自动控制原理基础考试试题及答案

自动控制原理基础考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.开环控制系统与闭环控制系统最主要的区别是（）A.是否有控制器B.是否有反馈装置C.是否有放大器D.是否有执行机构答案：B解析：闭环控制系统的核心特征是在控制器与被控对象之间存在反馈通路，能将输出量反馈到输入端并与给定值比较。2.传递函数适用于（）A.任意系统B.线性时变系统C.线性定常系统D.非线性系统答案：C解析：传递函数是在零初始条件下定义的，只适用于线性定常系统。3.阻尼比ζ=A.单调上升B.等幅振荡C.衰减振荡D.发散振荡答案：B解析：此时系统特征根为共轭虚根，响应为等幅正弦振荡。4.设系统闭环特征方程最高次项系数为正，根据劳斯稳定判据，线性定常系统稳定的充要条件是劳斯表中第一列元素（）A.全部为正B.全部为负C.有正有负D.无要求答案：A解析：在最高次项系数为正的约定下，劳斯表第一列元素必须全部为正且无零，否则系统不稳定。5.单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)A.0B.1C.1D.∞答案：B解析：系统为I型，速度误差系数Kv=lim6.下列频域性能指标中，能够反映系统相对稳定性的是（）A.稳态误差B.调节时间C.相位裕度D.超调量答案：C解析：相位裕度是衡量系统相对稳定性最常用的频域指标之一。7.根轨迹起始于（）A.开环零点B.开环极点C.闭环零点D.闭环极点答案：B解析：根轨迹的起点为开环极点，终点为开环零点。8.线性定常系统的型别是指开环传递函数中（）因子的阶次A.积分B.惯性C.微分D.振荡答案：A解析：系统型别按开环传递函数中积分环节的个数划分。9.已知系统闭环特征方程为D(A.稳定B.不稳定C.临界稳定D.无法判断答案：A解析：列劳斯表：$$\begin{array}{c|cc}

s^3&1&3\\

s^2&2&4\\

s^1&1&0\\

s^0&4&0

\end{array}$$第一列元素全为正，故系统稳定。二、填空题（每空2分，共20分）1.传递函数是在________条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。答案：零初始条件2.典型二阶系统的闭环传递函数标准形式为Φ(s)答案：阻尼比3.I型系统对单位阶跃信号的稳态误差为________。答案：04.线性定常系统稳定的充分必要条件是闭环特征方程的所有根均具有________实部。答案：负（严格小于零）5.在根轨迹法中，增加开环________会使根轨迹向左移动，通常有利于改善系统稳定性。答案：零点6.频率特性是指线性定常系统在正弦输入作用下，稳态输出与输入的幅值比和________随频率变化的特性。答案：相位差（相角差）7.系统开环传递函数中积分环节的个数称为系统的________。答案：型别8.二阶系统在欠阻尼情况下，阻尼比ζ的取值范围是________。答案：09.单位负反馈系统的开环对数幅频特性曲线与0dB线的交点频率称为________。答案：幅值穿越频率（剪切频率）10.在PID控制器中，P表示________控制。答案：比例三、判断题（每题1分，共10分）1.闭环控制系统的稳定性一定比开环系统好。答案：错误解析：反馈可能改善也可能恶化系统的稳定性，必须结合具体系统分析。2.传递函数仅适用于线性定常系统。答案：正确3.稳态误差与系统结构、参数以及输入信号的形式都有关系。答案：正确4.增大开环增益通常能减小稳态误差，但会降低系统的稳定性。答案：正确5.常规根轨迹是当开环增益从0变化到+∞时，闭环极点随开环增益变化在s答案：正确6.一阶惯性环节的对数幅频特性在转角频率处发生转折，高频段渐近线斜率为−20答案：正确7.阻尼比ζ越小，系统单位阶跃响应超调量越大，调节时间越小。答案：错误解析：阻尼比小确实使超调量增大，但在典型欠阻尼二阶系统中，调节时间并不随ζ减小而单调减小，按常用近似公式ζ过小时ts8.对于最小相位系统，根据开环对数幅频特性曲线可以唯一确定系统的开环传递函数。答案：正确9.系统的型别越高，跟踪典型输入信号的无差度越高，但稳定性可能变差。答案：正确10.劳斯稳定判据可以直接定量给出系统的相位裕度。答案：错误解析：劳斯判据只能判断系统的绝对稳定性及参数稳定范围，不能直接计算相位裕度等相对稳定性指标。四、简答题（每题5分，共10分）1.简述负反馈控制系统的基本组成，并说明负反馈对系统性能的主要影响。答案：负反馈控制系统通常由给定元件、比较元件、控制器、执行元件、被控对象和检测反馈元件组成。负反馈将输出信号检测后送回输入端并与给定值比较，形成偏差信号。其主要影响包括：(1)降低稳态误差，提高系统无差度；(2)抑制被控对象参数变化及外部扰动对输出的影响；(3)改善系统的动态响应特性（如增大频带宽度）；(4)但反馈作用过强或设计不当也可能导致系统不稳定。2.简述用劳斯稳定判据判断线性定常系统稳定性的主要步骤。答案：(1)写出系统的闭环特征方程，检查各项系数是否同号且不缺项；若缺项或符号不一致，可直接判定系统不稳定。(2)按劳斯表的排列规则计算并列出劳斯表。(3)若劳斯表第一列元素全部为正，则系统稳定；若第一列元素符号变化，则系统不稳定，符号变化次数等于位于s右半平面的闭环极点个数。五、计算分析题（每题20分，共40分）1.设单位负反馈系统的开环传递函数为G其中K>(1)写出系统的闭环特征方程；(2)用劳斯稳定判据确定使闭环系统稳定的K的取值范围；(3)当系统稳定且K=4时，求系统在输入r(答案：(1)闭环特征方程为1+s展开得s(2)列劳斯表：$$\begin{array}{c|cc}

s^3&1&2\\

s^2&3&K\\

s^1&\dfrac{6-K}{3}&0\\

s^0&K&0

\end{array}$$系统稳定要求第一列元素全部为正，因此需满足K故使系统稳定的K取值范围为0(3)当K=G该系统为I型系统，速度误差系数K对于单位斜坡输入r(e解析：本题综合考查闭环特征方程建立、劳斯稳定判据应用以及稳态误差系数计算。注意求速度误差系数时应计算lims→0sG2.已知某单位负反馈系统的闭环传递函数可用典型二阶系统近似描述。当输入为单位阶跃信号时，实验测得最大超调量σ%=4.3(1)阻尼比ζ；(2)自然振荡角频率ωn(3)系统的闭环传递函数Φ((4)若要求调节时间ts答案：(1)由最大超调量公式σ代入