自动控制理论 (2)

第一章自动控制系统概述

1、组成自动控制系统的基本元件或装置有哪些？各环节的作用？

控制系统是由控制对象和控制装置组成，控制装置包括：(1) 给定环节给出与期望的输出相对应的系统输入量。(2) 测量变送环节用来检测被控量的实际值，测量变送环节一般也称为反馈环节。(3) 比较环节其作用是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。(4) 放大变换环节将比较微弱的偏差信号加以放大，以足够的功率来推动执行机构或被控对象。(5) 执行环节直接推动被控对象，使其被控量发生变化。常见的执行元件有阀门，伺服电动机等。

2、什么是被控对象、被控量、控制量、给定量、干扰量？举例说明。

被控对象指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控量指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量，被控量又称输出量、输出信号。控制量也称操纵量，是一种由控制器改变的量值或状态，它将影响被控量的值。给定值是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰，干扰又称扰动。比如一个水箱液位控制系统，其控制对象为水箱，被控量为水箱的水位，给定量是水箱的期望水位。

3、自动控制系统的控制方式有哪些？

自动控制系统的控制方式有开环控制、闭环控制与复合控制。

4、什么是闭环控制、复合控制？与开环控制有什么不同？

若系统的输出量不返送到系统的输入端（只有输入到输出的前向通道），则称这类系统为开环控制系统。在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作用，若能取自被控量的反馈信息（有输出到输入的反馈通道），即根据实际输出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，这种控制原理被称为反馈控制原理。复合控制是闭环控制和开环控制相结合的一种方式，既有前馈通道，又有反馈通道。

5、自动控制系统的分类（按元件特性分、按输入信号的变化规律、按系统传输信号的性质）？

按系统输入信号的时间特性进行分类，可分为恒值控制系统和随动系统。控制系统按其结构可分为开环控制、闭环控制与复合控制等。按元件特性分为线性系统和非线性系统。按系统传输信号的性质来分连续系统离散系统。

6、什么是恒值控制系统？什么是随动控制系统（伺服控制系统）？

恒值控制系统的输入信号是一个恒定的数值。随动控制系统参考输入量是预先未知的随时间任意变化的函数。

7、什么是连续系统？什么是线性系统？

系统各部分的信号都是模拟信号的系统叫连续函数。组成系统的元件的特性均为线性的系统叫线性系统。

8、对控制系统的要求可以概括为哪几个字？如何理解？

对控制系统的要求可以概括为稳、快、准。稳是指稳定性，稳定是自动控制系统最基本的要求，不稳定的控制系统是不能工作的。快是指快速性，在系统稳定的前提下，希望控制过程（过渡过程）进行得越快越好。准是指准确性，即要求动态误差（偏差）和稳态误差（偏差）都越小越好。

第二章控制系统的数学模型

1、什么是数学模型？什么是动态数学模型？什么是静态数学模型？你熟悉的动态数学模型有哪些？建立数学模型的方法有哪些？

描述系统各变量之间关系的数学表达式，叫做系统的数学模型。数学模型分为动态模型和静态模型。描述系统动态过程的方程式，如微分方程、差分方程等，称为动态模型；在静态条件下（即变量的各阶导数为零），描述系统各变量之间关系的方程式，称为静态模型。动态数学模型有多种形式，时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程；复域中有传递函数、结构图；频域中有频率特性等。建立控制系统的数学模型，有两种基本方法：分析法和实验法

2、传递函数与微分方程的关系？传递函数是否适用于非线性系统？与初始条件、输入信号是否有关？

微分方程是连续系统的时域数学模型，是描述系统变量之间关系的动态方程。传递函数是在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。传递函数与微分方程有直接联系，可经过简单变换互相转化；传递函数只适应于描述线性定常系统。传递函数只取决于系统的结构参数，与外作用及初始条件无关。

3、什么是系统的相似性？不同的物理系统是否可能具有相同的物理模型？

实际中存在的许多工程控制系统，不管它们是机械的、电动的、气动的、液动的、生物学的、经济学的等等，它们的数学模型可能是相同的，这就是系统的相似性。也就是说，不同的物理系统可能具有相同的物理模型。

4、什么是系统的结构图？简述结构图的组成。同一系统的结构图是否唯一？什么是信号流图？与结构图是否可以相互转化？

系统的结构图是描述系统各组成元部件之间信号传递关系的数学图形，由信号线、方框、相加点、引出点组成。同一系统的结构图不唯一。信号流图也是一种用图形表示的数学模型，与结构图可以互相转化。

5、什么是零极点分布图？如何绘制？

系统所有的零、极点在s 平面的分布图，即为零极点分布图。零、极点可以是实数、复数（为复数则共扼成对出现），在复平面上画出系统所有零点和极点，即得到零极点分布图。

6、已知物理系统的原理图如图2-3，以输入为ur(t)输出为uc(t)写出系统的微分方程和传递函数。

7、利用结构图等效变换或梅逊公式简化图2-4 所示系统的结构图，求系统的闭环传递函数。

第三章时域分析法

1、在经典控制理论中，分析系统性能的方法有哪些？

在经典控制理论中，分析系统性能主要有三种方法：时域分析法、根轨迹法和频域分析法。

2、什么是时域分析法？时域分析法的特点是什么？

时域分析法是一种直接在时间域中对系统进行分析的方法，具有直观、准确的优点，可以提供系统时间响应的全部信息。

3、在选取试验信号时应遵循哪些原则？控制系统的典型输入信号有哪些？分别可以描述什么情况？

在选取试验信号时应遵循以下原则：选取的输入信号应能反映实际系统工作的实际情况；形式简单，易于获得，便于实验研究、数学处理与理论计算；选取能对系统进行严格检验的信号，即，使系统工作在最不利的条件下。控制系统中采用的典型信号有脉冲信号、阶跃信号、斜坡信号、加速度信号、正弦信号。脉冲信号是工程上的脉动信号(窄脉冲)在理论上抽象的结果。阶跃函数是在实际控制系统中经常遇到的一种典型输入信号形式。斜坡信号表征匀速信号，以恒定速率变化的输入可视为斜坡信号。加速度信号表征匀加速信号。正弦信号是控制系统常用的一种典型输入信号，如海浪的影响可用正弦信号来表征。更重要的是，控制系统在不同频率正弦信号作用下的响应特性，是工程上常用的频率响应法的重要依据。

4、什么是阶跃响应、斜坡响应、加速度响应？

阶跃信号作用下系统的响应叫阶跃响应。斜坡信号作用下系统的响应叫斜坡响应。加速度信号作用下系统的响应叫加速度响应。

5、通常，控制系统的性能指标是通过什么函数的响应特性的特征量来定义？为什么？

通常，控制系统的性能指标，是通过系统对单位阶跃函数响应特性的特征量来定义的。因为一般认为，阶跃输入对系统来说是最严峻的工作状态。如果系统在阶跃信号作用下动态性能满足要求，那么系统在其它形式的输入信号作用下，动态性能也令人满意。

6、系统的时间响应过程，由哪两部分组成？系统性能指标分为哪两种？

系统的时间响应过程，由动态过程和稳态过程两部分组成。相应地，系统性能分为动态性能和稳态性能，分别由动态性能指标和稳态性能指标来描述。

7、什么是动态过程？什么是稳态过程？

动态过程，也称过渡过程或瞬态过程，指系统在输入信号作用下，其输出量从初始状态到最终状态的过程。稳态过程，指系统在输入信号作用下，其输出量在时间t 趋于无穷大时的表现形式。稳态过程提供系统的稳态误差信息，反映系统的稳态性能。

8、动态过程随系统结构或参数的变化而呈现哪几种不同的形式？

动态过程随系统结构或参数的变化而呈现衰减、发散和等幅振荡等几种形态。

9、什么是衰减振荡、等幅振荡、发散振荡？

动态过程是一个振荡过程，但是振荡的过程不断地衰减，到过渡过程结束时，被控量会达到新的稳态值，这种过程叫衰减振荡过程。动态过程是一个持续等幅振荡过程，始终不能达到新的稳态值，这种过程叫等幅振荡过程。动态过程不但是一个振荡过程，而且振荡的幅值越来越大，以致会大大超过被控量允许的误差范围，这种过程叫发散振荡过程。10、阶跃响应性能指标有哪些？分别如何定义？稳态性能指标由什么指标来描述？通常在什么函数作用下测定？

11、系统极点和零点对系统的响应形式有什么影响？

12、典型一阶系统阶跃响应与参数的关系，初始斜率？

13、典型一阶系统的跟踪性能如何？

典型一阶系统可无误差地跟踪阶跃信号和脉冲信号，但跟踪斜坡信号时存在常值误差T。不能跟踪加速度函数。

14、典型二阶系统阶跃响应形式与阻尼比的关系？如何判断二阶系统的阻尼状态？典型二阶系统阶跃响应的初始斜率是多少？

15、表征响应平稳性的性能指标是哪个？典型二阶系统响应的平稳性取决于哪个参数？

16、什么是最佳阻尼比？

17、典型二阶系统的PD 控制与速度反馈控制的作用？

18、什么是高阶系统？高阶系统的响应组成？主导极点的定义？偶极子的定义？

若描述系统的动态方程为三阶或三阶以上微分方程，系统称为高阶系统。高阶系统的时域响应由简单函数项组成。如果在系统所有的闭环极点中，距离虚轴最近的极点附近没有闭环零点，而其它闭环极点又远离虚轴。那么，距虚轴最近的闭环极点对应的响应分量，随时间推移衰减缓慢，它们在系统的时间响应过程中起主导作用，这样的闭环极点称为闭环主导极点。偶极子是指一对靠得很近的零点、极点。它们对系统性能的影响相互抵消，在近似分析中通常可忽略它们的影响。

19、系统稳定的充分必要条件是什么？判别系统稳定性的基本方法有哪些？

系统所有特征根（极点）位于左半平面（具有负实部）。判别系统稳定性的基本方法有劳斯—赫尔维茨判据、根轨迹法、奈奎斯特判据、李雅普诺夫第二方法。

20、系统型别与系统的跟踪性能之间有什么关系？什么是无差系统？什么是有差系统？

系统型别越高，跟踪性能越好。有积分环节时，静态误差为0，称为无差系统，没有积分环节的系统称为有差系统。

21、影响稳态误差的因素有哪些？如何减小稳态误差？

影响稳态误差的因素有系统型别、系统的开环增益、输入信号的形式。增加系统型别，可以提高系统无差跟踪输入信号的阶次；增大系统的开环增益，可以减小系统跟踪一定形式输入信号的误差。

22、已知系统结构图如图3-1 所示，分别求b=0 和b=0.05 时系统单位阶跃响应性能指标：

22、解b=0 时，闭环传递函数为

自动控制理论第四版课后习题详细解答答案 夏德钤翁贻方版

《自动控制理论 （夏德钤）》习题答案详解 第二章 2-1 试求图2-T-1所示RC 网络的传递函数。 (a)111 11111+=+? =Cs R R Cs R Cs R z ，22R z =，则传递函数为： (b) 设流过1C 、2C 的电流分别为1I 、2I ，根据电路图列出电压方程： 并且有 联立三式可消去)(1s I 与)(2s I ，则传递函数为： 2-2 假设图2-T-2的运算放大器均为理想放大器，试写出以i u 为输入，o u 为输出的传递函数。 (a)由运算放大器虚短、虚断特性可知：dt du C dt du C R u i i 0+-=，0u u u i c -=， 对上式进行拉氏变换得到 故传递函数为 (b)由运放虚短、虚断特性有：02 2=-+--R u R u u dt du C c c i c ，0210=+R u R u c ， 联立两式消去c u 得到 对该式进行拉氏变换得 故此传递函数为 (c)02/2/110=+-+R u R u u dt du C c c c ，且2 1R u R u c i -=，联立两式可消去c u 得到 对该式进行拉氏变换得到 故此传递函数为 2-3 试求图2-T-3中以电枢电压a u 为输入量，以电动机的转角θ为输出量的微分

方程式和传递函数。 解：设激磁磁通f f i K =φ恒定 2-4 一位置随动系统的原理图如图2-T-4所示。电动机通过传动链带动负载及电位器的滑动触点一起移动，用电位器检测负载运动的位移，图中以c 表示电位器滑动触点的位置。另一电位器用来给定负载运动的位移，此电位器的滑动触点的位置（图中以r 表示）即为该随动系统的参考输入。两电位器滑动触点间的电压差e u 即是无惯性放大器（放大系数为a K ）的输入，放大器向直流电动机M 供电，电枢电压为u ，电流为I 。电动机的角位移为θ。 解： ()() ()φ φφπφ m A m e a a a a m A C K s C C f R i s J R f L i Js iL C K s R s C +?? ? ??++++=26023 2-5 图2-T-5所示电路中，二极管是一个非线性元件，其电流d i 与d u 间的关系为 ? ?? ? ??-?=-110026.06 d u d e i 。假设电路中的Ω=310R ，静态工作点V u 39.20=，A i 301019.2-?=。试求在工作点),(00i u 附近)(d d u f i =的线性化方程。 解：()2.0084.01019.23-=?--d d u i 2-6 试写出图2-T-6所示系统的微分方程，并根据力—电压的相似量画出相似电路。 解：分别对物块1m 、2m 受力分析可列出如下方程： 代入dt dy v 11= 、dt dy v 22=得 2-7 图2-T-7为插了一个温度计的槽。槽内温度为i θ，温度计显示温度为θ。试求传递函数 ) () (s s i ΘΘ（考虑温度计有贮存热的热容C 和限制热流的热阻R ）。 解：根据能量守恒定律可列出如下方程：

自动控制理论(二)自考试题 (12)

. 全国2006年10月高等教育自学考试 自动控制理论(二)试题 课程代码：02306 一、单项选择题（本大题共15小题，每小题2分，共30分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．控制系统中,基本环节的划分，是根据（ ） A ．元件或设备的形式 B ．系统的物理结构 C ．环节的连接方式 D ．环节的数学模型 2．单位斜坡函数r(t)的数学表达式是r(t)=（ ） A ．a 2t B ．t 2 C ．t D ．vt 3．在实际中很少单独使用的校正方式是（ ） A ．串联校正 B ．并联校正 C ．局部反馈校正 D ．前馈校正 4．滞后校正装置的最大滞后相角可趋近（ ） A ．-90° B ．-45° C ．45° D ．90° 5．若受控对象存在较大的延迟和惯性，效果较好的控制方式是（ ） A ．比例控制 B ．积分控制 C ．比例微分控制 D ．比例积分控制 6．当二阶系统的根分布在根平面的虚轴上时，系统的阻尼比ζ为（ ） A ．ζ<0 B ．ζ=0 C ．0<ζ<1 D ．ζ≥1 7．设二阶振荡环节的传递函数G （s ）= 16s 4s 162++，则其对数幅频特性渐近线的转角频率为（ ） A ．2rad/s B ．4rad/s C ．8rad/s D ．16rad/s 8．设某环节频率特性为G(j ω)14j 2+ω= ，当ω∞→，其频率特性相位移)(ωθ为（ ） A ．-180° B ．-90°

C ．0° D ．45° 9．控制系统的稳态误差e ss 反映了系统的（ ） A ．稳态控制精度 B ．相对稳定性 C ．快速性 D ．平稳性 10．已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为) 5s )(1s (s )1s (10)s (G +-+=，该系统闭环系统是 （ ） A ．稳定的 B ．条件稳定的 C ．临界稳定的 D ．不稳定的 11．系统的开环传递函数为)1TS (s 2 )s (G k +=，当T=1s 时，系统的相位裕量为（ ） A ．30° B ．45° C ．60° D ．90° 12．开环传递函数为)35.0(s ) 2s 5.0)(1s 5.0(k )s (G +++=,其根轨迹的起点为( ) A ．0，-3 B ．-1，-2 C ．0，-6 D ．-2，-4 13．设系统?x =[]x 01y ,u 10x 1010=??? ? ????+????????-,则该系统（ ） A ．状态可控且可观测 B ．状态可控但不可观测 C ．状态不可控且不可观测 D ．状态不可控且可观测 14．函数t cos e at ω-的拉氏变换是（ ） A ．22)a s (ω++ω B ．22)a s (a ω++ C ．22)a s (1ω++ D ．22)a s (a s ω+++ 15．设某闭环传递函数为1s 101 )s (R )s (Y +=，则其频带宽度为（ ） A ．0～10 rad/s B ．0～1 rad/s C ．0～0.1 rad/s D ．0～0.01 rad/s 二、填空题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 16．常规控制器中放大元件的作用是把_________放大，并为反馈信号提供信号源。 17．响应曲线达到过调量的________所需的时间，称为峰值时间t p 。

自控原理练习题讲解

2.1系统结构图如图 1所示，试确定传递函数C(s)/R(s)。 G1(s)G2(s) H2(s) H1(s) R(s) C(s) _ _ G3(s) 图1 2132112()()()1() G G G C s R s G H G H +=++ 2.2系统结构图如图1所示，试确定传递函数C(s)/R(s)和C(s)/N(s)。 1212121 () ()1G G C s R s G G G G H =++ 23112 ()()1(1)G G C s N s G H G =++

例3-10 某系统在输入信号r (t )=(1+t )1(t )作用下，测得输出响应为： t e t t c 109.0)9.0()(--+= （t ≥0） 已知初始条件为零，试求系统的传递函数)(s φ。 解 因为22111)(s s s s s R +=+= )10() 1(10109.09.01)]([)(22 ++=+-+= =s s s s s s t c L s C 故系统传递函数为 1 1.01)()()(+== s s R s C s φ 例 3-12 设二阶控制系统的单位阶跃响应曲线如图3-34所示。试确定系统的传递函数。 解 首先明显看出，在单位阶跃作用下响应的稳态值为3，故此系统的增益不是1，而是3。系统模型为2 22 3()2n n n s s s ω?ζωω=++ 然后由响应的%p M 、p t 及相应公式，即可换算出ζ、n ω。 %333 3 4) ()()(%=-= ∞∞-= c c t c M p p 1.0=p t （s ） 由公式得 2 /1%33% p M e πζζ--== 2 0.1 1p n t ωζ = =- 4 3 0 0.1 t 图3-34 二阶控制系统的单位阶跃响应 h (t )

18春北理工《自动控制理论(2)》在线作业

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 北理工《自动控制理论2》在线作业 一、单选题： 1.（单选题）描述系统输出与状态之间的函数关系的代数方程称为系统的（）。 (满分 A状态变量 B状态空间 C状态方程 D输出方程 正确:D 2.（单选题）线性定常系统可通过状态反馈实现闭环极点任意配置的充要条件是（）。(满分 A系统的状态完全能控 B系统的状态完全能观 C系统是稳定的 D系统能镇定 正确:A 3.（单选题）齐次状态方程的解就是系统在无外力作用下由初始条件引起的（）。 (满分 A自由运动 B强迫运动 C离心运动 D旋转运动 正确:A 4.（单选题）齐次状态方程就是指状态方程中不考虑（）的作用。 (满分 A输入 B输出 C状态 D系统 正确: 5.（单选题）非齐次状态方程的解就是系统在外力作用下的（）。 (满分 A自由运动 B强迫运动 C离心运动 D旋转运动 正确: 6.（单选题）在所有可能的实现中，维数最小的实现称为（）。 (满分:) A能控标准形实现 B并联形实现 C串联形实现 D最小实现 正确: 7.（单选题）能够完整的描述系统运动状态的最小个数的一组变量称为（）。 (满分:)

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ A状态变量 B状态空间 C状态方程 D输出方程 正确: 8.（单选题）系统的输出是y,状态为x,输入为u,状态反馈控制律的形式是（）。 (满分:) Au=Ky Bu=Kx Cu=Ku Du=K/y 正确: 9.（单选题）引入状态反馈的目的是（）。 (满分:) A配置系统的极点 B改变系统的能控性 C改变系统的能观性 D使得系统能观 正确: 10.（单选题）线性系统的系数矩阵A如果是非奇异的，则系统存在（）平衡点。 (满分:) A一个 B两个 C三个 D无穷多个 正确: 二、多选题： 11.（多选题）李氏函数具有哪些性质（）。 (满分:) A正定性 B负定性 C正半定性 D负半定性和不定性 正确: 12.（多选题）经典控制理论线性系统稳定性判别方法有（）。 (满分:) A代数判据 BNquist稳定判据 C根轨迹判据 DLyapunov稳定性理论 正确: 13.（多选题）建模是通过数据、表达式、逻辑或各方式的组合表示状态和（）间的关系。(满分:) A输入变量 B输出变量 C参数

中科大考研自动控制理论内部讲义四(19-24)

第六讲 控制系统的状态空间分析与综合 经典控制理论主要以传递函数为基础，采用复域分析方法，由此 建立起来的频率特性和根轨迹等图解解析设计法，对于单输入—单输 出系统极为有效，至今仍在广泛成功地使用。但传递函数只能描述线 性定常系统的外部特征，并不能反映其全部内部变量变化情况，且忽 略了初始条件的影响，其控制系统的设计建立在试探的基础之上，通常得不到最优控制。复域分析法对于控制过程来说是间接的。 现代控制理论由于可利用数字计算机进行分析设计和实时控制，因此可处理时变﹑非线性﹑多输入-多输出系统的问题。现代控制理论主要以状态空间法为基础，采用时域分析方法，对于控制过程来说是直接的。它一方面能使设计者针对给定的性能指标设计出最优控制系统，另一方面还可以用更一般的输入函数代替特殊的所谓“典型输入函数”来实现最优控制系统设计。随着控制系统的高性能发展，最优控制﹑最佳滤波﹑系统辨识﹑自适应控制等理论都是这一领域研究的主要课题。 在用状态空间法分析系统时，系统的动态特性是由状态变量构成的一阶微分方程组来描述的。它能反映系统的全部独立变量的变化，从而能同时确定系统的全部运动状态，而且可以方便地处理初始条件。 第0节 必要的数学基础 集和线性空间 基和基底变换 向量范数、内积和格兰姆矩阵 线性变换及其矩阵表达式和范数 线性变换结构和线性代数方程组 特征值、特征向量和约当标准型 矩阵多项式和矩阵函数 第一节 控制系统的状态空间描述 一、状态空间的基本概念 1． 状态和状态变量 表征系统运动的信息称为状态，足以完全表征系统运动状态的最小个数的一组变量称为状态变量。一个用n 阶微分方程式描述的系统，就有n 个独立变量，当这n 个独立变量的时间响应都求得时，系统的运动状态也就被揭示无遗了。因此，可以说该系统的状态变量就是n 阶系统的n 个独立变量。 状态变量的选取具有非唯一性，既可用某一组又可用另一组数目最少的变量作为状态变量。状态变量不一定在物理上可量测，有时只具有数学意义，但实用时毕竟还是选择容易量测的量作为状态变量，以便满足实现状态反馈﹑改善性能的要求。 状态变量的一般记号为)(,)(),(21t x t x t x n 。 2． 状态向量 把描述系统状态的n 个状态变量)(,)(),(21t x t x t x n 看作向量)(t x 的分量，则向量)(t x 称为n 维状态向量，记作﹕ ???? ????????=)()()()(21t x t x t x t n x 或[]T n t x t x t x t )(,),(),()(21 =x

自动控制理论(二)自考试题 (11)

. 全国2005年1月高等教育自学考试 自动控制理论(二)试题 课程代码：02306 一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题后的括号内。1—5小题每小题2 分，6—15小题每小题1分，共20分) 1. 如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量P σ( )。 A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不定 2. 在伯德图中反映系统动态特性的是( )。 A. 低频段 B. 中频段 C. 高频段 D. 无法反映 3. 设开环系统的频率特性G(j ω)=2)j 1(1 ω+，当ω=1rad/s 时，其频率特性幅值M(1)=( )。 A. 1 B. 2 C. 21 D. 41 4. 若系统的状态方程为u 10X 1103X ??? ???+?? ????-=?，则该系统的特征根为( )。 A. s 1=3, s 2=-1 B. s 1=-3, s 2=1 C. s 1=3, s 2=1 D. s 1=-3, s 2=-1 5. 开环传递函数为G(s)H(s)=)3s (s K 3+,则实轴上的根轨迹为( )。 A.［-3,∞］ B. ［0,∞］ C. (-∞,-3］ D. ［-3,0］ 6. 由电子线路构成的控制器如图，它是( )。 A. 超前校正装置 B. 滞后校正装置 C. 滞后—超前校正装置 D. 以上都不是 7. 进行串联滞后校正后，校正前的穿越频率ωC 与校正后的穿越频率C ω'的关系，通常是( )。 A. ωC =C ω' B. ωC >C ω'

C. ωC

北理工《自动控制理论2》在线作业1答案

北理工《自动控制理论2》在线作业 -0001 试卷总分:100 得分:0 一、单选题(共10 道试题,共30 分) 1.基于能量的稳定性理论是由（）构建的。 A.Lyapunov B.Kalman C.Routh D.Nyquist 正确答案:A 2.引入状态反馈的目的是（）。 A.配置系统的极点 B.改变系统的能控性 C.改变系统的能观性 D.使得系统能观 正确答案:A 3.齐次状态方程就是指状态方程中不考虑（）的作用。 A.输入 B.输出 C.状态 D.系统 正确答案:A 4.对于单变量系统，特征方程的根就是传递函数的（）。 A.零点 B.极点 C.拐点 D.死点 正确答案:B 5.齐次状态方程的解就是系统在无外力作用下由初始条件引起的（）。 A.自由运动 B.强迫运动 C.离心运动 D.旋转运动 正确答案:A 6.线性系统的系数矩阵A如果是非奇异的，则系统存在（）平衡点。

A.一个 B.两个 C.三个 D.无穷多个 正确答案:A 7.原系统的维数是n，则全维状态观测器的维数是（）。 A.2n B.n C.3n D.n-1 正确答案:A 8.能够完整的描述系统运动状态的最小个数的一组变量称为（）。 A.状态变量 B.状态空间 C.状态方程 D.输出方程 正确答案:A 9.由初始状态所引起的自由运动称为状态的（）。 A.零输入响应 B.零状态响应 C.输入响应 D.输出响应 正确答案:A 10.以状态变量为坐标轴所构成的空间，称为（）。 A.状态变量 B.状态空间 C.状态方程 D.输出方程 正确答案:B 二、多选题(共10 道试题,共30 分) 1.由动态方程导出可约传递函数时，表明系统是（）。 A.可控不可观测 B.可观测不可控 C.不可控不可观测

2020年10月全国自考自动控制理论(二)试题及答案解析

1 全国2018年10月高等教育自学考试 自动控制理论(二)试题 课程代码：02306 一、单项选择题（本大题共15小题，每小题2分，共30分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．控制系统中,基本环节的划分，是根据（ ） A ．元件或设备的形式 B ．系统的物理结构 C ．环节的连接方式 D ．环节的数学模型 2．单位斜坡函数r(t)的数学表达式是r(t)=（ ） A ．a 2t B ．t 2 C ．t D ．vt 3．在实际中很少单独使用的校正方式是（ ） A ．串联校正 B ．并联校正 C ．局部反馈校正 D ．前馈校正 4．滞后校正装置的最大滞后相角可趋近（ ） A ．-90° B ．-45° C ．45° D ．90° 5．若受控对象存在较大的延迟和惯性，效果较好的控制方式是（ ） A ．比例控制 B ．积分控制 C ．比例微分控制 D ．比例积分控制 6．当二阶系统的根分布在根平面的虚轴上时，系统的阻尼比ζ为（ ） A ．ζ<0 B ．ζ=0 C ．0<ζ<1 D ．ζ≥1 7．设二阶振荡环节的传递函数G （s ）= 16s 4s 162++，则其对数幅频特性渐近线的转角频率为（ ） A ．2rad/s B ．4rad/s C ．8rad/s D ．16rad/s 8．设某环节频率特性为G(j ω)14j 2+ω= ，当ω∞→，其频率特性相位移)(ωθ为（ ） A ．-180° B ．-90°

2 C ．0° D ．45° 9．控制系统的稳态误差e ss 反映了系统的（ ） A ．稳态控制精度 B ．相对稳定性 C ．快速性 D ．平稳性 10．已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为) 5s )(1s (s )1s (10)s (G +-+=，该系统闭环系统是 （ ） A ．稳定的 B ．条件稳定的 C ．临界稳定的 D ．不稳定的 11．系统的开环传递函数为)1TS (s 2 )s (G k +=，当T=1s 时，系统的相位裕量为（ ） A ．30° B ．45° C ．60° D ．90° 12．开环传递函数为)35.0(s ) 2s 5.0)(1s 5.0(k )s (G +++=,其根轨迹的起点为( ) A ．0，-3 B ．-1，-2 C ．0，-6 D ．-2，-4 13．设系统?x =[]x 01y ,u 10x 1010=??? ?????+???? ????-,则该系统（ ） A ．状态可控且可观测 B ．状态可控但不可观测 C ．状态不可控且不可观测 D ．状态不可控且可观测 14．函数t cos e at ω-的拉氏变换是（ ） A ．22)a s (ω++ω B ．22)a s (a ω++ C ．22)a s (1ω++ D ．22)a s (a s ω+++ 15．设某闭环传递函数为1s 101 )s (R )s (Y +=，则其频带宽度为（ ） A ．0～10 rad/s B ．0～1 rad/s C ．0～0.1 rad/s D ．0～0.01 rad/s 二、填空题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 16．常规控制器中放大元件的作用是把_________放大，并为反馈信号提供信号源。

自动控制理论(二)自考试题 (6)

. 全国2007年10月高等教育自学考试 自动控制理论（二）试题 课程代码：02306 一、单项选择题（本大题共15小题，每小题2分，共30分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．对超前校正装置Ts Ts s G c ++=11)(β，当φm =38°时，β值为（ ） A ．2.5 B ．3 C ．4.17 D ．5 2．若系统的状态方程为u x x ?? ???? +??? ???---=011124，则系统的特征根为（ ） A ．s 1=-2,s 2=-3 B ．s 1=-2,s 2=1 C ．s 1=-4,s 2=-1 D ．s 1=-2,s 2=-1 3．决定系统传递函数的是系统的（ ） A ．结构 B ．参数 C ．输入信号 D ．结构和参数 4．终值定理的数学表达式为（ ） A ．)(lim )(lim )(0s X t x x s t →∞→==∞ B ．)(lim )(lim )(s X t x x s t ∞→∞→==∞ C ．)(lim )(lim )(0s sX t x x x t ∞→→==∞ D ．)(lim )(lim )(0s sX t x x s t →∞→==∞ 5．梅森公式为（ ） A ．∑=?n k k k p 1 B ．∑=??n k k k p 1 1 C ．∑=??n k k 11 D ．∑??k k p 1 6．斜坡输入函数r(t)的定义是（ ） A ．t t r =)( B ．)(1·)(0t x t r = C ．2)(at t r = D ．vt t r =)( 7．一阶系统1)(+=Ts K s G 的时间常数T 越小，则系统的响应曲线达到稳态值的时间（ ）

02306 自动控制理论(二)

湖北省高等教育自学考试课程考试大纲 课程名称：自动控制理论（二）课程代码：02306 第一部分课程性质与目标 一、课程性质与特点 自动控制理论（二）是高等教育自学考试“电气工程及其自动化”专业（专升本）的一门专业课程。该课程侧重于从理论的角度，系统地阐述自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍对自动控制系统建模、分析、设计过程中应用的各种原理、思想和方法。 二、课程目标与基本要求 通过本课程的学习，应理解和掌握自动控制系统分析的基本方法、理论及应用。课程内容主要包括以下几个方面：控制系统导论、控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法、线性系统的根轨迹法、线性系统的频域分析法、线性系统的校正方法、线性离散系统的分析。 三、与本专业其他课程的关系 在学习本课程之前，考生应具有高等数学、电路、信号与线性系统、电子技术等课程的相关知识和理论基础，本课程与后续课程有一定关联。 第二部分考核内容与考核目标 第一章控制系统导论 一、学习目的与要求 通过学习，掌握自动控制系统的基本概念和分类，理解自动控制系统的基本要求。 二、考核知识点与考核目标 （一）自动控制的基本原理（重点） 1、自动控制技术及其应用（理解）， 2、自动控制理论（理解）， 3、反馈控制原理（理解）， 4、反馈控制系统的基本组成（理解）， 5、自动控制的基本控制方式（理解）。 （二）自动控制系统示例（一般） 1、函数记录仪（识记）， 2、电阻炉微型计算机温度控制系统（识记）， 3、锅炉液位控制系统（识记）。 （三）自动控制系统的分类（次重点） 1、线性连续控制系统（理解）， 2、线性定常离散控制系统（理解）， 3、非线性控制系统（理解）。 （四）自动控制系统的基本要求（重点） 1、基本要求的提法（理解）， 2、典型外作用（理解）。 第2章控制系统的数学模型 一、学习目的与要求 通过学习，熟悉傅里叶变换与拉普拉斯变换以及控制系统的时域、复数域数学模型，掌握控制系统的结构图与信号流图。 二、考核知识点与考核目标 （一）傅里叶变换与拉普拉斯变换（重点） 1、傅里叶级数（识记）， 2、傅里叶积分与傅里叶变换（理解）， 3、拉普拉斯变换（理解）， 4、拉普拉斯变换的积分下限（理解）， 5、拉普拉斯变换定理（理解）， 6、拉普拉斯变换反变换（理解）。 （二）控制系统的时域数学模型（重点） 1、线性元件的微分方程（理解）， 2、控制系统的建立（理解）， 3、线性系统的基本特性（理解）， 4、线性定常微分方程的求解（理解）， 5、非线性微分方程的线性化（识记） （三）控制系统的复数域数学模型（重点） 1、传递函数的定义和性质（理解）， 2、传递函数的零点和极点（理解）， 3、传递函数的零点和极点对

自动控制理论二第4章习题

自动控制理论(二) 第四章测试题 一、单项选择题(每小题2分) 1、在伯德图中反映系统抗高频干扰能力的是( ) A.低频段 B.中频段 C.高频段 D.无法反映 2、设开环系统的频率特性G(j ω)=413() +j ω,当ω=1rad/s 时，其频率特性幅值M(1)=( ) A.22 B. 2 C.42 D.24 3、比例环节的频率特性相位移θ(ω)=( ) A.90° B.-90° C.0° D.-180° 4、如果二阶振荡环节的对数幅频特性曲线存在峰值，则阻尼比ξ的值为( ) A.0≤ξ≤0.707 B.0<ξ<1 C.ξ>0.707 D.ξ>1 5、设积分环节的传递函数为G(s)= s K ，则其频率特性幅值M(ω)=（ ） A.ωK B.2K ω C.ω1 D.21ω 6、设开环系统的频率特性G(j ω) 3)j 1(11 ω+=，当ω=1rad/s 时，其频率特性幅值M(1)=( ) A. 22 B. 2 C. 42 D. 2 / 4 7、如果二阶振荡环节的对数幅频特性曲线存在峰值，则阻尼比ξ的值为( ) A. 0≤ξ≤0.707 B. 0<ξ<1 C. ξ>0.707 D. ξ>1 8、积分环节的频率特性相位移θ(ω)为( ) A. 90° B. -90° C. 0° D. -180° 9、伯德图中的高频段反映了系统的( ) A. 稳态性能 B. 动态性能 C. 抗高频干扰能力 D. 以上都不是 10、2型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为( ) A.-60(dB/dec) B.-40(dB/dec) C.-20(dB/dec) D.0(dB/dec) 11、下列频域性能指标中，反映闭环频域性能指标的是( ) A.谐振峰值M r B.相位裕量γ C.增益裕量K g D.剪切频率ωc 12、设开环系统频率特性G(j ω)= 3) j (110ω+,则其频率特性相位移θ(ω)=-180°时对应频率ω为( ) A.1(rad/s) B.3(rad/s) C .√3(rad/s) D.10(rad/s) 13、开环系统频率特性G(j ω)=3) j 1(3ω+，当ω=1rad/s 时，其频率特性相角θ(1)=( )。 A.－45° B.－90° C.－135° D.－270° 14、.二阶振荡环节的对数频率特性相位移θ(ω)在( )之间。 A.0°和90° B.0°和－90° C.0°和180° D.0°和－180°

自动控制理论二第1--2章习题

自动控制理论(二) 第一、二章测试题 一、填空题（每小题1分） 1、根据控制系统信号的形式，控制系统可分为________控制系统、________控制系统。 2、对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：________、________和准确性。 3、信号流图中，节点可以把所有________的信号叠加，并把叠加后的信号传送到所有的________。 4、在发电机开环励磁控制系统的基础上，增加______和反馈元件就构成了闭环励磁控制系统。 5、单位斜坡函数t 的拉氏变换为______。 6、采用比例-积分-微分（PID ）串联校正，可以兼顾系统的________与___________的改善。 7、常规控制器中定值元件的作用是产生 信号，其类型应与 来的信号一致。 8、根据控制系统元件的特性，控制系统可分为____ __ 控制系统、___ ___控制系统。 9、传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定 于 ，并且只适于零初始条件下的 系统。 10、框图等效变换的原则是，保持变换后与变换前的___________量不变。 11、积分环节的输出信号与输入信号的 成正比。 二、选择题（在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正 确答案的字母填写在括号内。每题2分） 1、研究自动控制系统时常用的典型输入信号是（ ） A ．脉冲函数 B ．斜坡函数 C ．抛物线函数 D ．阶跃函数 2、PID 控制器的传递函数形式是（ ） A ．5+3s B ．5+3s 1 C ．5+3s+3s 1 D ．5+ 1 s 1+ 3、正弦函数sin ωt 的拉氏变换是（ ） A ． ω +s 1 B ．2 2s ωω + C ． 2 2s s ω+ D ．2 2s 1ω+ 4、随动系统中常用的输入信号是抛物线函数和( ) A. 阶跃函数 B. 脉冲函数 C. 正弦函数 D. 斜坡函数 5、由电子线路构成的控制器如图，它是 ( ) A ．PI 控制器 B ．PD 控制器 C ．PI D 控制器 D ．P 控制器

西南科技大学自动化课程规划

?第一学期计划课程 类别课程性 质 课程号课程学位课 理 论 实 践 上 机 学 分 开课学 院 P.1公共课必修161990021高等数学B1 96 6.0理学P.2公共课必修555900010军事课36 1.0保卫P.3公共课必修565900010入学教育16 1.0学工P.4公共课必修185990011体育1 28 1.0体育P.5公共课必修255900051形势与政策1 80.5政治P.6公共课必修251900020中国近现代史纲要32 2.0政治P.7公共课必修201990011综合外语A1 64 4.0外语P.8公共课限选528900010大学计算机基础2210 2.0计科P.9公共课限选528900020计算机文化基础1616 2.0计科P.10专业课必修223990151自动化专业导论1 80.5信息 ?第二学期计划课程 类别课程性 质 课程号课程学位课 理 论 实 践 上 机 学 分 开课学 院 P.1公共课必修161990111大学物理B1 48 3.0理学P.2公共课必修161990022高等数学B2 64 4.0理学P.3公共课必修531990040工程训练D 16 1.0工程P.4公共课必修231990030工程制图C 48 3.0制造P.5公共课必修251900010思想道德修养与法律基础48 3.0政治

类别 质课程号课程学位课 论践机分院 P.6公共课必修185990012体育2 28 1.0体育P.7公共课必修161990080线性代数A 48 3.0理学P.8公共课必修255900052形势与政策2 80.5政治P.9公共课必修201990012综合外语A2 48 3.0外语P.10公共课限选218900020美术欣赏16 1.0文艺P.11公共课限选218900030美学概论16 1.0文艺P.12公共课限选218900040书法入门16 1.0文艺P.13公共课限选218900010音乐欣赏16 1.0文艺P.14专业课必修223940010C语言程序设计3216 3.0信息P.15专业课必修223994040电路分析1 32 2.0信息P.16专业课必修223995131电路实验1 80.5信息P.17专业课必修223990152自动化专业导论2 80.5信息P.18专业课必修223995010自动化专业认识实习16 1.0信息 ?第三学期计划课程 类别课程性 质 课程号课程学位课 理 论 实 践 上 机 学 分 开课学 院 P.1公共课必修161990112大学物理B2 48 3.0理学P.2公共课必修163990160复变函数与积分变换32 2.0理学P.3公共课必修161990070概率论与数理统计C 32 2.0理学P.4公共课必修251900040马克思主义基本原理48 3.0政治P.5公共课必修255900060思想政治理论课实践教学32 2.0政治

自动控制理论第二章习题

E2.4A laser printer uses a laser beam to print copy rapidly for a computer. The laser is positioned by a control input,r(t),so that we have Y(s)= 5(s+100) s2+60s+500 R(s) This input r(t)represents the desired position of the laser beam.(a)If r(t) is a unit step input,?nd the output y(t).(b)What is the?nal value of y(t)? E2.14Obtain the di?erential equations in terms of and for the circuit in Figure E2.14. Figure E2.14Electric circuit. E2.15The position control system for a spacecraft platform is governed by the following equation. d2p dt2+2 dp dt +4p=θv1=r?p dθ dt =0.6v2 v2=7v1 The variable involved are as follows: r(t)=desired platform position;p(t)=desired platform position; v1(t)=ampli?er input voltage;v2(t)=ampli?er output voltage;θ(t)=motor shaft position 1

板带轧机自动控制

《板带轧机系统自动控制》教案 《板带轧机系统自动控制》教学组 第一讲 1、绪论 介绍自动控制的含义。（3分钟） 用钢铁行业生产录像演示工业生产通过自动控制达到的高度自动化。 1.1 工业控制系统 1.1.1 工业控制中的计算机功能（3分钟） 轧制生产车间控制台录像——工业控制计算机的数据采集功能、数字控制功能、监督功能等。 1.1.2 过程控制系统的基本组成（5分钟） 过程控制基本结构组成简图——讲解过程控制系统的基本组成部分以及各部分的主要功能，重点讲解整个控制过程的逻辑性。 通过彩图指出过程控制技术与计算机技术、控制理论和生产工艺的关联性，以及各学科技术发展的相互促进。 1.1.3 工业控制计算机的历史发展（3分钟） 工业控制技术随着计算机技术和自动控制理论的发展而不断进步。在不同的阶段出现技术程度各不相同的过程控制系统。 1.2 轧制过程自动化 1.2.1 轧制过程控制的历史发展（3分钟） 简要介绍轧制过程控制的发展阶段。 以发展最完善的热带钢连轧控制为例，介绍不断改进的控制工艺对轧制生产效率的促进。 1.2.2 热连轧过程控制的主要功能（5分钟） 以热带钢连轧控制为例，介绍轧制生产控制的主要功能和对应不同生产工艺的针对性。 1.2.3 轧制自动化的发展方向（3分钟） 再次对照过程控制基本结构组成简图介绍轧制自动化发展的方向，并指出对控制系统功能

的拓展和性能的提高是轧钢专业所重点关注的。 1.3 计算机过程控制的基本类型 1.3.1 数据收集系统（3分钟） 以数据收集系统简图介绍数据收集系统的作用和工作流程。 1.3.2 操作指导系统（4分钟） 以操作指导系统简图介绍操作指导系统的功能和工作流程。 介绍轧制生产中广泛用到的专家系统等配套模拟程序。 1.3.3 直接数字控制系统（4分钟） 以直接数字控制系统简图介绍直接数字控制系统的功能和工作流程。 讲解直接数字控制系统的使用特点和性能要求。 1.3.4 计算机监督控制系统（4分钟） 以计算机监督控制系统简图介绍直接数字控制系统的功能和工作流程。 讲解计算机监督控制系统的使用特点。 1.3.5 多极控制系统（3分钟） 介绍计算机监督控制系统的发展和含义，指出计算机在现代工业企业中的调度和管理功能。 1.3.6 分散控制系统（7分钟） 介绍分散控制系统的发展。 讲解分散系统的设计原则——分解和协调。 讲解分散系统的设计方法——分层、分级和分段。 2、带钢热连轧机的过程自动控制 2.1 带钢热连轧机的生产工艺 介绍主要设备和设备布置。（10分钟） 以1700mm带钢热连轧机设备布置图为例，对照生产录像介绍热连轧主要生产工艺。介绍生产规范，介绍轧制计划和轧制单位等管理级控制内容。 2.1.1 加热区（10分钟） 对照生产录像介绍热连轧加热区主要生产工艺，重点讲解加热炉前后各设备行动顺序。

自动控制理论知识点总结

1.自控系统的基本要求：稳定性、快速性、准确性（P13） 稳定性是由系统结构和参数决定的，与外界因素无关，这是因为控制系统一般含有储能元件或者惯性元件，其储能元件的能量不能突变。因此系统收到扰动或者输入量时，控制过程不会立即完成，有一定的延缓，这就使被控量恢复期望值或有输入量有一个时间过程，称为过渡过程。 快速性对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。 准确性过渡过程结束后，被控量达到的稳态值（即平衡状态）应与期望值一致。但由于系统结构，外作用形式及摩擦，间隙等非线性因素的影响，被控量的稳态值与期望值之间会有误差的存在，称为稳态误差。+ 2.选作典型外作用的函数应具备的条件：1）这种函数在现场或试验室中容易得到 2）控制系统在这种函数作用下的性能应代表在实际工作条件下的性能。3）这种函数的数学表达式简单，便于理论计算。 常用典型函数：阶跃函数，幅值为1的阶跃称为单位阶跃函数 斜坡函数 脉冲函数，其强度通常用其面积表示，面积为1的称为单位脉冲函数或δ函数 正弦函数，f(t)=Asin(ωt-φ)，A角频率，ω角频率，φ初相角 3.控制系统的数学模型是描述系统内部物理量（或变量）之间关系的数学表达式。（P21） 静态数学模型：在静态条件下（即变量各阶导数为零），描述变量之间关系的代数方程 动态数学模型：描述变量各阶导数之间关系的微分方程 建立数学模型的方法：分析法根据系统运动机理、物理规律列写运动方程 实验法人为给系统施加某种测试信号，记录其输出响应，并用合适的数学模型去逼近，也称为系统辨识。 时域中的数学模型有：微分方程、差分方程、状态方程 复域中的数学模型有：传递函数、结构图 频域中的数学模型有：频率特性 4.非线性微分方程的线性化：切线法或称为小偏差法（P27） 小偏差法其实质是在一个很小的范围内，将非线性特性用一段直线来代替。 连续变化的非线性函数y=f（x），取平衡状态A为工作点，在A点处用泰勒级数展开，当增量很小时略去高次幂可得函数y=f（x）在A点附近的增量线性化方程y=Kx，其中K是函数f（x）在A 点的切线斜率。 5.模态：也叫振型。线性微分方程的解由特解和齐次微分方程的通解组成。 通解由微分方程的特征根决定，它代表自由运动。如果n阶微分方程的特征根是λ1，λ2……λn且无重根，则把函数e t1λ，e t2λ……e ntλ称为该微分方程所描述运动的模态。每一种模态代表一种类型的运动形态，齐次微分方程的通解则是它们的线性组合。 6.传递函数：线性定常系统的传递函数定义为零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。（P30） 零初始条件是指输入量加于系统之前，系统处于稳定的工作状态，此时输出量及各阶导数为零；输入量是在t大于等于0时才作用于系统，因此在t=0-时，输入量及其各阶导数均为零。 1)传递函数是复变量s的有理真分式函数，且所有系数均为实数； 2)传递函数是一种用系统参数表示输出量与输入量之间关系的表达式，它只取决于系统或元件 的结构和参数，而与输入量的形式无关，也不反映系统内部的任何信息。 3)传递函数与微分方程有相通性。 4)传递函数的拉式反变换是脉冲响应