自动控制原理及系统练习题及答案

自动控制原理及系统练习题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列系统中，属于开环控制系统的是（）。A.房间空调温度控制系统B.直流电动机调速系统C.普通全自动洗衣机按预设程序完成洗涤过程D.导弹瞄准自动跟踪系统答案：C解析：开环控制没有反馈环节，洗衣机按预设程序运行，不检测洗涤效果；其余系统均通过反馈构成闭环控制。2.关于传递函数，下列说法正确的是（）。A.传递函数只适用于线性定常系统B.传递函数与输入信号有关C.传递函数描述了系统在任意初始条件下的动态特性D.同一个系统可以有不同的传递函数答案：A解析：传递函数是在零初始条件下定义的，仅适用于线性定常系统，由系统结构参数决定，与输入信号无关。3.一阶惯性环节G(A.TB.2C.3D.T答案：A解析：h(T)4.已知系统特征方程为D(s)A.0B.1C.2D.3答案：A解析：特征多项式可化为(s+25.单位负反馈系统的开环传递函数为G(A.0B.1C.1D.10答案：C解析：0型系统，位置误差系数Kp=lim6.二阶系统Φ(A.ζB.0C.ζD.ζ答案：B7.绘制根轨迹时，根轨迹的起点和终点分别是（）。A.开环零点和开环极点B.开环极点和开环零点C.闭环极点和闭环零点D.原点和无穷远点答案：B8.设ωc为增益穿越频率，ϕA.γB.γC.γD.γ答案：B9.若开环系统稳定（即P=A.逆时针包围(−B.顺时针包围(−C.包围(−D.不包围(−答案：D解析：由奈奎斯特判据，开环无右极点时，闭环稳定的充要条件为开环幅相曲线不包围临界点(−10.关于控制系统校正，下列说法中错误的是（）。A.串联超前校正可以增大相位裕量，提高系统快速性B.串联滞后校正可以提高稳态精度，但会降低系统快速性C.串联滞后校正利用的是校正装置的相位滞后特性D.校正装置通常串联在前向通道中答案：C解析：串联滞后校正主要利用高频段幅值衰减特性，其相位滞后是不利因素，并非利用相位滞后来实现校正。二、填空题（每空2分，共10分）1.根据有无反馈，自动控制系统的基本控制方式分为开环控制和______。答案：闭环控制2.传递函数是在______条件下，线性定常系统输出拉普拉斯变换与输入拉普拉斯变换之比。答案：零初始3.二阶系统工作在欠阻尼状态时，阻尼比ζ满足______。答案：04.线性定常系统稳定的充分必要条件是闭环特征方程的所有根均具有______。答案：负实部（即位于s平面左半部）5.开环对数频率特性中，积分环节1s答案：−三、判断题（每题2分，共10分）1.闭环控制系统的控制精度通常高于开环控制系统，且抗干扰能力更强。答案：正确2.系统的稳态误差只与系统结构参数有关，与输入信号形式无关。答案：错误3.劳斯表中某一行的第一个元素为零，说明系统一定不稳定。答案：错误解析：第一列出现零时，可能是临界稳定或存在共轭虚根，需用辅助多项式方法继续判断，不能直接判定不稳定。4.根轨迹的渐近线与实轴的交点坐标由开环零点和开环极点的坐标共同决定。答案：正确5.在Bode图中，相位裕量越大，系统的相对稳定性越好。答案：正确四、简答题（每题10分，共20分）1.简述闭环控制系统的基本组成，并说明反馈控制的作用。答案：(1)闭环控制系统一般由给定元件、比较元件、控制器（放大元件）、执行机构、被控对象和测量反馈元件等组成。(2)反馈控制的作用：通过测量被控量并与输入给定值进行比较，产生偏差信号；控制器根据偏差信号产生控制作用，驱动执行机构消除偏差，从而使被控量跟踪给定值。反馈控制能够有效抑制内、外扰动对系统输出的影响，提高控制精度和系统鲁棒性。2.什么是系统的型别？它如何影响系统在不同典型输入下的稳态误差？答案：(1)系统的型别是指开环传递函数中积分环节的个数ν。按ν=(2)单位反馈系统在典型输入下的稳态误差取决于系统型别和开环增益：•单位阶跃输入：0型系统稳态误差为11•单位斜坡输入：0型系统稳态误差为∞，I型系统为1K•单位加速度输入：0型和I型系统稳态误差为∞，II型系统为1K可见，型别越高，系统跟踪典型输入的能力越强，稳态误差越小。五、计算题（每题20分，共40分）1.已知单位负反馈系统的闭环传递函数为Φ试求：（1）阻尼比ζ和无阻尼自然振荡频率ωn（2）系统在单位阶跃输入下的超调量σ%和峰值时间t（3）取误差带Δ=5%（4）系统在单位斜坡输入下的稳态误差es答案：（1）对比标准二阶系统Φ可得ω（2）因为0<σ峰值时间t（3）调节时间（取5%t（4）由Φ(G系统为I型系统，开环增益K=K单位斜坡输入下的稳态误差e解析：本题第（1）（3）问直接对照标准形式即可；第（4）问需注意先由闭环传递函数反求开环传递函数，再按稳态误差系数法求解。单位负反馈结构下，G=2.已知单位负反馈系统的开环传递函数为G试求：（1）系统各转折频率，并说明开环对数幅频渐近特性在各频段的斜率；（2）按渐近线方法近似求增益穿越频率ωc（3）计算相位裕量γ，并判断闭环系统稳定性；（4）求系统在单位斜坡输入下的稳态误差。答案：（1）系统由积分环节、惯性环节10.1s+转折频率：ω对数幅频渐近线斜率：-ω<10rad/s：-10<ω<-ω>100rad/s：（2）低频段渐近线为L在ω=1rad/s处，L(1)L因