2026年自动化专业考试卷及答案解析

2026年自动化专业考试卷及答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1.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、动态性能、稳态性能C.稳定性、快速性、精确性D.稳定性、动态性能、抗干扰性答案：A解析：经典控制理论将系统性能概括为“稳、准、快”，对应稳定性、准确性和快速性。2.闭环控制系统与开环控制系统的根本区别在于（）A.是否含有控制器B.是否含有反馈环节C.是否有供电电源D.是否有执行机构答案：B解析：闭环控制的特征是通过反馈构成闭合回路，反馈环节是其标志。3.线性定常系统的传递函数定义为（）下的输出量与输入量拉氏变换之比。A.任意初始状态B.零初始条件C.单位阶跃输入D.单位脉冲输入答案：B4.典型二阶系统阻尼比ζ=A.单调上升B.衰减振荡C.等幅振荡D.发散振荡答案：C解析：ζ=5.劳斯判据是用于判断线性系统（）的一种代数判据。A.相对稳定性B.绝对稳定性C.动态性能D.稳态性能答案：B6.根轨迹是指当系统某一参数变化时，（）在s平面上移动的轨迹。A.闭环零点B.开环极点C.闭环极点D.开环零点答案：C7.系统开环频率特性的奈奎斯特图通常是指（）A.幅相频率特性曲线B.对数幅频特性曲线C.对数相频特性曲线D.单位阶跃响应曲线答案：A8.在伯德图中，惯性环节G(s)A.+B.−C.0D.−答案：C9.在PI控制器中，积分环节的主要作用是（）A.改善系统的动态性能B.减小或消除稳态误差C.提高系统的无阻尼自然频率D.增大系统的阻尼比答案：B10.串联超前校正的主要目的是（）A.提高系统的低频增益B.减小系统的截止频率C.增加系统的相位裕量D.减小系统的稳态误差答案：C二、填空题（每空2分，共20分）1.自动控制系统的基本组成包括给定环节、比较环节、________环节、执行机构、被控对象和检测装置等。答案：放大2.二阶系统单位阶跃响应的超调量σ%与阻尼比ζ有关，当ζ增大时，σ答案：减小3.系统的型别按开环传递函数中________环节的个数划分。答案：积分4.线性系统稳定的充要条件是闭环特征方程的所有特征根具有________实部。答案：负5.根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点或无穷远处，其分支数等于________的个数。答案：开环极点6.奈奎斯特稳定判据利用开环幅相曲线包围临界点________的圈数来判断闭环系统的稳定性。答案：(−7.闭环控制系统中，负反馈的主要作用是使系统输出能够自动________输入量的变化，从而减小或消除偏差。答案：跟踪8.已知开环传递函数G(s)答案：K9.控制系统的动态性能指标中，反映响应快速性的常用指标有上升时间、峰值时间和________。答案：调节时间10.最小相位系统的开环传递函数在右半s平面上既无极点也无________。答案：零点三、简答题（每题10分，共20分）1.简述线性系统稳定的充分必要条件，并说明劳斯判据的主要内容及适用条件。答案：线性系统稳定的充分必要条件是：闭环系统特征方程的所有特征根均具有负实部，即全部位于s平面左半平面。劳斯判据的主要内容：将特征方程系数排成劳斯表，根据表中第一列元素的符号变化情况判断稳定性。若第一列元素全部为正，则系统稳定；若出现符号变化，则符号变化的次数等于右半s平面上不稳定特征根的个数。适用条件：适用于线性定常系统，且特征方程为多项式；只能判断绝对稳定性，不能提供稳定裕度和动态性能；当劳斯表出现零行时，需用辅助方程处理共轭虚根等情况。解析：本题要求理解稳定性与特征根的关系，以及代数判据的使用边界。劳斯判据避免了直接求根，在工程上易于实现。2.写出串联超前校正装置的典型传递函数，说明其频率特性特点及对系统性能的影响。答案：串联超前校正装置的典型传递函数为G其频率特性在频段1aT与ϕ出现在对数频率ωm对系统性能的影响：增大了系统的相位裕量，提高了系统的相对稳定性，同时增大了系统的截止频率，改善了快速性；但高频段增益提高，噪声抑制能力下降。解析：超前校正是利用其正相角特性补偿原系统在穿越频率附近的相角滞后，从而改善动态性能。注意与滞后校正（利用高频衰减，牺牲带宽换取稳定性）相区别。四、计算分析题（每题20分，共40分）1.单位负反馈系统的开环传递函数为G（1）试用劳斯判据确定使系统闭环稳定的K值范围；（10分）（2）在系统稳定的条件下，求输入为r(答案：（1）稳定范围为0<K<解析：闭环特征方程为1即s列劳斯表：$$\begin{array}{c|cc}

s^3&1&8\\

s^2&6&K\\

s^1&\dfrac{48-K}{6}&0\\

s^0&K&

\end{array}$$根据劳斯判据，系统稳定需第一列元素均大于0，故K解得0由于系统开环传递函数为I型系统，静态速度误差系数K单位斜坡输入时的稳态误差e注意该表达式仅在系统稳定（即0<2.已知单位负反馈系统的开环传递函数为G（1）求实轴上的根轨迹区间；（4分）（2）求根轨迹的渐近线倾角及交点坐标；（6分）（3）求使系统临界稳定的K值，并求出此时系统位于虚轴上的极点。（10分）答案：（1）实轴上的根轨迹区间为(−∞,−3]和[−1,0]；（2）渐近线倾角为60∘、解析：（1）开环极点位于s=0、s=−1、s=−（2）开环极点数n=3，开环零点数m=σ渐近线倾角φ得到60∘、180∘、（3）闭环特征方程为s列劳斯表：$$\begin{array