自动控制原理试题及答案

自动控制原理试题及答案一、单项选择题（每小题3分，共15分）1.自动控制系统有两种最基本的控制方式，即开环控制和（）。A.闭环控制B.程序控制C.随动控制D.恒值控制答案：A2.某环节的传递函数为G(s)A.1B.1C.arctanD.T答案：B3.若某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线在中频段以−40dB/dec的斜率穿过A.较好B.较差C.处于临界稳定D.无法判断答案：B4.PI控制器的传递函数表达式是（）。A.KB.KC.KD.K答案：A5.在离散控制系统中，为了使采样后的离散信号能够无失真地恢复为原连续信号，采样频率ωs必须满足的香农采样定理条件是（）。（其中ωA.ωB.ωC.ωD.ω答案：A二、填空题（每空2分，共10分）1.线性定常系统稳定的主要充分必要条件是：其闭环传递函数的极点均严格位于s平面的（）。答案：左半平面2.典型二阶系统的阻尼比ζ=答案：等幅正弦振荡3.根轨迹法中，实轴上的根轨迹段右侧开环零点和极点的总数应为（）。答案：奇数4.某单位负反馈系统的开环传递函数为G(答案：中5.在非线性控制系统中，描述函数法主要用于分析系统的（）。答案：自激振荡（或稳定性）三、结构图化简与传递函数求取（15分）1.已知某控制系统结构图描述如下：输入R(s)经过传递函数为G1(s)=1答案：Φ解析：1.先求局部反馈回路的等效传递函数GeG2.此时系统变为单位负反馈系统，前向通路传递函数为G(3.根据单位负反馈闭环传递函数公式Φ(Φ四、时域分析计算题（15分）1.已知某单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)=Ks(Ts+1答案：K=4解析：1.求闭环传递函数：Φ2.写出标准二阶系统形式Φ(ω23.根据超调量要求计算ζ。已知σ%e两边取自然对数得−πζ1−ζ4.根据调节时间要求计算ωn。取Δ=2ζ代入ζ=0.5得ωn5.代回参数关系式确定K和T：由2ζωn五、根轨迹分析题（15分）1.已知某单位负反馈系统的开环传递函数为G((1)绘制K*从0(2)求使闭环系统稳定的开环增益K*答案：(1)根轨迹分离点为d1=−2+23(2)系统稳定的范围是0<解析：1.起点与终点：开环极点为p12.实轴上的根轨迹：区间[−2,渐近线：交点：σa=∑pi−∑4.分离点：令1d+1d+2+1d5.与虚轴交点：闭环特征方程为s3+6s2+8s+K*=0。列劳斯表：s3|1|8s2|6|K*s1|486.稳定性范围：由劳斯表第一列元素大于零，要求K*>0且48六、频域分析题（15分）1.已知某最小相位系统的开环对数幅频特性渐近曲线如下所述：(1)低频段渐近线斜率为−20dB/dec，且经过点(2)在ω=2rad/s(3)在ω=10rad/s(1)写出该系统的开环传递函数G((2)计算系统的截止频率ωc和相角裕度γ答案：(1)G((2)ωc≈4.47解析：1.求开环传递函数：低频段斜率为−20dB/dec，说明系统为Ⅰ型系统，含有一个积分环节1s。低频段过点(1,20)，即20lgK1=20，解得开环增益K=10。在ω1G求截止频率$\omega_c$：在ω1(2)=20\lg10-20\lg2\approx20-6.02=13.98\text{dB}>0$。在$\omega_2=10$处，由于$2$到$10$之间斜率为$-40\text{dB/dec}$，计算$L(10)$：$L(10)=L(2)-40\lg(\frac{10}{2})=13.98-40\lg5\approx13.98-27.96=-13.98\text{dB}<0$。因此，截止频率$\omega_c$位于$2$到$10$之间。在该频段内，$0.1\omega_c<1$可近似为$0$，$0.5\omega_c>1$可近似为$0.5\omega_c$。令$|G(j\omega_c)|=1$，即：10求相角裕度$\gamma$：系统的相频特性为：∠代入ωc∠已知5≈2.236，510≈0.447∠相角裕度为：γ七、离散系统分析题（15分）1.已知离散系统结构图如下：采样开关的采样周期为T=1s，零阶保持器的传递函数为G(1)求系统的开环脉冲传递函数G((2)判断该闭环离散系统是否稳定。（注：Z1s2=Tz(答案：(1)G((2)系统稳定。解析：1.求开环脉冲传递函数G(G对其进行Z变换：G首先将1s1分别求各基本环节的Z变换：ZZZ因此：Z代入G(G通分化简：G展开分子部分：(==所以