自动控制原理考试复习题
《自动控制原理》复习题
一、选择题（每小题 2 分，共 10分。请将答案填在下面的表格内） 【1题】典型二阶系统单位阶跃响应如图，则可以确定该系统：（A 、D 、E ）
A 、是0.707ξ<的欠阻尼系统
B 、开环增益2K =
C 、超调量%80%σ=
D 、调节时间2s t t =
E 、是0型系统
【2题】若系统（A 、D 、E ）
A 、开环稳定，闭环不一定稳定。
B ．开环稳定，闭环一定不稳定。
C ．开环不稳定，闭环一定不稳定。
D ．开环不稳定，闭环不一定不稳定。
E ．开环临界稳定，闭环不一定不稳定。
【3题】由以下条件，可以确定闭环系统的动态性能(,%s t σ)（A 、C 、D 、E ）
A ．闭环极点
B ．开环零极点
C ．闭环零极点
D ．开环零极点和开环增益
E ．闭环零极点及闭环增益
【4题】系统结构图如下，G(s)分别如下，∞→=0*K ，应画ο
0根轨迹者为 （C 、D 、E ）
A 、)3)(2()1(*-+-s s s K
B 、)3)(2()
1(*---s s s K C 、)3)(2()1(*-+-s s s K
D 、)3)(2()1(*s s s K +--
E 、)
3)(2()
1(*s s s K ---
【5题】)
1()
1()(++=
Ts s s K s GH v
τ，在m t t r =)(时，0=ss e 的必要条件有：（A ，E ）
A 、m v >
B 、0>τ
C 、T >τ
D 、0>K
E 、2≤v
二、计算题（每题 15 分，共 15分） 已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为
t t e e t c --+-=221)(
试求系统的传递函数和脉冲响应。 解 单位阶跃输入时，有s
s R 1
)(=
，依题意 s
s s s s s s s C 1)2)(1(2311221)(?+++=+++-=
（5分） ∴ )
2)(1(2
3)()()(+++==
s s s s R s C s G （5分） []t t
e e s s L s G L t k -----=??
?
???+++-==21
1
42411)()( （5分）
三、计算题（每题 15 分，共 15分） 已知系统脉冲响应
t e t k 25.10125.0)(-=
试求系统闭环传递函数)(s Φ。
解 Φ()()./(.)s L k t s ==+00125125 （15分）
四、计算题（每题 15 分，共 15分） 已知系统结构图如图所示。
（1） 求引起闭环系统临界稳定的K 值和对应的振荡频率ω；
（2） 当2
)(t t r =时，要使系统稳态误差5.0≤ss e ，试确定满足要求的K 值范围。 解 （1）由系统结构图
K
s s s s s s s s K s s s
s R s E s e 2)2)(1()1()
2)(1(21)
2(21)()()(2++++=+++
+-
==Φ （4分）
K s s s s D 223)(23+++= （1分）
系统稳定时有 0)(=ωj D
令 [][]?
??=+-==+-=02)(Im 023)(Re 3
2ωωωωωj D K j D 联立解出 ?
?
?==23
ωK （3分） （2）当 2
)(t t r = 时，32
)(s
s R =
K
K s s s s s s s s s R s e s e s ss 1
2)2)(1()1(2lim )()(lim 2300=++++??=Φ??=→→ （5分）
令 5
1
≤=K e ss ，有 2≥K ，综合系统稳定性要求，得：32<≤K 。（3分）
五、计算题（每题 15 分，共 15分） 设单位反馈系统的开环传递函数为
)
2()
1()(+-=*s s s K s G
试绘制其根轨迹，并求出使系统产生重实根和纯虚根的K *值。 解 由开环传递函数的表达式知需绘制ο
0根轨迹。
① 实轴上的根轨迹： [],0,2- ),1[∞+；
② 分离点：
1
1
211-=
++d d d （5分） 解得：732.01-=d , 732.22=d
将732.01-==d s , 732.22==d s 代入幅值条件得
54.01=*d K , 46.72=*
d K
③ 与虚轴交点：闭环特征方程为
0)1()2()(=-++=*s K s s s D
把ωj s =代入上方程，整理，令实虚部分别为零得：
?????=-==+-=*
*
)2())(Im(0
))(Re(2ωωωωK j D K j D （5分） 解得： ???==*00
K ω
?
??=±=*
241
.1K ω 根轨迹如图解4-13所示，复平面上的根轨迹为以开环零点为圆心，开环零点到分离点的距离为半径的圆 。系统产生重实根的*
K 为0.54，7.46，产生纯虚根的*
K 为2。 （5分）
六、计算题（每题 15 分，共 15分） 若单位反馈系统的开环传递函数
G s Ke s s
().=
+-081
，试确定使系统稳定的K 的临界值。
解： G j K
j e j ().ωω
ω=+-108
幅频特性为 G j K ()ωω
=
+12
（3分）
相频特性为 ?ωω
ωωω
().().=∠+∠
+=-+---e j tg j 0811
108 （3分）
求幅相特性通过(-1,j0)点时的Ｋ值
图解4-13 根轨迹图
即 G j K ()ωω
=
+=112
(1) （3分）
?ωωωωπ()().=∠=--=--G j tg 081
(2) （3分） 由(2)式 tg -=-1
08ωπω.
tg tg tg tg ()(.).-=-=-10808ωπωω ∴=-ωωtg 08. 代入(1)：
K tg 10812
+=[(.)]
ω
)8.0sec()]8.0([12ωω=+=∴
tg K
解出 : ωc K ==245265.,. （3分）
七、计算题（每题 15 分，共 15分）
已知控制系统结构图如图所示。当输入t t r sin 2)(=时，系统的稳态输出
)45sin(4)(?-=t t c s 。试确定系统的参数n ωξ,。
解： 系统闭环传递函数为
2
222)(n
n n
s s s ωξωω++=Φ （4分） 令 22
4
4)()1(222222==
+-=
Φn
n n
j ωξωωω （4分） ?-=--=Φ∠451
2arctan
)1(2
n n
j ωξω （4分） 联立求解可得 244.1=n ω，22.0=ξ。 （3分）
一、选择题（每小题 2 分，共 10分。请将答案填在下面的表格内）
【1题】：二阶系统的闭环增益加大（ D ）
A 、快速性能好
B 、超调量愈大
C 、p t
提前
D 、对动态特性无影响
【2题】：一阶系统的闭环极点越靠近s 平面的原点，其 （ B ）
A 、响应速度越慢
B 、响应速度越快
C 、准确度越高
D 、准确度越低
【3题】：典型欠阻尼二阶系统中再加入一个闭环零点，则 （ C ）
A 、对动态性能无影响
B 、 %σ↓
C 、 %σ↑
D 、 p t ↑
【4题】：稳态速度误差的正确含义为(,A v 均为常值) （C ）
A 、[]().1r t A t =下输出速度与输入速度间的稳态误差
B 、[]().1r t A t =下输出位置与输入位置间的稳态误差
C 、()r t Vt =下输出位置与输入位置间的稳态误差
D 、()r t Vt =下输出速度与输入速度间的稳态误差
【5题】：单位反馈开环传函为22354
s s ++，则其开环增益,,n K ξω分别为：（ C ）
A 、54
2,,
63
B 、
25,36
C 、
1,
212
D 、
15,26
二、计算题（每题 15 分，共 15分） 系统框图如下，求?)
(/)(=s R s C
解：
][121122121G G G G G G G G -----=? （8分）
1111=-=? G P
1222==? G P
1))((3213=--=? G G P
14124==? G G P
2
121212121211
2212131231)()(G G G G G G G G G G G G G G G G G G s R s C ++-++-=++-+++-=∴
（7分）
三、计算题（每题 15 分，共 15分） 单位反馈系统的开环传递函数)
5(4)(+=s s s G ，求单位阶跃响应)(t h 和调节时间t s 。
解：依题，系统闭环传递函数
)1)(1
(4)
4)(1(4454)(2
12T s T s s s s s s ++
=
++=++=Φ ???==25.01
2
1T T （4分）
4
1)4)(1(4
)()()(210++++=++=
Φ=s C s C s C s s s s R s s C （4分）
1)
4)(1(4
lim
)()(lim 00
0=++=Φ=→→s s s R s s C s s
34
)4(4lim
)()()1(lim 0
1
1-=+=Φ+=→-→s s s R s s C s s
3
1
)1(4lim
)()()4(lim 0
4
2=+=Φ+=→-→s s s R s s C s s
t t e e t h 43
1
341)(--+-= （4分）
Θ4
2
1=
T
T
，∴3.3
3.3
1
1
1
=
=
??
?
?
?
?
=T
T
T
t
t s
s
（3分）
四、计算题（每题 15 分，共 15分）
系统结构图如图所示。
[1]为确保系统稳定，如何取K值？
[2]为使系统特征根全部位于s平面1-
=
s的左侧，K应取何值？[3]若2
2
)(+
=t
t r时，要求系统稳态误差25
.0
≤
ss
e，K应取何值？
解
)5
)(
10
(
50
)
(
+
+
=
s
s
s
K
s
G
?
?
?
=1
v
K
（1）K
s
s
s
s
D50
50
15
)
(2
3+
+
+
=
Routh：
50
15
15
)
15
(
50
50
15
50
1
1
2
3
>
→
<
→
-
K
K
s
K
K
s
K
s
s
系统稳定范围：15
0<
(s D中做平移变换：1 - ' =s s K s s s s D50 )1 ( 50 )1 ( 15 )1 ( ) (2 3+ -' + -' + -' = ' ) 36 50 ( 23 122 3- +' + ' + ' =K s s s Routh ： 72 .050 36 36 5024.650312 125031236 50122310 1 2 3=>→-'=< →-'-''K K s K K s K s s 满足要求的范围是： 24.672.0< （3）由静态误差系数法 当 22)(+=t t r 时，令 25.02 ≤= K e ss 得 8≥K 。 综合考虑稳定性与稳态误差要求可得： 158<≤K （5分） 五、计算题（每题 15 分，共 15分） 已知单位反馈系统的开环传递函数，试概略绘出系统根轨迹。 ) 15.0)(12.0()(++= s s s K s G 解： ) 2)(5(10)15.0)(12.0()(++=++= s s s K s s s K s G （3分） 系统有三个开环极点： 01=p ,22-=p ,53-=p （1分） ① 实轴上的根轨迹： (]5,-∞-, []0,2- ② 渐近线： ??? ????±=+=-=--=πππ?σ,33)12(3 73520k a a （2分） ③ 分离点： 02 1511=++++d d d 解之得：88.01-=d ，7863.32-d (舍去)。 （2分） ④ 与虚轴的交点：特征方程为 010107)(2 3 =+++=k s s s s D 令 ???=+-==+-=0 10)](Im[0 107)](Re[3 2ωωωωωj D k j D 解得?? ?==7 10k ω 与虚轴的交点（0，j 10±）。 根轨迹如图解4-3(a)所示。 （8分） 六、计算题（每题 15 分，共 15分） 若系统单位阶跃响应 )0(8.08.11)(94≥+-=--t e e t h t t 试求系统频率特性。 解： s s R s s s s s s s C 1 )(,) 9)(4(3698.048.11)(= ++=+++-= （5分） 则 ) 9)(4(36)()()(++= Φ=s s s s R s C （5分） 频率特性为 ) 9)(4(36)(++=Φωωωj j j （5分） 七、计算题（每题 15 分，共 15分） 某最小相角系统的开环对数幅频特性如图所示。要求 ⑴写出系统开环传递函数； ⑵利用相角裕度判断系统的稳定性； ⑶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。 解（1）由题图可以写出系统开环传递函数如下： )120 )(11.0(10 )(++= s s s s G （5分） （2）系统的开环相频特性为 20 arctan 1 .0arctan 90)(ω ω ω?--?-= 截止频率 1101.0=?=c ω 相角裕度 ?=+?=85.2)(180c ω?γ 故系统稳定。 （5分） （3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程后，可得系统新的开环传递函数 ) 1200 )(1(100)(++= s s s s G 其截止频率 10101==c c ωω 而相角裕度 ?=+?=85.2)(18011c ω?γγ= 故系统稳定性不变。由时域指标估算公式可得 )1sin 1 ( 4.016.0-+=γ σ o o =o o 1σ c s K t ωπ 0= 11 01.010s c t K == ωπ 所以，系统的超调量不变，调节时间缩短，动态响应加快。 （5分） 第一题：单项选择题（共 10 分，每小题2分） 【1题】：欠阻尼二阶系统,n ξω两者都与（ C ） A 、%σ有关 B 、%σ无关 C 、p t 有关 D 、p t 无关 【2题】：系统时间响应的瞬态分量（ C ） A 、是某一瞬时的输出值 B 、反映系统的准确度 C 、反映系统的动特性 D 、只取决于闭环极点 【3题】：已知某系统的型别为 v ，输入为()n r t t =(n 为正整数)，则系统稳态误差为零 的条件是（ B ） A 、v n ≥ B 、v n > C 、v n ≤ D 、 v n < 【4题】：系统开环传递函数 a s b s s GH -+=2)( （a>0, b>0）,闭环稳定条件是：（ B ） A 、a>b B 、b>a C 、a=b D 、b>=a 【5题】：单位反馈系统，4 532 )(2++=s s s G 则其n K ωξ,,分别是（ C ） A 、3 4,65,2 B 、2 2,65,32 C 、 2,6 5 ,21 D 、2,2 12 5, 21 第二题： 计算题（共 15分） 已知系统传递函数 2 32 )()(2++=s s s R s C ，且初始条件为1)0(-=c ，0)0(=c &，试求系统在输入)(1) (t t r =作用下的输出)(t c 。 解 系统的微分方程为 )(2)(2) (3)(2 2t r t c dt t dc dt t c d =++ 考虑初始条件，对上式进行拉氏变换，得 s s C s sC s s C s 2 )(23)(3)(2 = ++++ （2） 2 2 141)23(23)(22++ +-=++-+-=s s s s s s s s s C ∴ t t e e t c 2241)(--+-= 第三题：计算题（共 15 分） 试用梅逊增益公式求下图中系统的闭环传递函数。 解 图中有4条前向通路，5个回路 ，，，，1242321211G G P G P G G P G P ===-= ，，，，，2151242321211G G L G G L G L G G L G L -=-=-=-== ，，)(1143214321L L L L +++-=?=?=?=?=? 则有 ? ?+? +?+?= 4 4332211)()(P P P P s R s C 2 1212 121211222111222113121G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G ++-+-= ++++-+++-= 第四题： 计算题（共 15 分） 系统结构图如图所示。已知系统单位阶跃响应的超调量σ%3.16=%，峰值时间1=p t s 。 （1） 求系统的开环传递函数)(s G ； （2） 求系统的闭环传递函数)(s Φ； （3） 根据已知的性能指标σ%、p t 确定系统参数K 及τ； （4） 计算等速输入s t t r )(5.1)(?=时系统的稳态误差。 解 （1） )110(10) 1(101)1(10 )(++=++ +=ττs s K s s s s s K s G （2） 2 2 22210)110(10)(1)()(n n n s s K s s K s G s G s ωξωωτ++=+++=+=Φ （3）由 ?? ???=-=== --1 13.162 12ξωπσ?ξπn p o o o o t e 联立解出 ?????===263 .063.35 .0τωξn 由（2） 18.1363.31022 ===n K ω，得出 318.1=K 。 （4） 63.31 263.01018 .1311010)(lim 0 =+?=+= =→τK s sG K s v 413.063 .35.1=== v ss K A e 第五题：计算题（共 15 分） 控制系统的结构如图所示，试概略绘制其根轨迹。 解 系统开环传递函数为 3 ) 2() 1()(++=*s s K s G 此系统为正反馈系统，应绘零度根轨迹。 ① 实轴上的根轨迹：[]2,-∞-,[]+∞-,1 B 、 分离点： 1 1 23+= +d d 解得 5.0-=d C 、 起始角：根据相角条件， ∑∑===-n j j m i i k 1 1 2πθ ? 得 ο 601=p θ，ο 602-=p θ，ο 1803=p θ。 根轨迹如图所示 根轨迹图 第六题：计算题（共 15 分） 已知系统开环传递函数，试根据奈氏判据，确定其闭环稳定的条件： ) 1)(1()(++= s Ts s K s G ； )0,(>T K （1）2=T 时，K 值的范围； （2）10=K 时，T 值的范围； （3）T K ,值的范围。 解 [] )()() 1)(1() 1()1()1)(1()(2 222ωωωωωωωωωωωY X T T j T K jT j j K j G +=++-++-=++= 令 0)(=ωY ，解出T 1= ω，代入)(ωX 表达式并令其绝对值小于1 11)1(<+= T KT T X 得出： T T K +< <10 或 1 1 0-< 0< （2）10=K 时，9 1 0< （3）T K ,值的范围如图中阴影部分所示。 第七题：计算题（共 15 分） 对于典型二阶系统，已知参数3=n ω，7.0=ξ，试确定截止频率c ω和相角裕度γ。 解 依题意，可设系统的开环传递函数为 ) 12 .4(143 .2) 37.02(3)2( )(22+=??+=+=s s s s s s s G n n ξωω 绘制开环对数幅频特性曲线)(ωL 如图所示，得 143.2=c ω ?=+?=63)(180c ω?γ 第一题：（20分） 简化系统结构图，并求传递函数C(s)/R(s) 和 C(s)/N(s)。 解： ⑴求C (s )/R (s ) (10分) 1242342434 112412241334 14122324341111 () ()()1L G G L G G G G G G P G G G P G G P G G G G G G G C s R s G G G G =-=-?=++=?==?==?=++=++ ⑵求C (s )/N (s ) (10分) 1242342434 14 142434 11 () ()1L G G L G G G G G G P G G C s N s G G G G =-=-?=++=?== ++ 第二题：（20分） 已知二阶系统的单位阶跃响应为 )1.526.1sin(5.1210)(02.1+-=-t e t h t 求系统的超调量%σ ，峰值时间p t ，调节时间s t 。 解： 1.2()10[1 1.25sin(165 2.1)]t h t e t -=-+o 由标准二阶响应：()1sin()n t h t ζωωβ-=-+ 对照参数有 1.2 1.250.6, 21.6n n ζωζωω? =??? =? ==?? ?=?? (10分) 计算性能指标： （10分） 超调量： 0.61.25%1009.5%e πσ-?=?= 峰值时间： 1.96sec 1.6 p t π == 调节时间： 3.7 2.92sec 0.62 s t ==? 第三题：（10分） 已知系统闭环特征方程为 2583)(234++++=s s s s s D 试用劳斯判据判定系统的稳定性。如果不稳定，确定在S 右半平面上的特征根个数。 解： 劳思阵列 （5分） 43210 352 813716 8116 s s s s s - 根据劳思判据，系统是不稳定的，在S 右半平面有2个闭环特征根。 （5分） 第四题：（20分） 已知系统开环传递函数为 ) 204)(4()()(2 +++= s s s s K s H s G 概略绘制闭环系统的根轨迹。 解： ⑴开环零极点 12340, 4,24,24p p p j p j ==-=-+=-- （5分） ⑵绘制根轨迹草图 （5分） ⑶计算分离点 （5分） 32212,31111042424618200(2)(210)0226 d d d j d j d d d d d d d d j +++=++++-+++=+++==-=-± ⑷计算根轨迹与虚轴交点 （5分） 24 3 2 (4)(420)0836800 s s s s K s s s s K ** ++++=++++= 用s j ω=代入得 423 360108800 K ωωωωω*?-+=? ?=±? -+=?? 根轨迹与虚轴交点(0,10),(0,10)j j - 第五题：（10分）已知系统开环传递函数 1 )(-= Ts K s G ，系统的开环幅相曲线为下图 试根据Nyquist 稳定判据判定系统的闭环稳定性，并指出在S 右半平面上的闭环极点数。 解： 非最小相位环节数： P = 1 正半穿越次数： N + = 1/2 由奈氏判据得： Z = P – 2（N + + N -）= 0 故系统是稳定的，在S 右半平面无闭环极点。 第六题：（20分） 已知最小相位系统的对数幅频渐近特性曲线如下图，是确定系统的开环传递函数和相角裕度。 解： ⑴求开环传递函数 （10分） 2120lg 40100 1001()()11100K dB K s G s H s s s ωω==??+ ? ??=???? ++ ?? ??? ?? ⑵求相角裕度 （10分） 21180 100 c c c arctg arctg arctg ωωωγωω=+--o 第一题（20分）：求出系统的传递函数()/()C s R s 和()/()N s R s 。 解： ⑴求C (s )/R (s ) (10分) 1121212121112 1121211(1) 1 () ()1(1) L G G H L G G G G H P G G G G C s R s G G H =-=-?=++=?== ++ ⑵求C (s )/N (s ) (10分) 112121212111121 223 2121231211(1) 111 1() ()1(1) L G G H L G G G G H P G G H P G G G G H G G C s N s G G H =-=-?=++=?=+=-?=+-=-++ 第二题（10分）：已知系统的单位脉冲响应 ()510sin(445)g t t t =++o 试求系统闭环传递函数()s Φ。 解：闭环传递函数 1222223242 ()[510sin(445)] 54 524452(5202)8016s t t s s s s s s s s -Φ=++?= ++??++? +++= +o l 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 和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)和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)和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=ξ 0.707 ， 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++。 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，当控制装置和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 ；当控制装置和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 和 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2222211 T τωωω++； 相频特性为arctan 180arctan T τωω--o (或：2180arctan 1T T τωωτω---+o ) 。 《 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 2012—2013学年第1学期 《自动控制原理》期中考试试卷 (适用专业：自动化、电气、测控) 专业班级 姓名 学号 开课系室信控学院自动化系 考试日期2012年11月25日 一、简答题(18分) 1. 控制系统正常工作的最基本要求是什么？ 答：稳定性、快速性、准确性（3分） 2.什么是线性系统？线性系统的特征是什么？ 答：用线性微分方程描述的系统称为线性系统。 其特征是满足叠加原理，即叠加性与齐次性。（3分） 3.控制系统的传递函数的定义和应用范围是什么？ 答：控制系统的传递函数的定义为：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。 应用范围是：线性定常系统（3分） 4.控制器中加入比例+微分环节对控制系统的影响是什么？ 答：比例微分环节可增大系统的阻尼比，超调量增加，调节时间缩短，且不影响系统的稳态误差与自然振荡频率；允许选取较高的开环增益，因此在保证一定的动态性能条件下，可以减小稳态误差。（3分） 5.控制系统的稳态误差取决于哪些因素？ 答：开环增益、系统型别、输入信号的形式与幅值。（3分） 6.线性定常系统稳定的充分必要条件是什么？ 答：线性定常系统稳定的充分必要条件是闭环特征方程的根均具有负实部，或闭环传递函数的极点均位于s左半平面。（3分） 二、(1)由图1所示系统结构图求出相应的传递函数()/() C s N s。 C s R s和()/()（8分） 图1 系统结构图 (2)由图2所示系统结构图求出相应的传递函数()/()C s R s 。（8分） 图2系统结构图 解：(1)当仅考虑()R s 作用时，经过反馈连接等效，可得简化结构图（图1-1），则系统传递函数为 12221212 22123 322 1() ()111G G G H G G C s G G R s G H G G H H G H -== -++- （4分） 图1-1()R s 作用时的简化结构图 当仅考虑()N s 作用时，系统结构图如图1-2所示。系统经过比较点后移和串、并联等效，可得简化结构图，如图1-4所示。则系统传递函数为 1122121221322123 (1)()()1()1G H G G G G H C s N s G H G H G H G G H ++==---+ （4分） 答案 一、填空题(每空1分，共15分) 1、稳定性 快速性 准确性 稳定性 2、()G s ； 3、微分方程 传递函数 （或结构图 信号流图）（任意两个均可） 4、劳思判据 根轨迹 奈奎斯特判据 5 01112()90()()tg T tg T ?ωωω--=--- 6、0()()()()t p p p i K de t m t K e t e t dt K T dt τ=++? 1()(1)C p i G s K s T s τ=++ 7、S 右半平面不存在系统的开环极点及开环零点 二、判断选择题(每题2分，共 20分) 1、A 2、B 3、D 4、C 5、C 6、B 7、A 8、C 9、C 10、D 三、(8分)建立电路的动态微分方程，并求传递函数。 解：1、建立电路的动态微分方程 根据KCL 有 2 00i 10i )t (u )]t (u )t (d[u )t (u )t (u R dt C R =-+- (2分) 即 )t (u )t (du )t (u )()t (du i 2i 21021021R dt C R R R R dt C R R +=++ (2分) 2、求传递函数 对微分方程进行拉氏变换得 )(U )(U )(U )()(U i 2i 21021021s R s Cs R R s R R s Cs R R +=++ (2分) 得传递函数 2 121221i 0)(U )(U )(R R Cs R R R Cs R R s s s G +++== (2分) 四、(共20分) 解：1、（4分） 22222221)()()(n n n s s K s K s K s K s K s K s R s C s ωξωωβ++=++=++==Φ 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 . 《 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？ 自动控制原理试卷A(1) 1．（9分）设单位负反馈系统开环零极点分布如图所示，试绘制其一般根轨迹图。 （其中-P 为开环极点,-Z ，试求系统的传递函数及单位脉冲响应。 3.（12分）当ω从0到+∞变化时的系统开环频率特性()()ωωj j H G 如题4图所示。K 表示开环增益。P 表示开环系统极点在右半平面上的数目。v 表示系统含有的积分环节的个数。试确定闭环系统稳定的K 值的范围。 4．（12分）已知系统结构图如下，试求系统的传递函数 ) () (, )()(s R s E s R s C 5．（15分）已知系统结构图如下，试绘制K 由0→+∞变化的根轨迹，并确定系统阶跃响应分别为衰减振荡、单调衰减时K 的取值范围。 Re Im ∞→ω00→ωK 2-0,3==p v （a ） Re Im ∞ →ω00 →ωK 2-0,0==p v （b ） Re Im ∞→ω00→ωK 2-2 ,0==p v （c ） 题4图 题2图 1G 2G 3 G 5 G C R +E -- 4G +6 G 6．（15分）某最小相位系统用串联校正，校正前后对数幅频特性渐近线分别如图中曲线(1)、(2)所示，试求校正前后和校正装置的传递函数)(),(),(21s G s G s G c ，并指出Gc （S ）是什么类型的校正。 7．（15分）离散系统如下图所示，试求当采样周期分别为T=0.1秒和T=0.5秒输入 )(1)23()(t t t r ?+=时的稳态误差。 8．（12分）非线性系统线性部分的开环频率特性曲线与非线性元件负倒数描述曲线如下图 所示，试判断系统稳定性，并指出) (1 x N - 和G （j ω）的交点是否为自振点。 2017年自动控制原理期末考试卷与答案 一、填空题（每空 1 分，共20分） 1、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 。 2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。 3、在经典控制理论中，可采用 劳斯判据(或：时域分析法)、根轨迹法或奈奎斯特判据(或：频域分析法) 等方法判断线性控制系统稳定性。 4、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。 5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为20lg ()A ω(或：()L ω)，横坐标为lg ω 。 6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指 开环传函中具有正实部的极点的个数，Z 是指 闭环传函中具有正实部的极点的个数，R 指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。 7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 调整时间 。%σ是超调量 。 8、设系统的开环传递函数为12(1)(1) K s T s T s ++频特性为 01112()90()() tg T tg T ?ωωω--=---。 9、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。 10、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 + ++。 11、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。 12、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 13、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。 14、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 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) 自动控制原理试卷与答案 一、填空题 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过稳定性与反馈量的差值进行的 2、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 3、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。 4、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。 5、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型有微分方程、函数等 6.闭环控制系统又称为反馈控制系统。 7.一线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与传递函数相同 8.控制系统线性化过程中，线性化的精度和系统变量的时间常数T有关。 9、.PID调节中的“P”指的是比例控制器 10.对控制系统的首要要求是系统具有稳定性。 11.反馈控制原理是检测偏差并纠正偏差的原理 12.根据采用的信号处理技术的不同，控制系统分为模拟控制系统和数学控制系统。 13、由控制器（含测量元件）和被控制对象组成的有机整体称为自动控制系统。 14、闭环系统是指系统输出量直接或地参与系统的控制的作用。 15、开环控制系统与闭环系统相互结合的控制方式是复合控制 16只有一个反馈通道的系统是单回路系统。 17、描述系统各个物理量之间关系的数学表达式或图形称为系统的数学模型 18、过渡过程的三要素是起始值、稳定值、时间常数 19从一个状态进入另一个稳态的中间过程叫做过渡过程或动态过程。 20、换路定律表明了换路前与换路后瞬间电路的工作状态之间的关系。 二、选择题 1、采用负反馈形式连接后，则 ( D ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( A )。 A 、增加开环极点； B 、在积节分环外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 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、下列哪种措施对改善系统的精度没有效果 ( C )。 A 、增加积分环节 B 、提高系统的开环增益K C 、增加微分环节 D 、引入扰动补偿 5、高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，则系统的 ( D ) 。 A 、准确度越高 B 、准确度越低 C 、响应速度越快 D 、响应速度越慢 6. 通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（ D ） A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件 7 系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（ C ） A.系统综合 B.系统辨识 C.系统分析 D.系统设计 8. 当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时，电动机可看作一个（ D ） A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节 9 某典型环节的传递函数是()1 51+=s s G ，则该环节是（ B ） A.比例环节 B.积分环节 C.惯性环节 D.微分环节 10、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 11、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 自动控制原理试卷有参 考答案 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN# 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 ， 阻尼比=ξ ， 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++ 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 . 1、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 。 2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。一阶系统传函标准形式是1 ()1 G s Ts = + ，二阶系统传函标准形式是 2 2 2 ()2n n n G s s s ωζωω=++(或：221()21G s T s T s ζ=++。 3、在经典控制理论中，可采用 劳斯判据 、根轨迹法或奈奎斯特判据等方法判断线性控制系统稳定性。 4、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。 5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为20lg ()A ω，横坐标为 lg ω 。 6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指 开环传函中具有正实部的极点的个数 (或：右半S 平面的开环极点个数) ，Z 是指闭环传函中具有正实部的极点的 自动控制原理试卷 一． 是非题（5分）： （1）系统的稳态误差有系统的开环放大倍数k 和类型决定的（ ）； （2）系统的频率特性是系统输入为正弦信号时的输出（ ）； （3）开环传递函数为)0(2>k s k 的单位负反馈系统能跟深速度输入信号（ ）； （4）传递函数中的是有量纲的，其单位为 （ ）； (5)闭环系统的极点均为稳定的实极点，则阶跃响应是无 调的（ ）； 二． 是非题（5分）： （1）为了使系统的过度过程比较平稳要求系统的相角裕量大于零（ ）； （2）Bode 图的横坐标是按角频率均匀分度的，按其对数值标产生的（ ）； （3）对于最小相位系统，根据对数幅频特性就能画出相频特性（ ）； （4）单位闭环负反馈系统的开环传递函数为) ()()(s D s N s G =，劳斯稳定判据是根据)(s D 的系数判闭环 系统的稳定性（ ）；奈奎斯特稳定判据是根据)(s G 的幅相频率特性曲线判闭环系统的稳定性 （ ）。 三． 填空计算题（15分）： （1）如图所示：RC 网络，其输出)(t u c 与输入)(t u r 的微分方程描述为 ，假定在零初始条件下，系统的传递函数)(s φ= ，该系统在)(1)(t t u r =作用时，有)(t u c = 。 (2)系统结构如图，该系统是 反馈系 统，是 阶系统，是 型系统，若要使系统的放大系数为1，调节时间为0.1秒（取%σ的误差带），0k 应为 ，t k 应 为 。 （3）如果单位负反馈系统的开环传递函数是) )(()()(b s a s c s k s G +++=，该系统是 阶系统，是 型系统，该系统的稳态位置误差系数为 ，稳态速度误差系数为 ，稳态加速度误差系数为速度误差系数为 。 四． 是非简答题（5分）： （1）已知某系统的开环传递函数在右半s 平面的极点数为，试叙述Nyquist 稳定判据的结论。 （2）试叙述系统稳定的充分必要条件。 （3）系统的稳定性不仅与系统结构有关，而且与输入信号有关，该结论是否正确。 （4）增加系统的开环放大倍数，系统的稳定性就变差，甚至变为不稳定，该结论是否正确。 五．计算题（10分） 已知某电路的微分方程为： t t i d t i C t U t U t i R t U d t i t i C t U t U t i R t U ??=+=-=+=)(1)()()()(])()([1)() ()()(22002212111111 其中)(t U i 为输入，)(0t U 为输出，2211,,,C R C R 均为常数，试建立系统方筷图，并求传递函数。 六． 计算题（15分） 某非单位反馈控制系统如图所示，若),(1*20)(t t r =，(1)求系统的稳态输出)(∞c ，及max c ，超调量%σ和调整时间s t 。(2)试画出单位阶跃响应曲线，并标出s t 及max c ,)(∞c 。 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>。 自动控制原理 试题 一 填空题(每空2分，共 30 分) 1、对自动控制系统的性能评价主要有_____ _ 、 、 。 2、连续系统传递函数是指在零初始条件下， 。 3、已知系统的传递函数为2 s-6 G(S)=s 43 s ++，则零点为 、极点为 。 4、一个闭环系统里，不同输入与输出之间的传递函数分母 。 5、二阶系统的最佳阻尼比为 。 6、一个二阶系统，当阻尼比为0<§<1,则其闭环极点位于 。 7、自动控制系统的基本控制方式为 和 。 8、下图为二阶系统的单位阶跃响应曲线，从该曲线的形状可知它的阻尼 比§_______。 9、系统的扰动分为 和 。 10、线性控制系统是指 。 二 名词解释(每题 6分，共 30 分) 1、什么是闭环控制系统？闭环控制系统的特点是什么？ 2、控制系统动态指标常用单位阶跃响应曲线上的t p、t s， %表示，试在图 上标出上述三个指标。 3、什么是系统的频率特性？频率特性包括什么？ 4、什么是系统的稳定性？线性系统稳定的充分必要条件是什么？ 5、什么是自动控制？ 三计算题(每题10分，共40 分) 1、画出惯性环节 1 G(S)= 5s+1 的Bode图。 2、已知单位负反馈系统的开环传递函数为 k G(S)= s(s+1)(s+2) ,为使系 统稳定，确定K的取值范围。 3、一阶系统如图所示，试求系统的单位阶跃响应的调节时间t s（设误差 带取±2％） c(s) G(S)= R(s)。 4、已知系统的结构图如下，求传递函数 一．填空题（每空2分，共30分） 1、稳定性、快速性、准确性； 2、输出量拉氏变换与输入量拉氏变换之比； 3、s=6； s=-1、s=-3； 4、相同； 5、0.707； 6、S平面左半平面； 7、开环控制、闭环控制； 8、§=0； 9、内部扰动、外部扰动； 10、能满足均匀性和叠加性的控制系统。 二、名词解释(每题6分，共30 分) 1、答：在一个控制系统中，系统的输出对控制器控制作用产生影响，这 样的控制系统称为闭环控制系统。也即通过检测装置获取变化的 被控参数信息，将其与给定值比较后形成误差，控制器按误差信 号的大小产生一个相应的控制信号，自动调整系统的输出，使其 误差趋向于零，这样便形成闭环反馈控制系统。 闭环控制系统的特点：对外部干扰和系统内部的参数变化不敏感， 系统能够达到较高的控制精度和较强的抗干扰能力。 2、如图所示： 自 动 控 制 理 论 2011年7月23日星期六 课程名称: 自动控制理论 （A/B 卷 闭卷） 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 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 的前馈复合控制和按 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 （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 ， 阻尼比=ξ ， 该系统的特征方程为 ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 。 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 。 6、根轨迹起始于 ，终止于 。 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 。 8、PI 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 ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。 期末考试-复习重点 自动控制原理1 一、单项选择题（每小题1分，共20分） 1. 系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（ ） A.系统综合 B.系统辨识 C.系统分析 D.系统设计 2. 惯性环节和积分环节的频率特性在（ ）上相等。 A.幅频特性的斜率 B.最小幅值 C.相位变化率 D.穿越频率 3. 通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（ ） A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件 4. ω从0变化到+∞时，延迟环节频率特性极坐标图为（ ） A.圆 B.半圆 C.椭圆 D.双曲线 5. 当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时，电动机可看作一个（ ） A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节 6. 若系统的开环传 递函数为2) (5 10+s s ，则它的开环增益为（ ） A.1 B.2 C.5 D.10 7. 二阶系统的传递函数5 2 5)(2++=s s s G ，则该系统是（ ） 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 8. 若保持二阶系统的ζ不变，提高ωn ，则可以（ ） 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 9. 一阶微分环节Ts s G +=1)(，当频率T 1=ω时，则相频特性)(ωj G ∠为（ ） A.45° B.-45° C.90° D.-90° 10.最小相位系统的开环增益越大，其（ ） A.振荡次数越多 B.稳定裕量越大 C.相位变化越小 D.稳态误差越小 11.设系统的特征方程为()0516178234=++++=s s s s s D ，则此系统 （ ） A.稳定 B.临界稳定 C.不稳定 D.稳定性不确定。 12.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 =（ ）时，闭环系统临界稳定。 A.10 B.20 C.30 D.40 13.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（ ） A.0 B.1 C.2 D.3 14.单位反馈系统开环传递函数为()s s s s G ++=652，当输入为单位阶跃时，则其位置误差为（ ） A.2 B.0.2 C.0.5 15.若已知某串联校正装置的传递函数为1 101)(++=s s s G c ，则它是一种（ ） A.反馈校正 B.相位超前校正 C.相位滞后—超前校正 D.相位滞后校正 16.稳态误差e ss 与误差信号E (s )的函数关系为（ ） A.)(lim 0s 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 ∞ →= 17.在对控制系统稳态精度无明确要求时，为提高系统的稳定性，最方便的是（ ） A.减小增益 B.超前校正 C.滞后校正 D.滞后-超前 18.相位超前校正装置的奈氏曲线为（ ）自动控制原理-期末考试试题卷
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