2026年自动控制原理期末考试题及答案

2026年自动控制原理期末考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.自动控制系统中，反馈控制的实质是（）A.按扰动进行控制B.按偏差进行控制C.按输入进行控制D.按输出进行控制答案B解析反馈控制通过检测输出并与给定输入比较得到偏差，按偏差产生控制作用。2.传递函数反映了系统的（）A.输入信号特性B.输出信号特性C.固有特性D.扰动特性答案C解析传递函数是系统固有属性的数学描述，与输入信号的具体形式无关。3.一阶系统G(s)A.50%B.63.2%C.86.5%D.95%答案B解析h(4.二阶系统阻尼比ζ增大时，超调量σ%A.增大B.减小C.不变D.先增大后减小答案B5.开环传递函数G(A.0型B.I型C.II型D.III型答案B解析开环传递函数含有一个积分环节，系统型别为I型。6.劳斯判据中，若第一列元素符号变化两次，则系统在s右半平面有（）个极点。A.0B.1C.2D.3答案C解析劳斯表第一列元素符号变化的次数等于特征方程正实部根的个数。7.根轨迹的分支数等于（）A.开环零点数B.开环极点数C.闭环零点数D.开环零、极点数之差答案B解析根轨迹分支数等于开环极点数，也等于闭环极点数。8.系统开环频率特性为G(jω)=A.不变B.增大C.减小D.无法确定答案B解析K增大使开环对数幅频特性曲线整体上移，幅值穿越频率增大。9.采用PI校正后，系统的（）A.稳态精度提高，但稳定性可能变差B.稳态精度降低C.稳定性一定提高D.快速性一定提高答案A解析PI校正增加积分环节，提高了系统型别，消除稳态误差，但引入相位滞后，可能降低稳定性。10.闭环系统特征方程为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，第一列元素为1、2、1、4，全部为正，系统稳定。二、填空题（每题2分，共20分）1.控制系统按有无反馈可分为____控制系统和____控制系统。答案开环；闭环2.传递函数的定义是：在______条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。答案零初始条件3.二阶系统G(s)答案衰减（欠阻尼）4.劳斯判据中，若劳斯表第一列元素出现______，则系统不稳定。答案符号变化（负数）5.系统的型别（无差度）等于开环传递函数中______环节的个数。答案积分6.根轨迹起始于____，终止于____（含无穷远零点）。答案开环极点；开环零点7.乃奎斯特稳定判据中，闭环系统稳定的充要条件是：当ω从−∞变化到+∞时，开环频率特性曲线逆时针包围(−1,j0答案极点8.相位裕量γ是指：在幅值穿越频率ωc答案临界9.典型PID控制器中，积分环节的作用是消除____，微分环节的作用是改善系统的____。答案稳态误差；动态性能10.已知单位负反馈系统开环传递函数G(s)答案∞解析该系统为I型系统，Kp三、简答题（每题5分，共10分）1.简述反馈控制系统的组成及各部分的基本作用。答案反馈控制系统一般由给定元件、比较元件、放大元件、执行元件、被控对象和测量反馈元件组成。(1)给定元件：产生与期望被控量相对应的给定输入信号；(2)比较元件：将给定信号与反馈信号进行比较，产生偏差信号；(3)放大元件：对偏差信号进行放大和功率变换；(4)执行元件：根据控制信号直接驱动被控对象；(5)被控对象：控制系统所要控制的设备或生产过程；(6)测量反馈元件：检测被控量并转换成与给定信号同类型的反馈信号。2.简述PID控制器中比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节对系统性能的影响。答案(1)比例环节（P）：成比例地反映偏差信号。增大比例系数可提高系统开环增益，加快响应速度，减小稳态误差，但比例系数过大会使超调量增大，甚至导致系统不稳定；(2)积分环节（I）：对偏差进行积分累积，可消除稳态误差，提高系统的无差度，但积分作用引入相位滞后，会降低系统的稳定性；(3)微分环节（D）：反映偏差的变化速率，产生超前校正作用，可改善系统的动态性能，减小超调量、提高稳定性，但对高频噪声敏感。四、计算分析题（共50分）1.（10分）已知某单位负反馈控制系统的前向通路中，G1(s)=1s+1答案先化简局部反馈回路：G系统等效为前向通路G1Φ解析：也可用梅逊公式求解。前向通路P1=1(s+1)(s+2)；回路L2.（15分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为G((1)求K=8时系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率(2)求此时系统单位阶跃响应的超调量σ%、峰值时间tp和调节时间ts(3)若要求σ%≤16.3(4)求K=8时系统在单位斜坡输入下的稳态误差答案闭环传递函数：Φ与标准形式s2ω(1)当K=ωζ(2)超调量：σ峰值时间：t调节时间（Δ=t(3)σ%≤16.3%对应ζ≥由ζ=1K0(4)K=K单位斜坡输入下的稳态误差：e3.（15分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为G((1)绘制K从0到+∞(2)求使闭环系统稳定的K值范围。(5分)答案(1)开环极点p1=0，p①分支数：n=②实轴上的根轨迹区段：[−1,③渐近线：n−σ渐近线与实轴正方向的夹角：φ即φa④分离点坐标d满足：13d其中d1=−1+⑤根轨迹与虚轴的交点：闭环特征方程为s3+3(实部：−3ω2ω故根轨迹与虚轴交于±j2，对应根轨迹草图要点：三条分支分别从0、−1、−2出发，其中一条沿负实轴向左趋向无穷远；另两条在d≈−0.423(2)由根轨迹与虚轴的交点可知，K=6时系统临界稳定。故使闭环系统稳定的04.（10分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为G((1)用劳斯判据求使闭环系统稳定的K值范围；(4分)(2)求K=2时系统的幅值