自动控制原理复习题
一、选择题
1. 二阶系统的传递函数5
2 5
)(2
++=
s s s G ，则该系统是（B ） A.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统 2.设系统的特征方程为()0516178234=++++=s s s s s D ，则此系统 （ A ） A.稳定 B.临界稳定 C.不稳定 D.稳定性不确定。 3.某单位反馈系统的开环传递函数为：())
5)(1(++=
s s s k
s G ，当k =（ C ）时，闭环系统临界稳定。
A.10
B.20
C.30
D.40 4.稳态误差e ss 与误差信号E (s )的函数关系为（ B ）
A.)(lim 0
s E e s ss →= B.)(lim 0
s sE e s ss →= C.)(lim s E e s ss ∞
→= D.)(lim s sE e s ss ∞
→=
5. 系统已给出，确定输入，使输出尽可能符合给定的最佳要求，称为（ A ）
A.最优控制
B.系统辨识
C.系统分析
D.最优设计
6. 与开环控制系统相比较，闭环控制系统通常对（ B ）进行直接或间接地测量，通过反馈环节去影响控制信号。
A.输出量
B.输入量
C.扰动量
D.设定量
7. 在系统对输入信号的时域响应中，其调整时间的长短是与（ D ）指标密切相关。
A.允许的峰值时间
B.允许的超调量
C.允许的上升时间
D.允许的稳态误差 8. 某典型环节的传递函数是()1
51
+=
s s G ，则该环节是（ C ） A.比例环节 B.积分环节 C.惯性环节 D.微分环节 9. 引出点前移越过一个方块图单元时，应在引出线支路上（C ）
A.并联越过的方块图单元
B.并联越过的方块图单元的倒数
C.串联越过的方块图单元
D.串联越过的方块图单元的倒数 10.时域分析的性能指标，哪个指标是反映相对稳定性的（ D ）
A.上升时间
B.峰值时间
C.调整时间
D.最大超调量 11.设系统的特征方程为()0122234=++++=s s s s s D ，则此系统中包含正实部特征的个数为（D ）
A.0
B.1
C.2
D.3 12. 如果被调量随着给定量的变化而变化，这种控制系统叫（B ）
A.恒值调节系统
B.随动系统
C.连续控制系统
D.数字控制系统
13. 与开环控制系统相比较，闭环控制系统通常对（ B ）进行直接或间接地测量，通过反馈环节去影响控制信号。 A.输出量 B.输入量 C.扰动量 D.设定量 14. 直接对控制对象进行操作的元件称为（ D ）
A.给定元件
B.放大元件
C.元件
D.执行元件 15. 某典型环节的传递函数是()Ts
s G 1
=
，则该环节是（ C ） A.比例环节 B.惯性环节 C.积分环节 D.微分环节 16. 已知系统的单位脉冲响应函数是()21.0t t y =，则系统的传递函数是（ A ）
A.
32.0s B.s 1.0 C.21.0s D.2
2
.0s
17. 已知二阶系统单位阶跃响应曲线呈现出等幅振荡，则其阻尼比可能为（C ） A.0.6 B.0.707 C.0 D.1
18.若系统的传递函数在右半S 平面上没有零点和极点，则该系统称作（ B ） A.非最小相位系统 B.最小相位系统 C.不稳定系统 D.振荡系统
19.某系统的闭环传递函数为：()k
s s s k
s s G B 243223++++=
，当k =（C ）时，闭环系统临界稳定。
A.2
B.4
C.6
D.8
20.系统的传递函数())
4)(1(5
2++=
s s s s G ，其系统的增益和型次为 （ B ）
A.5，2
B.5/4，2
C.5，4
D.5/4，4 21. 开环控制系统的的特征是没有（ C ）
A.执行环节
B.给定环节
C.反馈环节
D.放大环节 22. 主要用来产生偏差的元件称为（ A ）
A.比较元件
B.给定元件
C.反馈元件
D.放大元件 23. 某系统的传递函数是()s e s s G τ-+=
1
21
，则该可看成由（ C ）环节串联而成。 A.比例、延时 B.惯性、导前 C.惯性、延时 D.惯性、比例 24 .设一阶系统的传递函数是()2
3
+=
s s G ，且容许误差为2%，则其调整时间为（ C ） A.1 B.1.5 C.2 D.3 25. 若保持二阶系统的ζ不变，提高ωn ，则可以（B ）
A.提高上升时间和峰值时间
B.减少上升时间和峰值时间
C.提高上升时间和调整时间
D.减少上升时间和超调量
26.设系统的特征方程为()025103234=++++=s s s s s D ，则此系统中包含正实部特征的个数有（ C ） A.0 B.1 C.2 D.3 27.根据系统的特征方程()053323=+-+=s s s s D ，可以判断系统为（ B ） A.稳定 B.不稳定 C.临界稳定 D.稳定性不确定 28.某反馈系统的开环传递函数为：())
1()
1(122++=
s T s s s G τ，当（ B ）时，闭环系统稳定。
A.21τ>T
B.21τ C.21τ=T D.任意T 1和τ2 29. 随动系统对（A ）要求较高。 A.快速性 B.稳定性 C.准确性 D.振荡次数 30.“现代控制理论”的主要内容是以（ B ）为基础，研究多输入、多输出等控制系统的分析和设计问题。 A.传递函数模型 B.状态空间模型 C.复变函数模型 D.线性空间模型 31. 主要用于稳定控制系统，提高性能的元件称为（ D ） A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.校正元件 32. 某环节的传递函数是()5 1 73++ +=s s s G ，则该环节可看成由（B ）环节串联而组成。 A.比例、积分、滞后 B.比例、惯性、微分 C.比例、微分、滞后 D.比例、积分、微分 33. 已知系统的单位阶跃响应函数是())1(25.00t e t x --=，则系统的传递函数是（ B ） A. 122+s B.15.02+s C.121+s D.1 5.01+s 34. 若二阶系统的调整时间长，则说明（ B ）；若二阶系统的调整时间短，则说明（A ）。 A.系统响应快 B.系统响应慢 C.系统的稳定性差 D.系统的精度差 36.二阶系统的传递函数()1 241 2 ++= s s s G ，其阻尼比ζ是（ C ） A.0.5 B.1 C.2 D.4 37.系统稳定的充分必要条件是其特征方程式的所有根均在根平面的（ B ） A.右半部分 B.左半部分 C.实轴上 D.虚轴上 38.一闭环系统的开环传递函数为4(3) ()(23)(4) s G s s s s += ++，则该系统为（ C ） A.0型系统，开环放大系数K 为2 B.I 型系统，开环放大系数K 为2 C.I 型系统，开环放大系数K 为1 D.0型系统，开环放大系数K 为1 39 .系统的数学模型是指（ C ）的数学表达式。 A.输入信号 B.输出信号 C.系统的动态特性 D.系统的特征方程 40 .某典型环节的传递函数是()1 51 += s s G ，则该环节是（C ） A.比例环节 B.积分环节 C.惯性环节 D.微分环节 41 .已知系统的微分方程为()()()()t x t x t x t x i 2263000=++ ，则系统的传递函数是（ A ） A. 26322++s s B.26312++s s C.36222++s s D.3 621 2++s s 42.设一阶系统的传递函数是()1 2 += s s G ，且容许误差为5%，则其调整时间为（ C ） A.1 B.2 C.3 D.4 43 .二阶欠阻尼系统的性能指标中只与阻尼比有关的是 （ D ） A.上升时间 B.峰值时间 C.调整时间 D.最大超调量 44.系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的（C ） A.充分条件 B.必要条件 C.充分必要条件 D.以上都不是 45.某一系统的速度误差为零，则该系统的开环传递函数可能是（ D ） A. 1 +Ts K B.))((b s a s s d s +++ C.)(a s s K + D.)(2a s s K + 46.常用的比例、积分与微分控制规律的另一种表示方法是（ D ） A.PDI B.PDI C.IPD D.PID 46. 对于代表两个或两个以上输入信号进行（ C ）的元件又称比较器。 A.微分 B.相乘 C.加减 D.相除 48. 某环节的传递函数是()s s s G 2 35+ +=，则该环节可看成由（ D ）环节串联而组成。 A.比例、积分、滞后 B.比例、惯性、微分 C.比例、微分、滞后 D.比例、积分、微分 49. 已知系统的微分方程为()()()t x t x t x i 22600=+ ，则系统的传递函数是（A ） A. 131+s B.1 32+s C.261+s D.232+s 50. 一阶系统G (s)= 1 +Ts K 的放大系数K 愈小，则系统的输出响应的稳态值（C ） A.不变 B.不定 C.愈小 D.愈大 二、填空题 1. 自动控制系统最基本的控制方式是 反馈控制 。 2. 闭环控制系统又称为 反馈控制 系统。 3. 闭环控制系统中，真正对输出信号起控制作用的是 偏差信号 。 4. 反馈控制原理是检测偏差并纠正偏差的 原理。 5. 对单位反馈系统来讲，偏差信号和误差信号 相同 。 6. 对控制系统的首要要求是系统具有 稳定性 。 7. 系统的传递函数的 零极点 分布决定系统的动态特性。 8. 某典型环节的传递函数是2 1 )(+= s s G ，则系统的时间常数 0.5s ，当容许误差为5%时调整时间1.5s 。 9. 一线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与 传递函数 相同。 10. 一阶系统当输入为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为 时间常数 。 11. 二阶系统的传递函数G(s)=4/(s 2+2s+4) ，其固有频率ωn ＝ 2 。 12. PID 调节中的“P ”指的是 比例 控制器。 13. 输入相同时，系统型次越高，稳态误差越 小 。 14. 二阶系统当共轭复数极点位于±45? 线上时，对应的阻尼比为0.707。 15. 若要求系统的快速性好，则闭环极点应距虚轴越_ 远 _越好。 三、名词解释 1.自动控制：在没有人直接参与的情况下，使被控对象的某些物理量准确地按照预期规律变化。 2.反馈元件：用于测量被调量或输出量，产生主反馈信号的元件。 3.随动系统：被调量随着给定量(或输入量)的变化而变化的系统就称为随动系统。 4.快速性：指当系统输出量与给定的输入量之间产生偏差时，消除这种偏差过程的快速程度。 5.稳定性：指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平稳状态的能力。 6.数学模型：如果一物理系统在信号传递过程中的动态特性能用数学表达式描述出来，该数学表达式就称为数学模型。 7.传递函数：对于线性定常系统,在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。 8.最大超调量：二阶欠阻尼系统在单位阶跃输入时，响应曲线的最大峰值与稳态值的差。 9.调整时间：响应曲线从零上升到进入稳态值的%5±所需要的时间。 10.瞬态响应：系统在某一输入信号的作用下其输出量从初始状态到稳定状态的响应过程。 11.稳态响应：时间t 趋于无穷大时，系统输出的状态，称为系统的的稳态响应。 12.比例环节：在时间域里，输入函数成比例，即：()()t kx t x i =0 四、简答题 1.开环控制系统和闭环控制系统的主要特点是什么？ 答：开环控制系统：是没有输出反馈的一类控制系统。其结构简单，价格低，易维修。精度低、易受干扰。 闭环控制系统：又称为反馈控制系统，其结构复杂，价格高，不易维修。但精度高，抗干扰能力强，动态特性好。 2.方块图变换要遵守什么原则。 答：1)各前向通路传递函数的乘积保持不变；2)各回路传递函数的乘积保持不变。 3.为什么说物理性质不同的系统，其传递函数可能相同 ? 举例说明。 答：.传递函数是线性定常系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比，它通常不能表明系统的物理特性和物理结构，因此说物理性质不同的系统，其传递函数可能相同。 4.如何减少系统的误差? 答：可采用以下途径： 1)提高反馈通道的精度，避免引入干扰； 2)在保证系统稳定的前提下，对于输入引起的误差，可通过增大系统开环放大倍数和提高系统型次减小。对于干扰引起的误差，可通过在系统前向通道干扰点前加积分增大放大倍数来减小； 3）采用复合控制对误差进行补偿。 5.为什么二阶振荡环节的阻尼比取ξ=0.707较好，请说明理由。 答：当固有频率一定时，求调整时间的极小值，可得当ξ=0.707时，调整时间最短，也就是响应最快；又当ξ=0.707时，称为二阶开环最佳模型，其特点是稳定储备大，静态误差系数是无穷大。 6..二阶系统的性能指标中，如要减小最大超调量，对其它性能有何影响？ 答：要减小最大超调量就要增大阻尼比。会引起上升时间、峰值时间变大，影响系统的快速性。 7. 用文字表述系统稳定的充要条件。 答：系统特征方程式的所有根均为负实数或具有负的实部。 或:特征方程的根均在根平面（复平面、s 平面）的左半部。 或:系统的极点位于根平面（复平面、s 平面）的左半部 五、计算题 1.一反馈控制系统如图所示，求：当ξ=0.7时，a=? 解：系统闭环传递函数：9 )92(9 )(2 +++= s a s s φ 得 3=n ω ， 当24.07.0==a 时，ξ 。 2.欲使图所示系统的单位阶跃响应的最大超调量为20%，峰值时间为2秒，试确定K 和K 1值。 解：系统闭环传递函数k ks k s k s R s C s ++== 12 )()()(φ 456.02.05 5 6%2 1=?=-= =-- ξσξξπ e 212 =-= ξ ωπn p t 508.4906.82 ≈==?=n n k ωω , 13.021== k k n ξω. 3.单位反馈开环传递函数为) 10)(2() (10)(+++= s s s a s s G ，试确定使系统稳定的a 值。 解:（1）求系统闭环传递函数()a a s a s a s 1030s 12s s 1010a)10(s 10)2)(s s(s a)10(s 10) 2)(s s(s )(10110)2)(s s(s ) (10s 2 3 ++++=+++++=? +++++++=φ （2）得特征方程为：01030122 3 =+++a s s s （3）列劳斯表 S 3 1 30 S 2 12 10a S 1 (360-10a)/12 S 0 10a 得:(360-10a)>0，10a>0，从而得0< a<36。 4.设单位反馈开环传递函数为) 505()(+= s s K s G ，求出闭环阻尼比为5.0时所对应的K 值，并计算此K 值下的%,,,σr p s t t t 。 解：（1）求系统闭环传递函数()K/5 10s s 5K K s 505s K 50) s(5s K 150)s(5s K s 2 2++=++=? +++=φ （2）确定振荡频率和阻尼比：K/5n = ω＝10，n 210 ωζ= ＝0.5，得K ＝500 （3）计算性能指标：2 n -1arccos ζωζπ-=r t ＝0.24， 36.0-12 n == ζωπp t ， n 3 ζω= s t %16e %2 1==-- ζξπ σ 5.单位反馈系统的开环传递函数为1 1 )(+=s s G k ，求系统在单位阶跃信号输入下的稳态偏差。 解：由题知系统为0型系统单位阶跃信号下位置误差系数k 为： 1)()()(lim lim 0 ===→→s G s H s G k s s ， 。 5.01 1 =+= ∴K e SS 6.已知具有局部反馈回路的控制系统方块图如图所示，求： (1)系统稳定时K f 的取值范围； (2)求输入为2 2 1)(t t x = 时，系统的静态加速度误差系数K a ； (3)说明系统的局部反馈K f s 对系统的稳态误差e ss 的影响。 解： 1)系统的开环传递函数为：) 1(1 )(2 +++= f K s s s s G ， 则闭环传递函数为：1 )1(1 1)1(1) 1(11)1(1)(2 3 22 2+++++=+++++=+++++++=s s K s s s K s s s K s s s K s s s s f f f f φ 系统的特征方程为：01)1()(23=++++=s K s s s D f 列劳斯表： 3s 1 1 0 2s 1+f K 1 1 s 1 +f f K K 0 0s 1 由劳斯稳定性判据知要使系统稳定条件则???? ?>>+0 01f f K K ，得：0>f K 。 2)由开环传递函数知系统为Ⅱ系统，所以静态加速度误差系数K a 为： 1 1 )1(1lim )(lim 22 20 += +++==→→f f s s a K K s s s s s G s K 3)11 +== f a ss K K e 由上式可知：只要f K >0，系统的稳态误差e ss 就增大，说明利用局部负反馈改善系统稳定性是以牺牲系统的稳态精度为代价的。 7.求出下列系统的跟随稳态误差e ssr 和扰动稳态误差e ssd 。 解:1）给定信号的稳态误差 系统的开环传递函数为：) 15.0)(101.0(20 15.02101.010)(++=+?+= s s s s s G ， 由开环传递函数知系统为0系统，所以静态位置误差系数K p 为： 20)()()(lim lim 0 === →→s G s H s G k s s p 。 5.020 110 10≈+=+= ∴p SS K R e 2）扰动信号的稳态误差 e s K D s s s ssd s v s ≈=?=→+→lim ()lim().()011 0110404α 8.一闭环系统的动态结构图如下，求： （1）当s s R /1)(=时，最大超调量为20%，调整时间为1.8秒时，试确定K 和τ值。 （2）当输入信号分别为2 2 1)()(1)(t t r t t r t r ===，，时，系统的稳态误差。 解：（1） 系统的开环传递函数为：)()(τk s s k s G +== ，系统为Ⅰ系统。 系统的闭环传递函数为：k s k s k s ++== τφ2)( ， （2）456.02.05 5 6%2 1=?=-= =-- ξσξξπ e 8.13 == n s t ξω 1334.1365.32 ≈==?=n n k ωω , 25.02== k n ξωτ. 因此系统的开环传递函数为：) 33.3(13 )(+== s s s G （2）对于Ⅰ系统，当输入信号分别为2 2 1)()(1)(t t r t t r t r ===，，时，系统的稳态误差分别如下： 阶跃输入时e ss =0；加速度输入时∞=ss e ； 斜坡输入时，静态速度误差系数K p 为： 9.3)()()(lim lim 0 === →→s sG s H s sG k s s v 。 26.09 .31 0≈== ∴v SS K v e 《自动控制原理》复习参考资料 一、基本知识1 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过输入量与反馈量的差值进行的。 2、闭环控制系统又称为反馈控制系统。 3、在经典控制理论中主要采用的数学模型是微分方程、传递函数、结构框图和信号流图。 4、自动控制系统按输入量的变化规律可分为恒值控制系统、随动控制系统与程序控制系统。 5、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。 6、控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数, 与外作用及初始条件无关。 7、两个传递函数分别为G1(s)与G2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为G1(s)+G2(s)，以串联方式连接，其等效传递函数为G1(s)*G2(s)。 8、系统前向通道传递函数为G（s），其正反馈的传递函数为H（s），则其闭环传递函数为G（s）/(1- G（s）H（s）)。 9、单位负反馈系统的前向通道传递函数为G（s），则闭环传递函数为G（s）/(1+ G（s）)。 10、典型二阶系统中，ξ=0.707时，称该系统处于二阶工程最佳状态，此时超调量为4.3%。 11、应用劳斯判据判断系统稳定性，劳斯表中第一列数据全部为正数，则系统稳定。 12、线性系统稳定的充要条件是所有闭环特征方程的根的实部均为负，即都分布在S平面的左平面。 13、随动系统的稳态误差主要来源于给定信号，恒值系统的稳态误差主要来源于扰动信号。 14、对于有稳态误差的系统，在前向通道中串联比例积分环节，系统误差将变为零。 15、系统稳态误差分为给定稳态误差和扰动稳态误差两种。 16、对于一个有稳态误差的系统，增大系统增益则稳态误差将减小。 17、对于典型二阶系统，惯性时间常数T 愈大则系统的快速性愈差。 18、应用频域分析法，穿越频率越大，则对应时域指标t s 越小，即快速性越好 19最小相位系统是指S 右半平面不存在系统的开环极点及开环零点。 20、按照校正装置在系统中的不同位置，系统校正可分为串联校正、反馈校正、 补偿校正与复合校正四种。 21、对于线性系统，相位裕量愈大则系统的相对稳定性越好。 22、根据校正装置的相位特性，比例微分调节器属于相位超前校正装置，比例积分调节器属于相位滞后校正装置，PID 调节器属于相位滞后-超前校正装置。 23、PID 调节中的P 指的是比例控制器，I 是积分控制器，D 是微分控制器。 24、离散系统中信号的最高频谱为ωmax ，则采样频率ωs 应保证ωs>=2ωmax 条件。 26、在离散控制系统分析方法中，把差分方程变为代数方程的数学方法为Z 变换。 27、离散系统中，两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以串联方式连接，连接点有采样开关，其等效传递脉冲函数为G 1(z)G 2(z)；连接点没有采样开关，其等效传递脉冲函数为G 1G 2(z)。 28、根据系统的输出量是否反馈至输入端，可分为开环控制系统与闭环控制系统。 29、家用空调温度控制、电梯速度控制等系统属于闭环控制系统； 30、经典控制理论的分析方法主要有时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法。 二、基本知识2 1、开环控制系统的的特征是没有（ ） A.执行环节 B.给定环节 C.反馈环节 D.放大环节 2、闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的（ ） A 、低频段 B 、中频段 C 、高频段 D 、均无关 3、若系统的开环传递函数为 10) (5 50 s s ，则它的开环增益为（ ） A.5 B.10 C.50 D.100 学习中心 姓 名 学 号 电子科技大学网络与继续教育学院 《自动控制原理》模拟试题一 一、简答题（共25分） 1、简述闭环系统的特点，并绘制闭环系统的结构框图。( 8分) 2、简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。( 10分) 3、串联校正的特点及其分类？( 7分) 二、已知某单位负反馈系统的开环传递函数为) 42()(2++= s s s K s G K ，试确定使系统产生持续振荡的K 值，并求振荡频率ω。( 15分) 三、设某系统的结构及其单位阶跃响应如图所示。试确定系统参数,1K 2K 和a 。( 15分) 四、某最小相角系统的开环对数幅频特性如图示。要求（20分） 1）写出系统开环传递函数； 2）利用相角裕度判断系统的稳定性； 3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。 五、设单位反馈系统的开环传递函数为 ) 1()(+=s s K s G 试设计一串联超前校正装置，使系统满足如下指标：（25分） （1）在单位斜坡输入下的稳态误差151 ss e ； （2）截止频率ωc ≥7.5(rad/s)； （3）相角裕度γ≥45°。 模拟试题一参考答案： 一、简答题 1、简述闭环系统的特点，并绘制闭环系统的结构框图。 解： 闭环系统的结构框图如图： 闭环系统的特点： 闭环控制系统的最大特点是检测偏差、 纠正偏差。 1) 由于增加了反馈通道, 系统的控制精度得到了提高。 2) 由于存在系统的反馈, 可以较好地抑制系统各环节中可能存在的扰动和由于器件的老化而引起的结构和参数的不确定性。 3) 反馈环节的存在可以较好地改善系统的动态性能。 2、简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 解： 《 自动控制原理 》典型考试试题 （时间120分钟） 院/系 专业 姓名 学号 第二章：主要是化简系统结构图求系统的传递函数，可以用化简，也可以用梅逊公式来求 一、（共15分）已知系统的结构图如图所示。请写出系统在输入r(t)和扰动n(t)同时作用下的输出C(s)的表达式。 G4 H1G3 G1 G 2 N(s)C(s) R(s) - -+ + + 二 、（共15分）已知系统的结构图如图所示。 试求传递函数 )()(s R s C ，) () (s N s C 。 三、（共15分）已知系统的结构图如图所示。 试确定系统的闭环传递函数C(s)/R(s)。 G1 G2 R(s) - + + C(s) - + 四、（共15分）系统结构图如图所示，求X(s)的表达式 G4(s)G6(s) G5(s)G1(s) G2(s) N(s) C(s) R(s) -- G3(s) X(s) 五、（共15分）已知系统的结构图如图所示。 试确定系统的闭环传递函数C(s)/R(s)和C(s)/D(s)。 G1 G2 R(s) - + + C(s) -+ D(s) G3G4 六、（共15分）系统的结构图如图所示，试求该系统的闭环传递函数 ) () (s R s C 。 七、（15分）试用结构图等效化简求题图所示各系统的传递函数 ) () (s R s C 一、（共15分）某控制系统的方框图如图所示，欲保证阻尼比ξ=0.7和响应单位斜坡函数的稳态误差为ss e =0.25,试确定系统参数K 、τ。 二、（共10分）设图（a ）所示系统的单位阶跃响应如图（b ）所示。试确定系统参数,1K 2K 和a 。 三、（共15分）已知系统结构图如下所示。求系统在输入r(t)=t 和扰动信号d(t)=1(t)作用下的稳态误差和稳态输出)(∞C 2/(1+0.1s) R(s) - C(s) 4/s(s+2) E(s) D(s) 四、（共10分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为： 2()(2)(4)(625) K G s s s s s = ++++ 试确定引起闭环系统等幅振荡时的K 值和相应的振荡频率ω 五、（15分）设单位反馈系统的开环传递函数为 1 2 ) 1()(23++++=s s s s K s G α 若系统以2rad/s 频率持续振荡，试确定相应的K 和α值 第三章：主要包括稳、准、快3个方面 稳定性有2题，绝对稳定性判断，主要是用劳斯判据，特别是临界稳定中出现全零行问题。 相对稳定性判断，主要是稳定度问题，就是要求所有极点均在s=-a 垂线左测问题，就是将s=w-a 代入D(s)=0中，再判断稳定 快速性主要是要记住二阶系统在0<ξ<1时的单位阶跃响应公式以及指标求取的公式。 准确性主要是稳态误差的公式以及动态误差级数两方面 一、 填空题 1、线性定常连续控制系统按其输入量的变化规律特性可分为_恒值控制_系统、随动系统和_程序控制_系统。 2、传递函数为 [12(s+10)] / {(s+2)[(s/3)+1](s+30)} 的系统的零点为_-10_， 极点为_-2__， 增益为_____2_______。 3、构成方框图的四种基本符号是： 信号线、比较点、传递环节的方框和引出点 。 4、我们将 一对靠得很近的闭环零、极点 称为偶极子。 5、自动控制系统的基本控制方式有反馈控制方式、_开环控制方式和_复合控制方式_。 6、已知一系统单位脉冲响应为t e t g 5.16)(-=，则该系统的传递函数为 。 7、自动控制系统包含_被控对象_和自动控制装置两大部分。 8、线性系统数学模型的其中五种形式是微分方程、传递函数、__差分方程_、脉冲传递函数_、__方框图和信号流图_。 9、_相角条件_是确定平面上根轨迹的充分必要条件，而用_幅值条件__确定根轨迹上各 点的根轨迹增益k*的值。当n-m ≥_2_时, 开环n 个极点之和等于闭环n 个极点之和。 10、已知一系统单位脉冲响应为 t e t g 25.13)(-=，则系统的传递函数为_ _。 11、当∞→ω时比例微分环节的相位是： A.90 A.ο 90 B.ο 90- C.ο45 D.ο 45- 12、对自动控制的性能要求可归纳为_稳定性__、_快速性_和准确性三个方面， 在阶跃 响应性能指标中，调节时间体现的是这三个方面中的_快速性___，而稳态误差体现的是_稳定性和准确性_。 13、当且仅当离散特征方程的全部特征根均分布在Z 平面上的_单位圆 _内，即所有特征根的模均小于___1____,相应的线性定常离散系统才是稳定的。 14、下列系统中属于开环控制系统的是 D.普通数控加工系统 一、填空题（每空1分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为 ()G s ，则G(s)为G 1(s)+G 2(s)（用G 1(s)与G 2(s)表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω 1.414， 阻尼比=ξ0.707， 该系统的特征方程为2220s s ++=， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s + ++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 (1) (1) K s s Ts τ++。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在 零初始条件下、线性定常控制系统的 输出拉氏变换与 输入拉氏变换之比。 5、设系统的开环传递函数为2(1)(1)K s s Ts τ++，则其开环幅频特性为222221 1 K T τωωω++； 相频特性为arctan 180arctan T τωω--(或：2 180arctan 1T T τωω τω---+)。 6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标调整时间s t ，它们反映了系统动态过程的快速性 . 一、填空 1 自动控制和人工控制的基本原理是相同的，它们都是建立在________、__________的基础上。 2建立合理的__________对于系统的分析研究是至关重的，这种建立通常采用的方法是__________和__________。 3 ________ 也称为方块图或结构图，具有_______和_______和特点，方块图的化简应按照__________进行，变换前、后输出的总的传输关系式应__________。 4系统时域响应的稳态分解是______________________，衡量其好坏的稳态性能指标_______________。系统响应的暂态分量是指___________________的这一段过程。 5____________是一种代数判据，它不但能提供线性定常系统稳定性的信息，而且_____________________________________。 6 绘制根轨迹依据的是_________________，遵循的是________________画的是______________________。 7线性定常系统在正弦信号作用下，系统的稳态输出将是与输入信号同___________的正弦信号，仅仅是________和________不同，这种情况下，系统稳态输出的复变量与输入的复变量之比，称为__________ 特性。 8 所谓自动控制，就是在____________________，利用__________使被控对象中某一物理量或数个物理量准确地按照预定的要求规律变化。 9 在____________情况下，线性定常系统的输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比，定义为_________________________即__________。 10构成方框图的基本符号有_______ 、_______、_______和________。 11系统稳定的充分必要条件是___________________________________。 模拟试题(自动控制原理) 1. 本试卷共六大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷； 第一部分：选择题 一、单项选择题（本大题共15小题，每小题3分，共45分） 2.衡量系统稳态精度的重要指标时（ C ）。 A．稳定性 B．快速性 C．准确性 D．安全性 2.火炮自动瞄准系统的输入信号是任意函数，这就要求被控量高精度地跟随给定值变化，这种控制系统叫（ C ）。 A.恒值调节系统 B.离散系统 C.随动控制系统 D.数字控制系统 3.某典型环节的传递函数是，则该环节是（ D ）。 A．积分环节 B．比例环节 C．微分环节 D．惯性环节 4. 关于传递函数，错误的说法是（ D ）。 A.传递函数只适用于线性定常系统 B.传递函数完全取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数没有影响 C.传递函数一般是为复变量s的真分式 D.闭环传递函数的零点决定了系统的稳定性 5.高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，则系统的( C )。 A．准确度越高B．准确度越低 C．响应速度越慢 D．响应速度越快 6.系统渐近线与实轴正方向夹角为（ B ）。 A、90° B、90°、270° C、270° D、无法确定 7.已知单位负反馈系统的开环传开环传递函数为，则当K为下列哪个选项时系统不稳定（ D ）。 A.5 B. 10 C. 13 D. 16 8.对于绘制根轨迹的基本法则，以下说法不正确的是（ C ）。 A.根轨迹对称于实轴 B.根轨迹的分支数等于系统的阶数 C. 根轨迹以开环零点为起点，以开环极点为终点 D. 根轨迹与虚轴相交意味着闭环特征方程出现纯虚根 9.某闭环系统的开环传递函数为，则该系统为（ D ）。 A.0型系统，开环放大系数K=8 B.0型系统，开环放大系数K=2 C.I型系统，开环放大系数K=8 D.I型系统，开环放大系数K=2 10.系统的开环传递函数如下所以，其中属于最小相位系统的是（ A ）。 11.关于线性系统稳态误差，正确的说法是( A )。 A.增加系统前向通道中的积分环节个数可以提高系统的无稳态误差的等级 B.I型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差 C.减小系统开环增益K可以减小稳态误差 D.增加积分环节可以消除稳态误差，而且不会影响系统稳定性 12.已知单位反馈系统的开环传递函数为，则根据频率特性的物理意义，该闭环系统输入信号为r(t)=sin3t 时系统的稳态输出为（ B ）。 A. 0.354sin3t B.0.354sin(3t-450) C. 0.354sin(3t+450) D.0.354sin(t-450) 洛阳理工学院 2010/2011 学年第二学期自动控制原理期末考试试题卷（B） 适用班级：B 考试日期时间：适用班级： 一、判断题。正确的打√，错误的打×。(每小题1分，共10分) 1.传递函数是线性定常系统的一种内部描述模型。（） 2.劳斯判据是判断线性定常系统稳定性的一种代数判据。（） 3.频域分析法是根据闭环系统的频率特性研究闭环系统性能的一种图解方法。( ) 4.频率响应是系统在正弦输入信号下的全部响应。（） 5.绘制系统Bode图时，低频段曲线由系统中的比例环节（放大环节）和微积分环节决定( ) 6.对于线性定常系统，若开环传递函数不包括积分和微分环节，则当0 ω=时，开环幅相特性曲线（Nyquist图）从正虚轴开始。（） 7.开环控制系统的控制器和控制对象之间只有正向作用，系统输出量不会对控制器产生任何影响。（） 8.Ⅰ型系统，当过渡过程结束后，系统对斜坡输入信号的跟踪误差为零。（） 9.控制系统分析方法中，经典控制理论的分析方法有频域分析法、根轨迹分析法、时域分析法。（） 10.已知某校正网络传递函数为 1 () 1 s G s as + = + ，当满足a>1条件时，则该校正网络为滞后校正网络。（） 二、单选题(每小题2分，共20分) 1.下述（）属于对闭环控制系统的基本要求。 （A）稳定性（B）准确性（C）快速性（D）前面三个都是 2.分析线性控制系统动态性能时，最常用的典型输入信号是（）。 （A）单位脉冲函数（B）单位阶跃函数 （C）单位斜坡函数（D）单位加速度函数 3.典型二阶系统阻尼比等于1时，称该系统处于（）状态。 （A）无阻尼（B）欠阻尼（C）临界阻尼（D）系统不稳定或临界稳定 4.稳定最小相位系统的Nyquist图，其增益（幅值）裕度（）。 （A）0 hdB<（B）0 hdB>（C）1 hdB<（D）1 hdB> 5.单位反馈控制系统的开环传递函数为 4 () (5) G s s s = + ，则系统在()2 r t t =输入作用下，其稳态误差为（）。 （A）10 4 （B） 5 4 （C） 4 5 （D）0 6.一个线性系统的稳定性取决于（）。 （A）系统的输入（B）系统本身的结构和参数 一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为G1(s)+G2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω2， 阻尼比=ξ，20.7072 = 该系统的特征方程为2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为1050.20.5s s s s +++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为(1) (1)K s s Ts τ++。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1()[()()]p u t K e t e t dt T =+?， 其相应的传递函数为1[1]p K Ts +，由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态性 能。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉 概念题 一、填空题 1、把输出量直接或间接地反馈到输入端，形成闭环参与控制的系统，称作 。 2、传递函数反映系统本身的瞬态特性，与本身参数和结构 ，与输入和初始条件 。 3、最大超调量只决定于阻尼比ξ，ξ越小，最大超调量越 。 4、已知系统频率特性为151 +ωj ，当输入为t t x 2sin )(=时，系统的稳态输出为 。 5、校正装置的传递函数为Ts aTs s G c ++= 11)(，系数a 大于1，则该校正装置为 校正装置。 6、如果max ω为)(t f 函数有效频谱的最高频率，那么采样频率s ω满足条件 时，采样函数)(*t f 能无失真地恢复到原来的连续函数)(t f 。 二、单选题 1、闭环控制系统的控制方式为 。 A. 按输入信号控制 B. 按扰动信号控制 C. 按反馈信号控制 D. 按偏差信号控制 2、2、下面说法正确的是 。 A. 传递函数反映了系统的物理特性 B. 传递函数取决于系统的结构和参数 C. 传递函数与输入信号有关 D. 传递函数与初始条件有关 3、某一系统在单位速度输入时稳态误差为零，则该系统的开环传递函数可能是 。 A. 1+Ts K B. ))((b s a s s d s +++ C. )(a s s K + D. ) (2a s s K + 4、已知单位反馈系统的开环奈氏图如图所示，其开环右半S 平面极点数P=0，系统型号1v =，则系统 。 A.稳定 B.不稳定 C.临界稳定 D. 稳定性不能确定 5、串联滞后校正是利用 ，使得系统截止频率下降，从而获得足够的相角裕度。 A ． 校正装置本身的超前相角 B ．校正装置本身的高频幅值衰减特性 C ．校正装置本身的超前相角和高频幅值衰减 D ．校正装置富裕的稳态性能 《 自动控制原理B 》 试题A 卷答案 一、单项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分） 1．若某负反馈控制系统的开环传递函数为 5 (1) s s +，则该系统的闭环特征方程为 ( D )。 A ．(1)0s s += B. (1)50s s ++= C.(1)10s s ++= D.与是否为单位反馈系统有关 2．梅逊公式主要用来（ C ）。 A.判断稳定性 B.计算输入误差 C.求系统的传递函数 D.求系统的根轨迹 3．关于传递函数，错误的说法是 ( B )。 A.传递函数只适用于线性定常系统； B.传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C.传递函数一般是为复变量s 的真分式； D.闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。 4．一阶系统的阶跃响应（ C ）。 A ．当时间常数较大时有超调 B ．有超调 C ．无超调 D ．当时间常数较小时有超调 5. 如果输入信号为单位斜坡函数时，系统的稳态误差为无穷大，则此系统为（ A ） A ． 0型系统 B. I 型系统 C. II 型系统 D. III 型系统 二、填空题（本大题共7小题，每空1分，共10分） 1．一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：___稳定性、快速性、__准确性___。 2.对控制系统建模而言，同一个控制系统可以用不同的 数学模型 来描述。 3. 控制系统的基本控制方式为 开环控制 和 闭环控制 。 4. 某负反馈控制系统前向通路的传递函数为()G s ，反馈通路的传递函数为()H s ，则系统 的开环传递函数为()()G s H s ，系统的闭环传递函数为 () 1()() G s G s H s + 。 5 开环传递函数为2(2)(1) ()()(4)(22) K s s G s H s s s s s ++= +++，其根轨迹的起点为0,4,1j --±。 6. 当欠阻尼二阶系统的阻尼比减小时，在单位阶跃输入信号作用下，最大超调量将 增大 。 7.串联方框图的等效传递函数等于各串联传递函数之 积 。 三、简答题（本题10分） 图1为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方框图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？ A 卷 一、填空题（每空 1 分，共10分） 1、 在水箱水温控制系统中，受控对象为 ，被控量为 。 2、 对自动控制的性能要求可归纳为___________、快速性和准确性三个方面， 在阶跃响应性能指标中，调节时间体现的是这三个方面中的______________，而稳态误差体现的是______________。 3、 闭环系统的根轨迹起始于开环传递函数的 ，终止于开环传递函数的 或无穷远。 4、 PID 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ，其相应的传递函数为 。 5、 香农采样定理指出：如采样器的输入信号e(t)具有有限宽带，且有直到ωh 的频率分量，则使信号e(t) 完满地从采样信号e*(t) 中恢复过来的采样周期T 要满足下列条件：________________。 二、选择题（每题 2 分，共10分） 1、 设系统的传递函数为G （S ）＝1 52512++s s ，则系统的阻尼比为（ ）。 A ．21 B ．1 C ．51 D ．25 1 2、 非单位负反馈系统，其前向通道传递函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，则从输入端定义的误差E(S)为 ( ) A 、 ()()()E S R S G S =? B 、()()()()E S R S G S H S =?? C 、()()()()E S R S G S H S =?- D 、()()()() E S R S G S H S =- 3、 伯德图中的低频段反映了系统的（ ）。 A ．稳态性能 B ．动态性能 C ．抗高频干扰能力 D ．.以上都不是 4、 已知某些系统的开环传递函数如下，属于最小相位系统的是( )。 A 、 (2)(1)K s s s -+ B 、(1)(5K s s s +-+） C 、2(1)K s s s +－ D 、(1)(2) K s s s -- 5、 已知系统的开环传递函数为 100(0.11)(5)s s ++，则该系统的开环增益为 ( )。 A 、 100 B 、1000 C 、20 D 、不能确定 自动控制原理 一、简答题：（合计20分, 共4个小题，每题5分） 1. 如果一个控制系统的阻尼比比较小，请从时域指标和频域指标两方面 说明该系统会有什么样的表现？并解释原因。 2. 大多数情况下，为保证系统的稳定性，通常要求开环对数幅频特性曲 线在穿越频率处的斜率为多少？为什么？ 3. 简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 4. 用根轨迹分别说明，对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一 个开环极点对系统根轨迹走向的影响。 二、已知质量-弹簧-阻尼器系统如图(a)所示，其中质量为m 公斤，弹簧系数为k 牛顿/米，阻尼器系数为μ牛顿秒/米，当物体受F = 10牛顿的恒力作用时，其位移y (t )的的变化如图(b)所示。求m 、k 和μ的值。(合计20分) F ) t 图(a) 图(b) 三、已知一控制系统的结构图如下，（合计20分, 共2个小题，每题10分） 1） 确定该系统在输入信号()1()r t t =下的时域性能指标：超调量%σ，调 节时间s t 和峰值时间p t ； 2） 当()21(),()4sin3r t t n t t =?=时，求系统的稳态误差。 四、已知最小相位系统的开环对数幅频特性渐近线如图所示，c ω位于两个交接频率的几何中心。 1） 计算系统对阶跃信号、斜坡信号和加速度信号的稳态精度。 2） 计算超调量%σ和调节时间s t 。（合计20分, 共2个小题，每题10分） [ 1 %0.160.4( 1)sin σγ =+-, s t = 五、某火炮指挥系统结构如下图所示，()(0.21)(0.51) K G s s s s = ++系统最 大输出速度为2 r/min ，输出位置的容许误差小于2，求： 1） 确定满足上述指标的最小K 值，计算该K 值下的相位裕量和幅值裕量； 2） 前向通路中串联超前校正网络0.41 ()0.081 c s G s s +=+，试计算相位裕量。 （合计20分, 共2个小题，每题10分） (rad/s) 自动控制原理复习资料 一、选择题 1、如果系统输入的信号大多具有突变性质时，应选用（ A ）作为实验信号。 A．阶跃函数 B．斜坡函数 C．抛物线函数 D．脉冲函数 2、上升时间是指响应曲线从稳态值10%上升到（ C ）所需要的时间。 A．50% B．60% C．90% D．100% 3、等加速度函数指的是（ C ）。 A．阶跃函数 B．斜坡函数 C．抛物线函数 D．脉冲函数 4、（ D ）是单位阶跃信号对时间的一阶导数。 A．开环传递函数的极点 B．开环传递函数的零点 C．闭环传递函数的极点 D．闭环传递函数的零点 5、对于高阶系统，系统的（ D ）决定了系统瞬态响应曲线的形状。 A．零点 B．极点 C．零点或极点 D．零点和极点 6、非线性元件的描述函数类似于线性元件的（ D ）。 A．幅值特性 B．幅频特性 C．斜率特性 D．频率特性 7、与负反馈系统的根轨迹方程相比，正反馈根轨迹的幅值条件（ B ），辐角条件（）。 A．相同，相同 B．相同，不同 C．不同，相同 D．不同，不同 8、定值控制系统也叫（ A ）。 A．恒值控制系统 B．随动控制系统 C．复合控制系统 D．伺服控制系统 9、（ B ）反映系统响应的快速性。 A．峰值时间 B．调节时间 C．延滞时间 D．上升时间 10、对于二阶系统，调节时间只取决于特征根的（ A ）。 A．实部 B．虚部 C．实部和虚部 D．不能确定11、相平面图的对称性可以从（ C ）来判断。 A．相轨迹 B．相轨迹的频率C．相轨迹的斜率 D．相轨迹的幅值12、信号流图中不含有（ B ） A．节点 B．方框 C．支路 D．增益 13、某系统开环传递函数为 10 () (1) G s s s = + ，则当输入为2 ()43 r t t =+时，系统的稳态误差为（D）。 A．10 B．0.1 C．2.5 D．∞ 14、根轨迹的分支数等于特征方程的阶次，即（ C ）。 A．开环零点数m B．开环极点数n C．开环零点数m和开环极点数n中的较大者 D．开环零点数m和开环极点数n中的较小者 15、典型环节中，（ A ）的幅频特性和相频特性都是常量。 A．比例环节 B．微分环节C．惯性环节 D．积分环节 16、控制系统开环传递函数为 1 ()() (1) G s H s s s = + ，则该系统根轨迹有（ B ）条渐近线。 A．1 B．2 C．3 D．4 17、系统中常见的非线性特性，当输入为（ B ）时，其输出一般为同周期的（ B ）。 A．正弦函数，余弦函数 B．正弦函数，非正弦函数C．余弦函数，正弦函数 D．余弦函数，非正弦函数18、将连续信号通过采样开关变换成（ C ）的过程称为采样过程。 A．数字信号 B．模拟信号 C．离散信号 D．脉冲信号 自动控制原理模拟试题6 一、简答（本题共6道小题，每题5分，共30分） 1、画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 2、通过二阶系统的根轨迹说明，增加开环零点和增加开环极点对系统根轨迹走向的影响。 3、已知某环节的频率特性曲线如下，求当x(t)=10sin5t 输入该环节的时候，系统的输出解析表达式是什么？ 4、通常希望系统的开环对数频率特性，在低频段和高频段有较大的斜率，为什么？ 5、如果一个控制系统的阻尼比比较小，请从时域指标和频域指标两方面说明该系统会有什么样的表现？并解释原因。 6、最小相位系统的Nyquist 图如下所示，画出图示系统对应的 Bode 图，并判断系统的稳定性。 二、改错（本题共5道小题，每题5分，共25分） 1. 微分方程的拉氏变换可以得到系统的传递函数，系统传递函数的拉氏反变换是微分方程。 2. 传递函数描述系统的固有特性。其系数和阶次都是实数，只与系统内部结构参数有关而与输入量初始条件等外部因素无关。 3. 频率法不仅研究一个系统对不同频率的正弦波输入时的响应特性，也研究系统对阶跃信号的响应特性。 4. 系统开环对数频率特性的中频段的长度对相位裕量有很大影响，中频段越长，相位裕量越小。 W k (j 40 20 - π/2 - π ?(ω) 5. Nyquist 图中()1k W j ω>的部分对应Bode 图中0dB 线以下的区段，Nyquist 图中的实 轴对应Bode 图中的π-线。 三、 设单位反馈系统的开环传递函数（本题20分） i s T s K s T K K s G m m f f 1)1(1)(0?+?+?= 输入信号为 )(1)()(t bt a t r ?+= 其中0K , m K , f K , i, f T , m T 均为正数 ，a 和b 为已知正常数。如果要求闭环系统稳 定，并且稳态误差ss e <0ε, 其中0ε>0, 试求系统各参数满足的条件。 四、试用梅逊增益公式求下图中各系统信号流图的传递函 数C(s)/R(s)。（15分） 五、（本题20分） 设单位反馈控制系统的开环传递函数 )102.0)(101.0()(++=s s s K s G 要求： (1) 画出准确根轨迹(至少校验三点，包括与虚轴交点)； (2) 确定系统的临界稳定开环增益K ｃ； （3）当一个闭环极点是－5的时候，确定此时的其他极点。 六、已知最小相位系统的对数幅频渐近特性曲线如图所示， 1） 试确定系统的开环传递函数； 2） 求解系统的相位裕量，并判断稳定性； 3） 课程教学 大纲编号： 100102 课程名称： 自动控制原理 学分 4.5 试卷编号：100102021 考试方式： 闭卷考试 考试时间： 120 分钟 满分分值： 100 组卷年月： 2000/5 组卷教师： 向峥嵘 审定教师； 陈庆伟 一．（10分）是非题： 1． 闭环控制系统是自动控制系统，开环控制系统不是自动控制系统（ ）。 2．闭环控制系统的稳定性，与构成他的开环传递函数无关（ ），与闭环传递函数有关（ ）；以及与输入信号有关（ ）。 3．控制系统的稳态误差与系统的阶数有关（ ）；与系统的类型有关；（ ） 与系统的输入信号有关；（ ），以及与系统的放大倍数有关。（ ） 4．前向通道传递函数为)k (s k 02>的单位负反馈系统能无差的跟踪斜波信号 （ ）。 5．最小相位系统是稳定的控制系统（ ）。 二．（10分）填空题 图示系统的开环放大倍数为 ，静态位置误差为 ，静态速度误差为 ，误差传递函数) s (R )s (E 为 ，当输入信号4=)t (r 时，系统的稳态误差ss e 。 三．（10分）填空题 在频率校正法中，串联超前校正是利用串联矫正装置在系统的 频区产生相角 ，以提高系统的 ，且使幅值穿越频率c ω ，从而系统的响应速度 。串联滞后校正是利用校正装 在 频区产生的特性，以使c ω ，达到提高 的目的，校正后的系统响应速度 。 四．（10分）计算作图题 化简如图所示的结构图，并求闭环传递函数) s (R )s (C 。 五．（10分） 一个开环传递函数为 ) s (s k )s (G 1+= τ的单位负反馈系统，其单位阶跃响应曲线如图所示，试确定参数k 及τ。 六．（8分） 设单位负反馈系统的开环传递函数为) s .(s )s (G 110100+= ，试计算系统的响应控制信号t sin )t (r 5=时的稳态误差。 七．（10分） 设某系统的开环传递函数为)Ts (s k )s (H )s (G 1+=，现希望系统特征方程的所有根都 在a s -=这条线的左边区域内，试确定满足此要求k 的值和T 值的范围)a (0>。 ∑??=i i i s s Q s H ) ()(1 )(第一章：1 闭环系统（或反馈系统）的特征：采用负反馈，系统的被控变量对控制作用有直接影响，即被控变量对自己有控制作用 。2 典型闭环系统的功能框图。 自动控制 在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程按照预定的规律运行。 自动控制系统 由控制器和被控对象组成，能够实现自动控制任务的系统。 被控制量 在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量。 控制量 作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星．也称控制输入。 扰动量 干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量，也称扰动输入或干扰掐入。 反馈 通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端，与输入信号相比较。反送到输入端的信号称为反馈信号。 负反馈 反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号。 负反馈控制原理 检测偏差用以消除偏差。将系统的输出信号引回插入端，与输入信号相减，形成偏差信号。然后根据偏差信号产生相应的控制作用，力图消除或减少偏差的过程。 开环控制系统 系统的输入和输出之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。开环控制又分为无扰动补偿和有扰动补偿两种。 闭环控制系统 凡是系统输出端与输入端存在反馈回路，即输出量对控制作用有直接影响的系统，叫作闭环控制系统。 自动控制原理课程中所讨论的主要是闭环负反馈控制系统。 复合控制系统 复合控制系统是一种将开环控制和闭环控制结合在一起的控制系统。它在闭环控制的基础上，用开环方式提供一个控制输入信号或扰动输入信号的顺馈通道，用以提高系统的精度。 自动控制系统组成 闭环负反馈控制系统的典型结构如图1．2所示。组成一个自动控制系统通常包括以下基本元件 1．给定元件 给出与被控制量希望位相对应的控制输入信号(给定信号)，这个控制输入信号的量纲要与主反馈信号的量纲相同。给定元件通常不在闭环回路中。2．测量元件 测量元件也叫传感器，用于测量被控制量，产生与被控制量有一定函数关系的信号。被控制量成比例或与其导数成 比例的信号。测量元件的精度直接影响控制系统的精度应使测量元件的精度高于系统的精度，还要有足够宽的频带。3．比较无件 用于比较控制量和反馈量并产生偏差信号。电桥、运算放大器可作为电信号的比较元件。有些比较元件与测量元件是结合在一起的，如测角位移的旋转变压器和自整角机等。4．放大元件 对信号进行幅值或功率的放大，以及信号形式的变换．如交流变直流的相敏整流或直流变交流的相敏调制。5．执行元件 用于操纵被控对象，如机械位移系统中的电动机、液压伺服马达、温度控制系统中的加热装置。执行元件的选择应具有足够大的功率和足够宽的频带。6．校正元件 用于改善系统的动态和稳态性能。根据被控对象特点和性能指标的要求而设计。校正元件串联在由偏差信号到被控制信号间的前向通道中的称为串联校正；校正元件在反馈回路中的称为反馈校正。7．被控对象 控制系统所要控制的对象，例如水箱水位控制系统中的水箱、房间温度控制系统中的房间、火炮随动系统中的火炮、电动机转速控制系统中电机所带的负载等。设计控制系统时，认为被控对象是不可改变的，它的输出即为控制系统的被控制量。8．能源元件 为控制系统提供能源的元件，在方框图中通常不画出。 对控制系统的基本要求1．稳定性 稳定性是系统正常工作的必要条件。2．准确性 要求过渡过程结束后，系统的稳态精度比较高，稳态误差比较小．或者对某种典型输入信号的稳态误差为零。3．快速性 系统的响应速度快、过渡过程时间短、超调量小。系统的稳定性足够好、频带足够宽，才可能实现快速性的要求。 第二章：1、建立系统的微分方程。2、绘制动态框图并求传递函数。3、传递函数 在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为传递函数。传递函数的概念适用于线性定常单输入、单输出系统。求传递函数通常有两种方法：对系统的微分方程取拉氏变换，或化简系统的动态方框图。对于由电阻、电感、电容元件组成的电气网络，一般采用运算阻抗的方法求传递函数。4、结构图的变换与化简 化简方框图是求传递函数的常用方法。对方框图进行变换和化简时要遵循等效原则：对任一环节进行变换时， 变换前后该环节的输人量、输出量及其相互关系应保持不变。化简方框图的主要方法就是将串联环节、并联环节和基本反馈环节用一个等效环节代替。化简方框图的关键是解除交叉结构，即移动分支点或相加点，使被简化的环节中不存在与外部直 学习中心 姓 名 学 号 西安电子科技大学网络与继续教育学院 《自动控制原理》模拟试题一 一、简答题（共25分） 1、简述闭环系统的特点，并绘制闭环系统的结构框图。( 8分) 2、简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。( 10分) 3、串联校正的特点及其分类( 7分) 二、已知某单位负反馈系统的开环传递函数为) 42()(2++=s s s K s G K ，试确定使系 统产生持续振荡的K 值，并求振荡频率ω。( 15分) 三、设某系统的结构及其单位阶跃响应如图所示。试确定系统参数,1K 2K 和a 。( 15分) 四、某最小相角系统的开环对数幅频特性如图示。要求（20分） 1）写出系统开环传递函数； 2）利用相角裕度判断系统的稳定性； 3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。 五、设单位反馈系统的开环传递函数为 ) 1()(+= s s K s G 试设计一串联超前校正装置，使系统满足如下指标：（25分） （1）在单位斜坡输入下的稳态误差151 模拟试题一参考答案： 一、简答题 1、简述闭环系统的特点，并绘制闭环系统的结构框图。 解： 闭环系统的结构框图如图： 闭环系统的特点： 闭环控制系统的最大特点是检测偏差、 纠正偏差。 1) 由于增加了反馈通道, 系统的控制精度得到了提高。 2) 由于存在系统的反馈, 可以较好地抑制系统各环节中可能存在的扰动和由于器件的老化而引起的结构和参数的不确定性。 3) 反馈环节的存在可以较好地改善系统的动态性能。 2、简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 解： 3、串联校正的特点及其分类 答：串联校正简单, 较易实现。设于前向通道中能量低的位置，减少功耗。主要形式有相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正。 二、已知某单位负反馈系统的开环传递函数为) 42()(2 ++=s s s K s G K ，试确定使系统产生持续振荡的K 值，并求振荡频率ω。自动控制原理题目含复习资料
自动控制原理模拟题及答案
《自动控制原理》典型考试试题
自动控制原理期末考试复习题及答案
自动控制原理试卷有参考答案
自动控制原理总复习题
模拟考试题(自动控制原理)
自动控制原理-期末考试试题卷
自动控制原理试题库(含答案)
自动控制原理期末复习题
自动控制原理期末考试题
自动控制原理期末考试题A卷
自动控制原理试题及答案解析
大工14秋《自动控制原理》开卷考试期末复习题
自动控制原理模拟试题
自动控制原理试题及答案 (5)
自动控制原理总复习资料解答题
自动控制原理模拟题及答案