控制原理(非自动化类)课后习题及答案

自动控制原理(非自动化类)课后习题及答案一、单项选择题（每题3分，共15分）1.反馈控制在系统中起什么作用？A.将输出量反馈到输入端，与输入量比较后产生偏差信号，据此调节被控量B.完全消除所有扰动对被控量的影响C.只能放大输入信号，不能改变系统性能D.将输入量与输出量相加，以增大偏差信号2.下列环节中，频率特性呈超前特性的是？A.积分环节B.惯性环节C.微分环节D.振荡环节3.二阶系统的特征方程为s2+aA.a1>B.a1>C.a1<D.a1≠4.0型系统对单位斜坡输入的稳态误差为？A.0B.有限常值C.无穷大D.15.相角裕度γ的定义是？A.在幅值穿越频率ωc处，开环相频特性与−B.在相位穿越频率ωgC.闭环系统单位阶跃响应的最大超调量D.系统开环增益与临界稳定时增益之比二、填空题（每空1分，共10分）1.负反馈控制系统中，比较环节输出的信号称为____信号，其值等于输入信号与____之差。2.若开环传递函数G(s)H(s)在s3.时域性能指标中，上升时间tr和峰值时间tp反映系统的____，超调量σ4.二阶欠阻尼系统在单位阶跃输入下，当阻尼比ζ增大时，超调量____，峰值时间____（填“增大”或“减小”）。5.频域指标中，幅值裕度h指系统在相位穿越频率处，为使系统临界稳定，开环幅值还需增加的____；工程上通常要求h大于____dB。三、判断题（每题3分，共15分）1.反馈控制能够完全消除扰动对被控量的影响。2.增大开环增益可以减小系统的稳态误差，但可能降低系统的相对稳定性。3.二阶欠阻尼系统的超调量越大，说明其快速性越好。四、计算题（每题15分，共60分）1.已知一阶系统传递函数G(s)(1)求输出c((2)求系统响应达到稳态值95%所需的时间t95C拉普拉斯反变换得c(2)稳态值c(∞)=1t解析：一阶惯性环节的时间常数T=1，单位阶跃响应为1−2.已知单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)=20s(K单位斜坡输入时，K解析：I型系统对阶跃输入无稳态误差，对斜坡输入存在常值误差；误差大小与开环增益成反比，本题开环增益为2043.已知系统的闭环特征方程为D((1)用劳斯（Routh）判据判断系统的稳定性；(2)若系统不稳定，指出位于s平面右半部的根数。1第一列各元素均为正，符号无变化，故系统稳定，右半s平面的根数为0。解析：该特征方程可分解为(s4.已知单位负反馈系统的闭环传递函数为Φ((1)求自然频率ωn和阻尼比ζ(2)求系统单位阶跃响应的超调量σ%Φ相比，得ωn2=25，故ζ(2)由于ζ=σ解析：本题是二阶系统动态性能的基本计算。ζ=参考答案与解析一、单项选择题1.答案：A解析：反馈控制的核心是将输出量反馈到输入端并与输入量相减，形成偏差信号；它能抑制扰动影响，但不能完全消除扰动误差，B错误。D中负反馈应为相减而非相加。2.答案：C解析：微分环节的相频特性恒为+90∘，相位超前；积分环节为−90∘，惯性环节为3.答案：A解析：由劳斯判据或根与系数关系可知，二阶系统稳定的充要条件是特征方程各项系数大于零；若a24.答案：C解析：0型系统在s平面原点处无开环极点，其速度误差系数Kv5.答案：A解析：B描述的是幅值裕度h；C为超调量；D不是相角裕度的定义。相角裕度是衡量系统相对稳定性的重要频域指标。二、填空题1.答案：偏差；反馈信号2.答案：I；0解析：I型系统的位置误差系数Kp3.答案：快速性；平稳性4.答案：减小；增大解析：阻尼比增大使振荡减弱，超调量减小；响应变慢，峰值时间增大。5.答案：倍数（或增益）；6三、判断题1.答案：错误解析：反馈控制只能减小扰动引起的稳态误差，不能完全消除；若要完全补偿扰动，需配合前馈补偿等措施。2.答案：正确解析：开环增益增大使误差系数增大，从而减小稳态误差；但增益过大可能使系统趋于振荡，相角裕度和幅值裕度下降，稳定性变差。3.答案：错误解析：超调量反映系统响应的平稳性；快速性应通过上升时间、峰值时间、调节时间等指标衡量。四、计算题