自动控制原理期末试题套及答案一套.doc

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1、自动控制理论 A/B卷 闭卷一、填空题每空 1 分，共15分 1、反应控制又称偏差控制，其控制作用是通过 与反应量的差值进展的。2、复合控制有两种根本形式：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 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 。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 ，终止于 。7、设某最小相位系统的相频特性为，那么该系统的开环传

2、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、采用负反应形式连接后，那么 ( )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、需要调整系统的构造参数，才能改善系统性能。2、以下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应；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 ( )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

3、闭环极点数。4、系统在作用下的稳态误差，说明 ( )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、对于以下情况应绘制0根轨迹的是( )A、主反应口符号为“- ； B、除外的其他参数变化时；C、非单位反应系统； D、根轨迹方程标准形式为。6、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标( ) 。A、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( )。 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 ( )。A、不稳定； B、只

4、有当幅值裕度时才稳定；C、稳定； D、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。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( )。 A、超前校正 B、滞后校正 C、滞后-超前校正 D、不能判断10、以下串联校正装置的传递函数中，能在处提供最大相位超前角的是：A、 B、 C、 D、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、要使系统满足条件：,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分五、(共15分)某单位反

5、应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、确定使系统满足的开环增益的取值范围。7分六、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、开环幅频特性及开环相频特性。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，可以采用什么措施提高系统的稳定裕度？4分试题一参考答案一、填空题(每题1分，共15分)1、给定值2、输入；扰动； 3、G1(s)+G2(s)；4、； ；衰减振荡5、；6、开环极点；开环零点7、8、； 稳态性能二、判断选择题(每题2分

6、，共 20分)1、D2、A3、C4、A5、D6、A7、B8、C 9、B10、B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分)即 (2分)2、求传递函数对微分方程进展拉氏变换得 (2分)得传递函数 (2分) 第1 页 共 2 页四、(共20分)解：1、4分 2、4分 3、4分 4、4分 5、4分令：得：五、(共15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及-3，0； 1分(3) 3条渐近线： 2分(4) 别离点： 得： 2分 (5)与虚轴交点： 2分绘制根

7、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分六、共22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、开环幅频特性及开环相频特性：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

8、分对最小相位系统 临界稳定4、4分可以采用以下措施提高系统的稳定裕度：增加串联超前校正装置；增加串联滞后校正装置；增加串联滞后-超前校正装置；增加开环零点；增加PI或PD或PID控制器；在积分环节外加单位负反应。 试题二一、填空题每空 1 分，共15分 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为 ，被控量为 。2、自动控制系统有两种根本控制方式，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 ；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 ；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 。3、稳定是对控制系统最根本的要求，假设一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，那么该系统 。判

9、断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用 ；在频域分析中采用 。4、传递函数是指在 初始条件下、线性定常控制系统的 与 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 ，它们反映了系统动态过程的。二、选择题每题 2 分，共20分1、关于传递函数，错误的说法是 ( ) 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决定了系统的稳定性。2、以下哪种措施

10、对改善系统的精度没有效果 ( )。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3、高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，那么系统的 ( ) 。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4、系统的开环传递函数为，那么该系统的开环增益为 ( )。A、 50 B、25 C、10 D、5 5、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( ) 。 A、含两个理想微分环节 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、超调 B、稳态误差 C、调整时间 D、峰值时间7

11、、某些系统的开环传递函数如下，属于最小相位系统的是( )A、 B 、 C 、 D、8、假设系统增加适宜的开环零点，那么以下说法不正确的选项是 ( )。 A、可改善系统的快速性及平稳性； B、会增加系统的信噪比；C、会使系统的根轨迹向s平面的左方弯曲或移动； D、可增加系统的稳定裕度。9、开环对数幅频特性的低频段决定了系统的( )。A、稳态精度 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( )。 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。四、共20分设系

12、统闭环传递函数 ，试求： 1、； ；时单位阶跃响应的超调量、调节时间及峰值时间。7分 2、；和；时单位阶跃响应的超调量、调节时间和峰值时间。7分3、根据计算结果，讨论参数、对阶跃响应的影响。6分五、(共15分)某单位反应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分六、共22分反应系统的开环传递函数为 ，试： 1、用奈奎斯特判据判断系统的稳定性；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、求系统满足上面要求的相角裕度。

13、5分试题三一、填空题每空 1 分，共20分 1、对自动控制系统的根本要求可以概括为三个方面，即： 、快速性和 。2、控制系统的 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、在经典控制理论中，可采用、根轨迹法或 等方法判断线性控制系统稳定性。4、控制系统的数学模型，取决于系统和 , 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 ，横坐标为 。6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P是指 ，Z是指 ，R指 。7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，定义为 。是 。8、PI控制规律的时域表达式是 。P I D 控制规律的传递函数表达式是 。9、设系统的

14、开环传递函数为，那么其开环幅频特性为 ，相频特性为 。二、判断选择题(每题2分，共 16分)1、关于线性系统稳态误差，正确的说法是：( ) 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除稳态误差，而且不会影响系统稳定性。2、适合应用传递函数描述的系统是 ( )。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、假设某负反应控制系统的开环传递函数为，那么该系统的闭环特征方程为 ( )。A、 B、 C、 D、与是否为单位反应系统有关4

15、、非单位负反应系统，其前向通道传递函数为G(S)，反应通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，那么从输入端定义的误差E(S)为 ( )A、 B 、C 、 D、5、以下负反应系统的开环传递函数，应画零度根轨迹的是 ( )。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：A、低频段 B、开环增益 C、高频段 D、中频段 7、单位反应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( )A、 0 ； B、 ； C、 10 ； D、 208、关于系统零极点位置对系统性能的影响，以下观点中正确的选项是( )A 、 如果闭环极点全部位于S左半平面，那么系统一定是稳

16、定的。稳定性与闭环零点位置无关；B、 如果闭环系统无零点，且闭环极点均为负实数极点，那么时间响应一定是衰减振荡的；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、 如果系统有开环极点处于S右半平面，那么系统不稳定。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)。分析能否通过调节增益 ，使稳态误差小于 0.2 (8分)。一G(s)R(s)C(s)图 1 四、(16分)设负反应系统如图2 ，前向通道传递函数为，假设采用测速负反应，试画出以为参变量的根轨迹(10分)，并讨论大小对系统性能的影响(6分)。图2 H (s)一G(s)R(s)C(s)五、系统开环传递函数为均大于0 ，试用奈奎斯特稳定判据判断系统稳定性。 (16分) 第五题、第六题可任选其一六、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 七、设控制系统如图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)