2026年自动控制原理与系统模拟题与答案

2026年自动控制原理与系统模拟题与答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.与开环控制相比，闭环控制的主要优点是（）。A.不需要对控制对象建模B.可抑制扰动对被控量的影响C.不存在稳定性问题D.控制系统结构更简单答案：B解析：负反馈可检测偏差并自动调节，使扰动引起的误差得到抑制；但引入反馈后系统阶数增加，也可能产生不稳定，且结构未必更简单。2.单位负反馈系统开环传递函数为G(A.0.5B.0.5C.0.5D.0.5答案：A解析：闭环特征方程为1+G(s)3.典型欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应曲线为（）。A.单调指数上升B.等幅正弦振荡C.衰减振荡D.发散振荡答案：C解析：阻尼比0<4.一阶惯性环节G(A.TB.2C.3D.4答案：C解析：由e−t/5.开环传递函数G(A.0型B.1型C.2型D.3型答案：C解析：系统型别由开环传递函数中积分环节个数决定，此处s26.在PID控制器中，积分环节的主要作用是（）。A.提高响应快速性B.消除系统的稳态误差C.增大系统阻尼D.抑制高频噪声答案：B7.已知闭环系统开环频率特性在剪切频率处的相角为φ(A.−B.−C.10D.170答案：C解析：相位裕度γ=8.在根轨迹法中，闭环系统稳定的充要条件是所有闭环极点位于（）。A.右半s平面B.左半s平面C.虚轴上D.原点处答案：B9.已知状态空间表达式x=Ax+BA.能控的B.能观的C.渐近稳定的D.最小相位的答案：C10.下列关于系统开环增益K增大后的说法，错误的是（）。A.对典型输入信号的有限稳态误差通常减小B.系统的相对稳定性可能变差C.剪切频率往往增大D.闭环系统一定更稳定答案：D解析：增大开环增益可提高稳态精度，但常使相位裕度减小，闭环系统可能由稳定变为不稳定，故D错误。二、填空题（每空2分，共20分）1.线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为____；令闭环传递函数分母多项式为零所得的方程称为____。答案：传递函数；闭环特征方程2.典型二阶系统G(s)=ωn2答案：无阻尼自然振荡频率；阻尼比3.PID控制器的传递函数可写为Gc(s)=答案：积分时间常数；微分时间常数4.开环对数频率特性20lg|G答案：分贝（dB）；度5.状态空间表达式x=Ax+Bu，答案：极点；渐近稳定三、判断题（每题2分，共10分）1.闭环系统特征方程的所有系数均为正数时，系统一定稳定。答案：错误解析：系数全正只是稳定性的必要条件，不是充分条件，需用Routh判据等进一步检验。2.单位负反馈系统对阶跃输入无差的条件是其前向通道中至少含有一个积分环节。答案：正确解析：系统型别大于等于1时，静态位置误差系数Kp3.PID控制器中的微分环节具有“预测”偏差变化趋势的作用，可增加系统阻尼。答案：正确4.开环不稳定的系统，闭环后一定不稳定。答案：错误解析：反馈可以改变系统的动态特性，开环不稳定时闭环仍可能稳定。5.线性系统在正弦输入下的稳态输出是与输入同频率的正弦信号，只是幅值和相位发生变化。答案：正确四、简答题（每题10分，共20分）1.简述用劳斯（Routh）判据判断线性系统稳定性的主要步骤，并说明首列元素符号变化的含义。答案：(1)写出闭环特征多项式D((2)按劳斯表规则排列系数，形成第一列直到s0(3)若第一列元素全部为正，则系统闭环极点均位于左半s平面，系统稳定；否则系统不稳定，首列符号改变的次数等于位于右半s平面的特征根个数。解析：劳斯判据无需解出闭环极点，是常用的代数稳定判据。应用时需注意特殊情形，如某一行首列为零或出现全零行时应作相应处理。2.简述闭环控制系统稳态误差的定义，并说明它与哪些因素有关。答案：稳态误差定义为系统进入稳态后（t→∞），期望输出与实际输出之间的偏差。对单位负反馈系统，可由误差信号的拉氏变换e稳态误差与系统型别、开环增益以及输入信号的形式有关。增大开环增益或提高系统型别，可减小甚至消除对某种典型输入的稳态误差。五、计算分析题（每题15分，共30分）1.设单位负反馈系统的开环传递函数为G求：(1)系统的型别及静态位置误差系数Kp、静态速度误差系数K(2)当输入为r(t)(3)用劳斯判据确定使闭环系统稳定的K的取值范围。答案：(1)1型系统，Kp=∞，Kv=解析：(1)开环传递函数含一个积分环节，系统为1型。K(2)输入r(t)e(3)闭环特征方程为1即s展开并乘以20得s劳斯表为s令首列元素均大于零：240故02.设单位负反馈系统的开环传递函数为G试：(1)写出根轨迹的实轴分布，并求渐近线与实轴的交点及夹角；(2)求实轴上的分离点；(3)求系统出现等幅振荡时的增益K与振荡频率ω；(4)求使闭环系统稳定的K取值范围。答案：(1)实轴上的根轨迹为(−2,0)与(−∞,−4)；渐近线交点σa=−2解析：开环极点为0、−2、−4，无开环零点，因此n=(1)实轴各区段右侧开环零、极点数目：区间(−2,0)右侧有1个极点，为奇数；区间(−4