自动控制原理试题库含答案.docx

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1、一、填空题每空 1 分，共15分 1、反响限制又称偏向限制，其限制作用是通过给定值与反响量的差值进展的。2、复合限制有两种根本形式：即按输入的前馈复合限制和按扰动的前馈复合限制。3、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，那么G(s)为G1(s)+G2(s)用G1(s)与G2(s) 表示。4、典型二阶系统极点分布如图1所示，那么无阻尼自然频率，阻尼比，该系统的特征方程为 ，该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。5、假设某系统的单位脉冲响应为，那么该系统的传递函数G(s)为。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，那么该

2、系统的开环传递函数为。8、PI限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，可以改善系统的稳态性能。1、在水箱水温限制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。2、自动限制系统有两种根本限制方式，当限制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联络时，称为开环限制系统；当限制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联络时，称为闭环限制系统；含有测速发电机的电动机速度限制系统，属于闭环限制系统。3、稳定是对限制系统最根本的要求，假设一个限制系统的响应曲线为衰减振荡，那么该系统稳定。推断一个闭环线性限制系统是否稳定，在时域分析中承受劳斯判据；在频域分析中承受奈奎斯特判据。

3、4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常限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，那么其开环幅频特性为，相频特性为。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对应时域性能指标调整时间，它们反映了系统动态过程的。1、对自动限制系统的根本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和精确性。2、限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，二阶系统传函标准形式是。3、在经典限制理论中，可承受劳斯判据、根轨迹法或奈奎斯特判据等方法推断线性限制系统稳定性。4、限制系统的数学模型，取决于系统构造和

4、参数, 与外作用和初始条件无关。5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为，横坐标为。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，定义为调整时间。是超调。8、PI限制规律的时域表达式是。P I D 限制规律的传递函数表达式是。9、设系统的开环传递函数为，那么其开环幅频特性为，相频特性为。1、对于自动限制系统的性能要求可以概括为三个方面，即：稳定性、精确性 和快速性，其中最根本的要求是稳定性。2、假设某单位负反响限制系统的前向

5、传递函数为，那么该系统的开环传递函数为。3、能表达限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，在古典限制理论中系统数学模型有微分方程、传递函数等。4、推断一个闭环线性限制系统是否稳定，可承受劳思判据、根轨迹、奈奎斯特判据等方法。5、设系统的开环传递函数为，那么其开环幅频特性为，相频特性为。6、PID限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。 7、最小相位系统是指S右半平面不存在系统的开环极点和开环零点。二、选择题每题 2 分，共20分1、承受负反响形式连接后，那么 (D)A、确定能使闭环系统稳定； B、系统动态性能确定会进步；C、确定能使干扰引起的误差渐渐减小

6、，最终完全消退；D、须要调整系统的构造参数，才能改善系统性能。2、以下哪种措施对进步系统的稳定性没有效果 (A)。A、增加开环极点； B、在积分环节外加单位负反响；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 ，那么系统 (C)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。4、系统在作用下的稳态误差，说明 (A)A、 型别； B、系统不稳定；C、 输入幅值过大； D、闭环传递函数中有一个积分环节。5、对于以下状况应绘制0根轨迹的是(D)A、主反响口符号为“- ； B、除外的其他参数变更时；C、非单位反响系统； D、根轨迹方程标准形式

7、为。6、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标(A) 。A、超调 B、稳态误差 C、调整时间 D、峰值时间7、开环幅频特性如图2所示， 那么图中不稳定的系统是(B)。 系统 系统 系统图2A、系统 B、系统 C、系统 D、都不稳定8、假设某最小相位系统的相角裕度，那么以下说法正确的选项是 (C)。A、不稳定； B、只有当幅值裕度时才稳定；C、稳定； D、不能判用相角裕度推断系统的稳定性。9、假设某串联校正装置的传递函数为，那么该校正装置属于(B)。 A、超前校正 B、滞后校正 C、滞后-超前校正 D、不能推断10、以下串联校正装置的传递函数中，能在处供应最大相位超前角的是(B)：A、 B

8、、 C、 D、1、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构造参数，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确定了系统的稳定性。2、以下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、进步系统的开环增益K C、增加微分环节 D、引入扰动补偿3、高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，那么系统的 (D) 。A、精确度越高 B、精确度越低 C、响应速度越快 D、响应速度越慢4、系统的开环传递函数为，那么该系统的开环增益为 (C)。A、 50 B、25 C、10 D、5 5、

9、假设某系统的根轨迹有两个起点位于原点，那么说明该系统(B) 。 A、含两个志向微分环节 B、含两个积分环节 C、位置误差系数为0 D、速度误差系数为06、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标(A) 。A、超调 B、稳态误差 C、调整时间 D、峰值时间7、某些系统的开环传递函数如下，属于最小相位系统的是(B)A、 B 、 C 、 D、8、假设系统增加相宜的开环零点，那么以下说法不正确的选项是 (B)。 A、可改善系统的快速性和平稳性； B、会增加系统的信噪比；C、会使系统的根轨迹向s平面的左方弯曲或挪动； D、可增加系统的稳定裕度。9、开环对数幅频特性的低频段确定了系统的(A)。A、稳态

10、精度 B、稳定裕度 C、抗干扰性能 D、快速性10、以下系统中属于不稳定的系统是(D)。 A、闭环极点为的系统 B、闭环特征方程为的系统C、阶跃响应为的系统 D、脉冲响应为的系统1、关于线性系统稳态误差，正确的说法是：(C) A、 一型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差 ；B、 稳态误差计算的通用公式是；C、 增大系统开环增益K可以减小稳态误差；D、 增加积分环节可以消退稳态误差，而且不会影响系统稳定性。2、相宜应用传递函数描绘的系统是 (A)。A、单输入，单输出的线性定常系统；B、单输入，单输出的线性时变系统；C、单输入，单输出的定常系统；D、非线性系统。3、假设某负反响限制系统的开环传递函数为

11、，那么该系统的闭环特征方程为 (B)。A、 B、 C、 D、与是否为单位反响系统有关4、非单位负反响系统，其前向通道传递函数为G(S)，反响通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，那么从输入端定义的误差E(S)为 (D)A、 B 、C 、 D、5、以下负反响系统的开环传递函数，应画零度根轨迹的是 (A)。A、 B 、 C 、 D、6、闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的(D)：A、低频段 B、开环增益 C、高频段 D、中频段 7、单位反响系统的开环传递函数为，当输入信号是时，系统的稳态误差是(D)A、 0 ； B、 ； C、 10 ； D、 208、关于系统零极点位置对系统性能

12、的影响，以下观点中正确的选项是(A)A 、 假设闭环极点全部位于S左半平面，那么系统确定是稳定的。稳定性与闭环零点位置无关；B、 假设闭环系统无零点，且闭环极点均为负实数极点，那么时间响应确定是衰减振荡的；C 、 超调量仅取决于闭环复数主导极点的衰减率，与其它零极点位置无关； D、 假设系统有开环极点处于S右半平面，那么系统不稳定。1、关于奈氏判据和其扶植函数 F(s)= 1 + G(s)H(s)，错误的说法是 (A)A、 F(s)的零点就是开环传递函数的极点B、 F(s)的极点就是开环传递函数的极点C、 F(s)的零点数与极点数一样D、 F(s)的零点就是闭环传递函数的极点2、负反响系统的开

13、环传递函数为，那么该系统的闭环特征方程为 (B)。A、 B、 C、 D、与是否为单位反响系统有关 3、一阶系统的闭环极点越靠近S平面原点，那么 (D) 。 A、精确度越高 B、精确度越低 C、响应速度越快 D、响应速度越慢4、系统的开环传递函数为，那么该系统的开环增益为 (C)。A、 100 B、1000 C、20 D、不能确定5、假设两个系统的根轨迹一样，那么有一样的(C)：A、闭环零点和极点 B、开环零点 C、闭环极点 D、阶跃响应6、以下串联校正装置的传递函数中，能在处供应最大相位超前角的是 (B)。A、 B、 C、 D、7、关于P I 限制器作用，以下观点正确的有(A)A、可使系统开环

14、传函的型别进步，消退或减小稳态误差；B、积分部分主要是用来改善系统动态性能的；C、比例系数无论正负、大小如何变更，都不会影响系统稳定性；D、只要应用P I限制规律，系统的稳态误差就为零。8、关于线性系统稳定性的断定，以下观点正确的选项是 (C)。A、线性系统稳定的充分必要条件是：系统闭环特征方程的各项系数都为正数；B、无论是开环极点或是闭环极点处于右半S平面，系统不稳定；C、假设系统闭环系统特征方程某项系数为负数，系统不稳定；D、当系统的相角裕度大于零，幅值裕度大于1时，系统不稳定。9、关于系统频域校正，以下观点错误的选项是(C)A、一个设计良好的系统，相角裕度应为45度左右；B、开环频率特性

15、，在中频段对数幅频特性斜率应为；C、低频段，系统的开环增益主要由系统动态性能要求确定；D、利用超前网络进展串联校正，是利用超前网络的相角超前特性。10、单位反响系统的开环传递函数为，当输入信号是时，系统的稳态误差是(D)A、 0 B、 C、 10 D、 20三、(8分)试建立如图3所示电路的动态微分方程，并求传递函数。图3解：1、建立电路的动态微分方程依据KCL有 即2、求传递函数对微分方程进展拉氏变换得 得传递函数 三、(8分)写出以下图所示系统的传递函数构造图化简，梅逊公式均可。解：传递函数G(s):依据梅逊公式 4条回路:, ， 无互不接触回路。特征式： 2条前向通道: ； 一G(s)R

16、(s)C(s)图 1 三、(16分)系统的构造如图1 所示，其中，输入信号为单位斜坡函数，求系统的稳态误差(8分)。分析能否通过调整增益 ，使稳态误差小于 0.2 (8分)。解：型系统在跟踪单位斜坡输入信号时，稳态误差为而静态速度误差系数稳态误差为。要使必需，即要大于5。但其上限要符合系统稳定性要求。可由劳斯判据确定其上限。系统的闭环特征方程是构造劳斯表如下为使首列大于0，必需。综合稳态误差和稳定性要求，当时能保证稳态误差小于0.2。三、写出以下图所示系统的传递函数构造图化简，梅逊公式均可。解：传递函数G(s):依据梅逊公式 2分3条回路:,， 1分1对互不接触回路: 1分2分1条前向通道:

17、2分2分四、共20分系统构造图如图4所示：图41、写出闭环传递函数表达式；4分2、要使系统满意条件：,试确定相应的参数和；4分3、求此时系统的动态性能指标；4分4、时，求系统由产生的稳态误差；4分5、确定，使干扰对系统输出无影响。4分解：1、4分 2、4分 3、4分 4、4分 5、4分令：得：四、共20分设系统闭环传递函数 ，试求：1、； ；时单位阶跃响应的超调量、调整时间和峰值时间。7分2、；和；时单位阶跃响应的超调量、调整时间和峰值时间。7分3、依据计算结果，探讨参数、对阶跃响应的影响。6分解：系统的闭环传函的标准形式为：，其中 1、当 时， 4分当 时， 3分2、当 时， 4分当 时，

18、3分3、依据计算结果，探讨参数、对阶跃响应的影响。6分(1)系统超调只与阻尼系数有关，而与时间常数T无关，增大，超调减小；2分(2)当时间常数T确定，阻尼系数增大，调整时间减小，即暂态过程缩短；峰值时间增加，即初始响应速度变慢； 2分(3)当阻尼系数确定，时间常数T增大，调整时间增加，即暂态过程变长；峰值时间增加，即初始响应速度也变慢。 2分四、(16分)设负反响系统如图2 ，前向通道传递函数为，假设承受测速负反响，试画出以为参变量的根轨迹(10分)，并探讨大小对系统性能的影响(6分)。图2 H (s)一G(s)R(s)C(s)解：系统的开环传函，其闭环特征多项式为，1分以不含的各项和除方程两

19、边，得，令，得到等效开环传函为2分参数根轨迹，起点：，终点：有限零点，无穷零点2分实轴上根轨迹分布：，02分实轴上根轨迹的别离点：令，得合理的别离点是，2分该别离点对应的根轨迹增益为，对应的速度反响时间常数1分根轨迹有一根与负实轴重合的渐近线。由于开环传函两个极点，一个有限零点且零点不在两极点之间，故根轨迹为以零点为圆心，以该圆心到别离点间隔 为半径的圆周。根轨迹与虚轴无交点，均处于s左半平面。系统确定稳定。根轨迹如图1所示。4分探讨大小对系统性能的影响如下：1、当时，系统为欠阻尼状态。根轨迹处在第二、三象限，闭环极点为共轭的复数极点。系统阻尼比随着由零渐渐增大而增加。动态响应为阻尼振荡过程，

20、增加将使振荡频率减小，但响应速度加快，调整时间缩短。1分2、当，为临界阻尼状态，动态过程不再有振荡和超调。1分3、当，为过阻尼状态。系统响应为单调变更过程。1分图1四题系统参数根轨迹四、(共15分)某单位反响系统的闭环根轨迹图如以下图所示1、写出该系统以根轨迹增益K*为变量的开环传递函数；7分2、求出别离点坐标，并写出该系统临界阻尼时的闭环传递函数。8分1 2-2 -1 2 1-1 -2jws1、写出该系统以根轨迹增益K*为变量的开环传递函数；7分2、求出别离点坐标，并写出该系统临界阻尼时的闭环传递函数。8分解：1、由图可以看出，系统有1个开环零点为：11分；有2个开环极点为：0、-21分，而

21、且为零度根轨迹。由此可得以根轨迹增益K*为变量的开环传函 5分2、求别离点坐标，得 2分分别对应的根轨迹增益为 2分别离点d1为临界阻尼点，d2为不稳定点。单位反响系统在d1临界阻尼点对应的闭环传递函数为，4分五、(共15分)某单位反响系统的开环传递函数为: 1、绘制该系统以根轨迹增益Kr为变量的根轨迹求出：渐近线、别离点、与虚轴的交点等；8分2、确定使系统满意的开环增益的取值范围。7分1、绘制根轨迹 8分(1)系统有有3个开环极点起点：0、-3、-3，无开环零点有限终点；1分 (2)实轴上的轨迹：-，-3和-3，0； 1分(3) 3条渐近线： 2分(4) 别离点： 得： 2分 (5)与虚轴交

22、点： 2分绘制根轨迹如右图所示。2、7分开环增益K与根轨迹增益Kr的关系：得 1分 系统稳定时根轨迹增益Kr的取值范围：， 2分系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益Kr的取值范围：， 3分系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围： 1分五、(共15分)某单位反响系统的开环传递函数为，试： 1、绘制该系统以根轨迹增益Kr为变量的根轨迹求出：别离点、与虚轴的交点等；8分2、求系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围。7分(1)系统有有2个开环极点起点：0、3，1个开环零点终点为：-1；2分(2)实轴上的轨迹：-，-1和0，3； 2分(3)求别离点坐标，得 ； 2分分别对应的根轨迹增益为(4)

23、求与虚轴的交点系统的闭环特征方程为,即令,得 2分根轨迹如图1所示。图12、求系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围系统稳定时根轨迹增益Kr的取值范围：， 2分系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益Kr的取值范围：， 3分开环增益K与根轨迹增益Kr的关系： 1分系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K的取值范围： 1分五、系统开环传递函数为均大于0 ，试用奈奎斯特稳定判据推断系统稳定性。 (16分) 第五题、第六题可任选其一解：由题：，系统的开环频率特性为2分开环频率特性极坐标图 起点：；1分终点：；1分 图2五题幅相曲线1与实轴的交点：令虚频特性为零，即得2分实部2分开环极坐标图如图2所示。4分

24、由于开环传函无右半平面的极点，那么当时，极坐标图不包围1，j0点，系统稳定。1分当时，极坐标图穿过临界点1，j0点，系统临界稳定。1分当时，极坐标图顺时针方向包围1，j0点一圈。 按奈氏判据，ZPN2。系统不稳定。(2分)闭环有两个右平面的极点。R(s)C(s)五、系统构造如以下图所示，求系统的超调量和调整时间。12分解：由图可得系统的开环传函为： 因为该系统为单位负反响系统，那么系统的闭环传递函数为， 与二阶系统的标准形式 比较，有 解得 所以 2分或，六、共22分某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线如图5所示：1、写出该系统的开环传递函数；8分2、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性和开

25、环相频特性。3分3、求系统的相角裕度。7分4、假设系统的稳定裕度不够大，可以承受什么措施进步系统的稳定裕度？4分解：1、从开环波特图可知，原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性环节。故其开环传函应有以下形式 (2分)由图可知：处的纵坐标为40dB, 那么, 得 (2分) 2分故系统的开环传函为 2分2、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性和开环相频特性：开环频率特性 1分开环幅频特性 1分开环相频特性： 1分3、求系统的相角裕度： 求幅值穿越频率，令 得3分 2分 2分对最小相位系统 临界稳定4、4分可以承受以下措施进步系统的稳定裕度：增加串联超前校正装置；增加串联滞后校正装置；增加串联

26、滞后-超前校正装置；增加开环零点；增加PI或PD或PID限制器；在积分环节外加单位负反响。六、共22分反响系统的开环传递函数为 ，试： 1、用奈奎斯特判据推断系统的稳定性；10分2、假设给定输入r(t) = 2t2时，要求系统的稳态误差为0.25，问开环增益K应取何值。7分3、求系统满意上面要求的相角裕度。5分解：1、系统的开环频率特性为2分幅频特性：， 相频特性：2分起点：；1分终点：；1分 ，图2曲线位于第3象限与实轴无交点。1分开环频率幅相特性图如图2所示。 推断稳定性：开环传函无右半平面的极点，那么，极坐标图不包围1，j0点，那么依据奈氏判据，ZP2N0 系统稳定。3分 2、假设给定输

27、入r(t) = 2t2时，要求系统的稳态误差为0.25，求开环增益K：系统为1型，位置误差系数K P =，速度误差系数KV =K ， 2分依题意： ， 3分得 2分故满意稳态误差要求的开环传递函数为3、满意稳态误差要求系统的相角裕度：令幅频特性：，得， 2分， 1分相角裕度： 2分六、最小相位系统的对数幅频特性如图3所示。试求系统的开环传递函数。(16分)L()1110202-20-40-40图 3 -10dBC(s)R(s)一图4 解：从开环波特图可知，系统具有比例环节、两个积分环节、一个一阶微分环节和一个惯性环节。故其开环传函应有以下形式 (8分)由图可知：处的纵坐标为40dB, 那么,得

28、 (2分)又由的幅值分贝数分别为20和0，结合斜率定义，有，解得 rad/s(2分)同理可得或 ，得 rad/s(2分) 故所求系统开环传递函数为(2分)六、最小相位系统的开环对数幅频特性和串联校正装置的对数幅频特性如以下图所示，原系统的幅值穿越频率为：共30分 1、 写出原系统的开环传递函数,并求其相角裕度，推断系统的稳定性；10分 2、 写出校正装置的传递函数；5分 3、写出校正后的开环传递函数，画出校正后系统的开环对数幅频特性，并用劳斯判据推断系统的稳定性。15分1101002040-20dB/dec-20dB/dec-40dB/dec-60dB/decL(w)wL0Lc解：1、从开环波

29、特图可知，原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性环节。故其开环传函应有以下形式 (2分)由图可知：处的纵坐标为40dB, 那么,得 (2分)故原系统的开环传函为 2分求原系统的相角裕度：由题知原系统的幅值穿越频率为 1分 1分对最小相位系统不稳定2、从开环波特图可知，校正装置一个惯性环节、一个微分环节，为滞后校正装置。故其开环传函应有以下形式 (5分)3、校正后的开环传递函数为 (4分)用劳思判据推断系统的稳定性系统的闭环特征方程是2分构造劳斯表如下 首列均大于0，故校正后的系统稳定。4分画出校正后系统的开环对数幅频特性L(w)-20-4040-20-40w20101-60起始斜率:-20

30、dB/dec(一个积分环节) 1分转折频率:(惯性环节), (一阶微分环节), (惯性环节), (惯性环节) 4分七、设限制系统如图4，要求校正后系统在输入信号是单位斜坡时的稳态误差不大于0.05，相角裕度不小于40o ，幅值裕度不小于 10 dB，试设计串联校正网络。( 16分)解：1、系统开环传函，输入信号为单位斜坡函数时的稳态误差为，由于要求稳态误差不大于0.05，取故5分2、校正前系统的相角裕度计算：得rad/s；而幅值裕度为无穷大，因为不存在。2分3、依据校正后系统对相位裕度的要求，确定超前环节应供应的相位补偿角2分4、校正网络参数计算2分5、超前校正环节在处的幅值为：使校正后的截止频率发生在 解得2分6、计算超前网络 在放大3.4倍后，超前校正网络为校正后的总开环传函为：2分7校验性能指标相角裕度由于校正后的相角始终大于180o，故幅值裕度为无穷大。符合设计性能指标要求。1分