自动控制理论试题及答案.pdf

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1、二 000 年下半年高等教育自学考试全国统一命题考试自动控制理论试题（电力系统及其自动化专业本科）本试题分两部分，第一部分为选择题，1 页至 2 页，第二部分为非选择题，2 页至 8 页，共 8 页，共 8 页；选择题 20 分，非选择题 80 分，满分 100 分。考试时间 150 分钟。第一部分 选择题一、单项选择题（本大题共 15 小题，前 10 小题每题 1 分，后 5 小题每题 2 分，共 20 分）在每小题列出的四个选项中有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。1.实际生产过程的控制系统大部分是【】A.一阶系统 B.二阶系统.低阶系统.高阶系统.若开环传递

2、函数 G(s)H(s)不存在复数极点和零点，则【】.没有出射角和入射角.有出射角和入射角 C.有出射角无入射角落 D.无出射角有入射角3.若开环传递函数为G(s)K,此时相位裕量和的关系是【】sTs1 A.随 K 增加而增大 B.随 K 增大而减小 C.以上都不是 D.与 K 值无关4.超前校正装置的最大超前相角【】A.sin11111111 B.sin C.cos D.cos11115.对于同一系统的状态变量和状态空间描述具有【】.状态变量具有唯一性，状态空间描述具有非唯一性.状态变量具有非唯一性，状态空间描述具有唯一性.状态变量具有非唯一性，状态空间描述也具有非唯一性.状态变量具有唯一性，

3、状态空间描述也具有唯一性6.在工程问题中，常用_数学模型来表达实际的系统。【】.精确的.复杂的 C.简化的.类似的.正弦输入函数 r(t)的数学表达式是【】A.r(t)sin tr B.r(t)sin(t)C.r(t)Asin(t)D.r(t)A cos(t)8.二阶振荡环节的对数幅频特性的高频段的渐近线斜率为_dB/dec。【】A.40 B.-20 C.-40 D.09.欲改善系统动性能，一般采用【】A.增加附加零点 B.增加附加极点 B.同时增加附加零点，极点 D.A,B,C 均不行而用其它方法10.在各种校正方式中，_是最常见的一种，常加在系统中能量最小的地方。【】A.并联校正 B.串联

4、校正 C.局部反馈校正 D.前馈校正11.设系统的开环传递函数为，K要使系统稳定，K 值的取值范围为【】S(S1)(S5)A.K0 B.K40 C.0K40 D.0K30KG(s)的单位脉冲响应是 y(t)=_。【】Ts1Kt/T A.K(1e)B.t TTet/T C.et/T D.Ke-t/TT113.设开环系统的频率特性为 G(j)=G(j),则其频率特性的极坐标图的奈氏曲线2(1j)12.一阶系统G(s)与负虚轴交点的频率值_rad/s。【】A.0.1 B.1 C.10 D.214.负载效应_。A.不仅存在于电气环节，在其它类型的环节上也可能存在 B.不存在于电气环节，只存在于其它类型

5、的环节 C.只存在于电气环节，不存在于其它类型的环节 D.任何环节都不存在15.若系统XX具有状态可控性，则常系数 a,b 的关系应满足。【】0 a2 1b122A.a-b0 B.2b-b-a0 C.a-b=0 D.2b-b-a=0第二部分非选择题一、填空题（本大题共 10 小题，每小题 1 分，共 10 分）16控制系统的稳态误差一般要求在被控量稳定值的_以内。17在励磁控制系统中，_是被控对象。18采用拉氏变换，可将系统的_ 方程转换成_方程求解。19控制系统的分析和综合方法有_，时域法，根轨迹法，状态空间法等。20当 K0 时，0 型系统的奈氏图始于_的有限值处。21比例环节的对数幅频特

6、性 L（）=。22闭环频率特性的性能指标有_,_和频带宽度b。23如果根轨迹位于实轴上两个相邻的开环零点之间，那么这两个零点之间必定存在_。24超前校正装置的奈氏曲线为一个_。25在给定时刻 t，状态向量 X(t)在状态空间中是_。三、名词解释题（本大题共 5 小题，每小题 2 分，共 10 分）26连续控制系统27特征方程式28二阶系统（附微分方程式或传递函数描述）29频率特性30渐近稳定性四、简答题（本大题共 6 小题，每小题 4 分，共 24 分）31对自动控制系统的性能要求是什么？32某环节的动态方程为y(t)x(t)y，试写出该环节的传递函数，并画出其阶跃响应曲线。33控制系统的典型

7、输入信号有哪几种？试写出其数学表达式。34设开环系统的传递函数为G(s)函数？为什么？35已知负反馈系统的奈氏图如下图所示，设开环增益 K=500，在 S 平面右半部开环极点数 P=0，试确定 K 为何值时系统稳定，为何值时系统不稳定。10(s2)，试问 G(s)是否为最小相位传递32s10s10s 136如何充分发挥滞后超前校正装置的作用？五、计算题（本大题共 4 小题，共 36 分）37.（8 分）已知单位反馈控制系统的开环传递函数为G0(s)求：1）r(t)=1(t)时的输出 y(t)；2）求调整时间ts(2%)。38（8 分）设开环传递函数为G(s)H 9(s)制根轨迹的大致图形。39

8、(10 分)单位负反馈系统的开环传递函数为:G(s)（1）试绘制开环系统的极坐标草图；（2）确定相频特性()180()=对应的频率值g及幅值|G(jg)|。40（10 分）设系统状态空间描述y cxXAXBu10s 10K(s1z1)，其中 z1a0，试绘(sj)(sj)0.82s(ss 1)中，矩阵 A，B，C 分别为10 0 01020 00ABC-4,-3,1,16-2 3 033-2 0 02试判断系统的可控性和输出可控性。二 000 年下半年高等教育自学考试全国统一命题考试自动控制理论试题参考答案及评分标准（电力系统及其自动化专业本科）一、单项选择题（本大题共 15 小题，前 10

9、小题 1 分，后 5 题每小题 2 分，共 20 分）1.D 2.A 3.B 4.A 5.C6.C 7.C 8.C 9.A 10.B11.D 12.C 13.B 14.A 15.B二、填空题（本大题共 10 小题，每小题 1 分，共 10 分）16.2%或 5%17.发电机 18.微分，代数 19.频域法20.正实轴 21.20lgk 22.谐振峰值 Mr，谐振频率r23.会合点 24.半圆 25.一个点三、名词解释（本大题共 5 小题，每小题 2 分，共 10 分）26.其信号都是时间的连续函数的控制系统。27.传递函数的分母多项式称为系统的特征方程式。28.由二阶微分方程或传递函数描述的系

10、统称为二阶系统。d2y(t)dy(t)222y(t)x(t)二阶系统的微分方程为nnn2dtdt式中阻尼比，n自然振荡频率x(t)输入信号，y(t)输出信号2nY(s)二阶系统的传递函数为G(s)22X(s)s2nsn注：微分方程或传递洗耳恭听数不写扣 1 分）29.线性定常系统在正弦输入时，稳态输出 yss(t)与输入 x(t)的振幅比XG(j)和相位移YG(j)随频率而变化的函数关系称为系统的频率特性G(j)（1 分）即G(j)G(j)ej/G(J)M()ej()（1 分）30.指系统没有输入作用时，仅在初始条件作用下，输出能随时间的推移而趋于零（指系统的平衡状态），称为渐近稳定性。四、简

11、答题（本大题共 6 小题，每小题 4 分，共 24 分）31.【参考答案及评分标准】对自动控制系统的性能要求为三个方面：稳定性，快速性和准确性。1)稳定性，是最基本的要求，不稳定的控制系统是不能工作的。2)快速性，在稳定前提下，希望过渡过程越快越好。3)准确性，希望动态偏差和静态偏差越小越好。每种要求各 1 分，综合叙述 1 分）32.【参考答案及评分标准】传递函数为G(s)Y(s)X(S)eta (2y(s)t (21阶跃响应曲线33.【参考答案及评分标准】1）阶跃函数x(t)0,t0 x,t式中 x00阶跃进函数的幅值。2）斜坡函数x(t)0,t0vt,t0式中 v斜坡函授数的斜率3）0,

12、t0抛物线函数x(t)122Rt,t0式中 R常数4）脉冲函数x(t)0,t0R,0t0,t式中 R常数 无穷小值5）正弦函数 x(t)=Asin(t+)式中 A正弦函数的最大幅值角频率分)分)相位角（注：答对 4 种以上得满分，答对 1 种得 1 分）34.【参考答案及评分标准】1）由劳斯判据判断开环极点是否位于 S 平面左半部S31 10S2 10 1S1 9.9 0S0 1由劳斯判据知开环极点全部位于 S 平面左半部 3 分2)G(s)的开环零点 z=-2 位于 S 平面左半部，故系统为最小相位系统。35.【参考答案及评分标准】25K104,0K10 时系统稳定 2 分 10K104时系

13、统不稳定 2 分36.【参考答案及评分标准】滞后部分设置在低频段,（2 分）超前部分设置在中频段 2 分五、计算题（本大题共 4 小题，共 36 分，各小题分标在题后）36.（8 分）【参考答案及评分标准】解：系统的闭环传递函数为37.（8 分）【参考答案及评分标准】解：系统的闭环传递函数为10G(s)Y(s)100.5X(s)s 10 2 分110s200.05s 1s 10Y(s)10s20R(s)101 11s(s20)2(ss20)2 分1）y(t)L1Y(s)12(1e20t)2 分分 1当=2%时，一阶系统的 ta=4T=40.05=0.2 秒（2 分）38.（10 分）【参考答案

14、及评分标准】39.（10 分）【参考答案及评分标准】解：求G(j)0.8j(12j)（1）（2 分）1）当0时,G j,()90（2 分）当时,G j0,()270（2 分）极坐标草图如右图所示（2 分）2）写出G(j)0.822(1)g()(90tg1)（1 分）21g1)180由题意知()(90tg21g即tg190,解得g1(rad/s)（1 分）21g将g=1 代入（2）式，得G(jg)0.8（1 分）（2）（1 分）40.（10 分）【参考答案及评分标准】解：可控性判断矩阵为 P=B AB A B A B231 0 0 0110 2 0 000（1 分）AB-6-2 3 033-3-2 0 4251 0 0 0110 2 0 00022 1 分A B-6-2 3 033-3-2 0 4251 0 0 0110 2 0 0003 1 分A3B-6-2 3 033-3-2 0 42651 1 1 111p0 0 0 0003 3 33333 12 5 17 65265显见 RankP4,系统不可控。输出可控矩阵为（D=0）CP=CB CAB CA2B CA3B1 1 1 14,-3,1 1 p0 0 0 03 3 332 5 17 651 41664系统输出可控。1分分分 3