自动控制原理期末习题
测试题说明：所有的客观题都是以填空的形式给到大家，考试时的考核类型可能为填空、选择、判断等，考核内容和以下题目大致相似，大家好好复习！ 考试题型为：选择（2分*10题=20分），填空（1分*25=25分），大题（55分） 选择填空大部分从以下题目中提炼总结，考核形式可能会有所改变，大题题型基本和下面题目的题型相似，但是题目会有所变化(比如传递函数更换、参数更换、要求做些调整等等)
禁止考试时抄小抄，一旦发现，试卷0分，请参加大补考！
没有交全作业或实验报告的同学、上课经常不到的同学平时成绩会比较低，因此要好好复习。 第一章测试题
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. 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。
4. 自动控制系统可以分为定值控制系统、 随动 控制系统和程序控制系统。
锅炉汽包水位控制系统属于 定值 控制系统，跟踪卫星的雷达天线控制系统属于 随动 控制系统。
5. 自动控制系统的基本要求是 稳定性 、 快速性或动态性能 、 准确
性或稳态性能 。 第二章测试题
1. 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。
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. 某系统的传递函数为)
16)(13(18
)(++=
s s s G ，其极点是 s1=-1/3, s2=-1/6 。
4. 已知系统的开环传递函数为
)
5)(12(50
++s s ，则该系统的开环增益为 10 ，
根轨迹增益为 25 。
5. 已知负反馈系统的开环传递函数为2
21
()56
s G s s s +=
++，则该系统的闭环特征方程为 2(56)(21)0s s s ++++=
。 6. 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
+
++ 。 7. 一阶系统传递的标准形式是 1
()1
G s Ts =
+ ，二阶系统传递函数的标准形式是 2
22
()2n
n n
G s s s ωζωω=++ (或：221()21G s T s T s ζ=++)。 8. 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）。
9. 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，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）。 10. 以下系统的传递函数为
()
1()()
G s G s H s + 。
11. 求下图所示RLC 电路的传递函数)
()
()(s U s U s G r c =
画出等效s 域电路图如下图所示
+
-
)
(t c
R Ls RLCs R sL R sC sC R R
sC sC
R t U t U r c ++=+++=2
1
1
)()( 12. 求下图所示RLC 电路的传递函数)
()
()(s U s U s G r c =
画出等效s 域电路图如下图所示
11
11)()(2
++=++=CRs CLs R sL sC sC
s U s U r c 13. 求下图所示系统的传递函数。
)
(s U c
sL
+
-
+
-
)
(s U c
sL
+
-
)
(t c
梅森公式为：∑=??=n
k k k P s G 1
1)(
该框图中有三个回路，一对两两互不接触的回路
2
2211122211222111222111
111111111s R C R C s R C s R C s R C s R C R C s R C s R C s R C +
+++=+------
=?
前向通路只有1条：2
221111
s R C R C P =
11=?
1
1
111111
1)(21112222211222111222112
22111
++++=
+
+++=
??=∑=s R C s R C s R C s R C R C s R C R C s R C s R C s R C s R C R C P s G n k k k
14. 某系统的动态结构图如下图所示，若初始条件为零，r(t)=n(t)=1(t)，求输出
c(t)及稳态误差e ss 。
由题意可知，1()()R s N s s
==
2
2218()868()681r C s s R s s s s s ==++++， 2
2
1()68()681n C s s s R s s s s s ==++++
22
()()811()()()()()6868813/21/2
(2)(4)24
n r C s C s s C s R s N s R s N s s s s s s s s s s s s s s =
+=++++++==-+
++++
12431
()[()]1022t t
c t L C s e e t ---==-+≥
2431
()()()22
t t e t r t c t e e --=-=-
lim ()0t e t →∞
=
15. 某系统的动态结构图如下图所示。
(1)求传递函数
()()
C s R s 和()
()C s N s 根据梅森公式可得，
2
231
()6(21)
231()261(21)
C s s s R s s s s s ??+==??++++
2
23115
()
6()5()
(21)21231()
261(21)
c c G s G s s
C s s s s N s s s s s ???-
-++==??+++
+ (2)若要求消除干扰对输出的影响，试求()c G s (1) 若消除干扰对输出的影响，则
()
0()
C s N s =，即 6()50
c G s s -=
求得5()6c s G s =
第三章测试题
1. 一个单位负反馈系统为I 型系统，开环增益为K ，则在r(t)=t 输入下，此系
统的稳态误差是
K
1
。 2. 一个单位负反馈系统为Ⅱ型系统，开环增益为K ，则在r(t)=t 输入下，此系
统的（稳态误差是0 ）。
3. 为了减小系统的稳态误差，可以采取 增加积分环节个数、增大开环增益、
引入输入补偿、引入扰动补偿方法。
4. 闭环极点为212,1j s ±-=的系统 （是/否）稳定。
5. 闭环特征方程为0122=++s s 的系统 （是/否）稳定。
6. 闭环特征方程为0122=+-s s 的系统 （是/否）稳定。
7. 冲激响应为t e t h 38)(=的系统 （是/否）稳定。
8. 冲激响应为t e t h 23)(-=的系统 （是/否）稳定。
9. 阶跃响应为)1(20)(3t e t c -+=的系统 （是/否）稳定。 10. 函数t e t ωαcos -的拉氏变换是
2
2)(ω
+++a s a
s 。 11. 函数t e at ωsin -的拉氏变换是
2
2)(ωω
++a s 。
12. 若闭环极点全部位于S 左半平面，则系统一定稳定，稳定性与闭环零点位置
无关。此句话（是/否）正确。
13. 若闭环系统无零点，且闭环极点均为负实数极点，则时间响应一定是衰减振
荡的。此句话（是/否）正确。否，一阶系统不振荡
14. 如果系统有开环极点处于S 右半平面，则系统不稳定。此句话（是/否）正确。
否，要看闭环极点位置
15. 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。此句
话（是/否）正确。否，超调量主要取决于闭环复数主导极点的衰减率，并与其它闭环零、极点接近坐标原点的程度有关。
16. 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 。
17. 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 。 18. 典型二阶系统极点分布如右图所示，则无阻尼自然
频率
n ω，
阻尼比ξ该系统的特征方程为 0542
=++s s （或者：
0)2)(2(=-+++j s j s ） ，该系统是否稳定？是
（是/否）。
19. 线性连续控制系统稳定的条件是所有特征根均位于S 平面的 左 半部。 20. 系统动态性能指标中的 调节时间（或者s t ） 表示系统过渡过程的持续时
间，从总体上反映系统的快速性， 超调量 反映系统响应过程的平稳性。 21. 已知系统的动态结构如下图所示，如果系统的开环增益可调，试确定在保证
系统稳定的条件下，K 的取值范围。
系统的闭环传递函数为 K
s s K
K s s K s G ++=++=
2)2()(2
闭环系统的特征方程为022=++K s s 劳斯表为
K
s s K
s 0
1221
要保证系统稳定，则劳斯表第一列元素均为正，则有K>0 由此可得K 的取值范围为K>0
22. 已知系统的动态结构如下图所示，如果系统的开环增益可调，试确定在保证
系统稳定的条件下，K 的取值范围。
系统的闭环传递函数为 K
s s s K
K s s s K s G +++=+++=
65)3)(2()(2
3 闭环系统的特征方程为06523=+++K s s s 劳斯表为
K s K s
K
s s 0
1
23565
61-
要保证系统稳定，则劳斯表第一列元素均为正，则有05
6,0>-
>K
K 由此可得K 的取值范围为0 23. 设系统如下图所示，试求： (1)0=τ时，求系统的闭环传递函数以及系统的性能指标：超调量%σ和调节时间%)5(±s t ； （1）0=τ时，闭环传递函数为 5 35 )()(2++=s s s R s C 由此可得，552 =?=n n ωω 10 5 332= ?=ξξωn %84.5%100%100%84.212 =?=?=--- e e ξξπ σ )(23 %)5(s t n s == ±ξω (2)当ξ为最佳阻尼比时，确定τ值，并求单位斜坡输入下的稳态误差。 ξ为最佳阻尼比时即707.0=ξ时，闭环传递函数为5 )53(5)()(2+++=s s s R s C τ 552=?=n n ωω，032.0162.3532=?=+=ττξωn 单位斜坡输入时，632.05 414 .12== =n ss e ωξ 第四章测试题 1. 根轨迹起始于 开环极点 ，终止于 开环零点 。 2. 若某系统的根轨迹有两个起点位于原点，则说明该系统 含两个积分环节。 3. 已知负反馈系统的开环传递函数为) 2)(1() 3()(+++= s s s K s G k ，绘制系统的一般根 轨迹草图。 (1)系统有两个开环极点-1，-2，一个开环零点-3； (2)n=2，两个根轨迹分支，一个始于s=-1，另一始于s=-2，一个终于s=-3，一个终于无穷远处； (3)实轴上的根轨迹区间为]1,2[],3,(----∞； (4)求根轨迹在实轴的分离点和会合点： 设23)2)(1()(,3)(2++=++=+=s s s s s Q s s P 、 由0)()()()(='-'s P s Q s Q s P ，得0)3)(32(232=++-++s s s s 解得，414.4,586.1232,1--=±-=s 所以在区间[-1,-2]根轨迹有分离点-1.586，在区间]3,(--∞有会合点-4.414。 复平面上的根轨迹是圆形。 (5)根轨迹曲线如下图所示 4. 已知某单位反馈系统的开环传递函数为(1)()(3) g k K s G S s s += －，试： (1)绘制该系统以根轨迹增益K g 为变量的根轨迹（求出：分离点、与虚轴的交点等）； 系统有2个开环极点（起点）：0、3，1个开环零点（终点）为：-1； 实轴上的轨迹：（-∞，-1）及（0，3）； 求分离点坐标 设P(s)=s+1,Q(s)=s(s-3)，则由()()()()0P s Q s Q s P s ''-=可得，分离点坐标为(-3,j0)和(1,j0) ，分别对应的根轨迹增益为 1, 9g g K K == 求与虚轴的交点 系统的闭环特征方程为(3)(1)0g s s K s ++=－,即2(3)0g g s K s K +-+= 令 2(3)0g g s j s K s K ω =+-+=,得 3g K ω== 根轨迹如下图所示。 (2)求系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K 的取值范围。 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rg 的取值范围： 3g K ≥， 系统稳定且为欠阻尼状态时根轨迹增益K g 的取值范围： 3~9g K =， 开环增益K 与根轨迹增益K g 的关系： 3 g K K = 系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益K 的取值范围： 1~3K = 第五章测试题 1. 设系统开环传递函数为)(s G k ，函数)(1)(s G s F k +=,则)(s G k 与)(s F 极点相 同 。 2. 设单位负反馈系统开环传递函数为)(s G k ，闭环传递函数为)(s G ,则)(s G 与 )(s G k 零点相同 。 3. 已知系统频率特性为 1 5 +ωj ωa r c t a n j - 。 4. 设某最小相位系统的相频特性为0()arctan()90arctan()T ?ωτωω=--，则该系 统的开环传递函数为 (1) (1) K s s Ts τ++ 。 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 ，相频特性为 a r c t a n 180a r c t a T τωω-- 。 6. 已知某些系统的开环传递函数为 (1) (5K s s s ++） ，该系统 （是/否）属于最小 相位系统。 7. 已知某些系统的开环传递函数为 (2) (1) K s s s -+，该系统 （是/否）属于最小 相位系统。 8. 已知某系统的开环幅频特性如下图所示， 则该系统 （是/否）稳定。 9. 已知某系统的开环幅频特性如下图所示， 则该系统 （是/否）稳定。 10. 已知某系统的开环幅频特性如下图所示， 则该系统 （是/否）稳定。 11. 高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，则系统的 响应速度越慢 。 12. 开环频域性能指标中的相角裕度γ对应时域性能指标 超调量%σ 。 13. 开环对数幅频特性的低频段决定了系统的 稳态精度 。 14. 开环对数幅频特性的中频段决定了系统的 闭环系统的动态性能 。 15. 开环对数幅频特性的高频段决定了系统的 闭环系统的抗干扰能力 。 16. 若某最小相位系统的相角裕度0γ>，则该系统 稳定 。 17. 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 。 18. 设系统的开环传递函数为) 11.0)(1(10 )(++= s s s G k ，绘制该系统的开环幅相频 特性曲线草图。 系统的开环频率特性为 ) 01.01)(1(11)01.01)(1()1.01(10)11.0)(1(10)(2 2222ωωω ωωωωωω++-++-=++=j j j j G k 2 2 01.01110)(ω ω ω++= A )1.0arctan(arctan )(ωωω?--= 对于0型系统有 当0→ω时， 010)(lim 0 ∠=→ωωj G k ； 当∞→ω时， 1800)(lim -∠=∞ →ωωj G k ； 令0)](Re[=ωj G k ，即01.012=-ω，得10=ω 此时87.211 10 10)01.01)(1(11)](Im[10 22-≈- =++- == ωωωω ωj G k 开环幅相频特性曲线如下图所示 19. 某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线0()L ω如下图所示： (1)写出该系统的开环传递函数)(0s G ； (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 1 2 ()1 1 ( 1)( 1) K G s s s s ωω= ++ 由图可知：1ω=处的纵坐标为40dB, 则(1)20lg 40L K ==, 得100K = 1210ωω=和=100 故系统的开环传函为 ?? ? ??+??? ??+= 1100110100 )(0s s s s G (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。 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 0100 ()1110100G j j j j ωωωω= ????++ ???? ??? 开环幅频特性 0()A ω= 开环相频特性： 0()90a r c t a n 0.1a r c t a n 0.01 s ?ω ω=--- 20. 已知反馈系统的开环传递函数为()(1) k K G s s s = + ，试： (1)用奈奎斯特判据判断系统的稳定性； 系统的开环频率特性为 22()(1)(1)(1)k K K K G j j j j ωωωωωωωω--= =++++ 幅频特性：()A ω= ， 相频特性：()90arctan ?ωω=-- 起点： 00,(0),(0)90 A ω?+++ ==∞=-； 0ω+=时，0 2Re[()]|0(1) k K G j ωω ωωω=-==+，渐进性与负虚轴平行，与虚轴距离为0 终点： ,()0,()A ω?→∞∞=∞=-； 0~:()90~180ω?ω=∞=--， 曲线位于第3象限与实轴、虚轴无额外交点。 开环频率幅相特性图如右图所示。 判断稳定性： 开环传递函数无右半平面的极点，则0P =， 极坐标图不包围（－1，j0）点，则0N = 根据奈氏判据，Z ＝P －2N ＝0 系统稳定。 (2)若给定输入r(t) = 2t ＋2时，要求系统的稳态误差为0.25，问开环增益K 应取何值。 系统为1型，若给定输入r(t) = 2t 时，则稳态误差为2/K ，给定输入r(t) = 2时，则稳态误差为0，则给定输入r(t) = 2t+2时系统的稳态误差为2/K 若要求系统的稳态误差为0.25，则2 0.25ss e K = = ，解得K=8 故满足稳态误差要求的开环传递函数为8 ()(1) k G s s s =+ 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 第一章自动控制的一般概念 一、填空题 1.（稳定性）、（快速性）和（快速性）是对自动控制系统性能的基本要求。 2.线性控制系统的特点是可以使用（叠加）原理，而非线性控制系统则不能。 3.根据系统给定值信号特点，控制系统可分为（定值）控制系统、（随动）控制系统和（程序）控制系统。 4.自动控制的基本方式有（开环）控制、（闭环）控制和（复合）控制。 5.一个简单自动控制系统主要由（被控对象）、（执行器）、（控制器）和（测量变送器）四个基本环节组成。 6.自动控制系统过度过程有（单调）过程、（衰减振荡）过程、（等幅振荡）过程和（发散振荡）过程。 二、单项选择题 1.下列系统中属于开环控制的为（ C ）。 A.自动跟踪雷达 B.无人驾驶车 C.普通车床 D.家用空调器 2.下列系统属于闭环控制系统的为（ D ）。 A.自动流水线 B.传统交通红绿灯控制 C.普通车床 D.家用电冰箱 3.下列系统属于定值控制系统的为（ C ）。 A.自动化流水线 B.自动跟踪雷达 C.家用电冰箱 D.家用微波炉 4.下列系统属于随动控制系统的为（ B ）。 A.自动化流水线 B.火炮自动跟踪系统 C.家用空调器 D.家用电冰箱 5.下列系统属于程序控制系统的为（ B ）。 A.家用空调器 B.传统交通红绿灯控制 C.普通车床 D.火炮自动跟踪系统 6.（ C ）为按照系统给定值信号特点定义的控制系统。 A.连续控制系统 B.离散控制系统 C.随动控制系统 D.线性控制系统 7.下列不是对自动控制系统性能的基本要求的是（ B ）。 A.稳定性 B.复现性 C.快速性 D.准确性 8.下列不是自动控制系统基本方式的是（ C ）。 A.开环控制 B.闭环控制 C.前馈控制 D.复合控制 9.下列不是自动控制系统的基本组成环节的是（ B ）。 A.被控对象 B.被控变量 C.控制器 D.测量变送器 10.自动控制系统不稳定的过度过程是（ A ）。 A.发散振荡过程 B.衰减振荡过程 C.单调过程 D.以上都不是 第二章自动控制系统的数学模型 一、填空题 1.数学模型是指描述系统（输入）、（输出）变量以及系统内部各变量之间（动态关系）的数学表达式。 2.常用的数学模型有（微分方程）、（传递函数）以及状态空间表达式等。 3.（结构图）和（信号流图），是在数学表达式基础演化而来的数学模型的图示形式。 4.线性定常系统的传递函数定义：在（零初始）条件下，系统的（输出）量的拉氏变换与（输入）量拉氏变换之比。 5.系统的传递函数完全由系统的（结构、参数）决定，与（输入信号）的形式无关。 6.传递函数的拉氏变换为该系统的（脉冲响应）函数。 7.令线性定常系统传递函数的分子多项式为零，则可得到系统的（零）点。 8.令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的（极）点。 9.令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的（特征）方程。 10.方框图的基本连接方式有（串联）连接、（并联）连接和（反馈）连接。 二、单项选择题 1.以下关于数学模型的描述，错误的是（ A ） A.信号流图不是数学模型的图示 B.数学模型是描述系统输入、输出变量以及系统内部河变量之间的动态关系的数学表达式 C.常用的数学模型有微分方程、传递函数及状态空间表达式等 D.系统数学模型的建立方法有解析法和实验法两类 2.以下关于传递函数的描述，错误的是（ B ） A.传递函数是复变量s的有理真分式函数 B.传递函数取决于系统和元件的结构和参数，并与外作用及初始条件有关 C.传递函数是一种动态数学模型 1. 采样系统结构如图所示，求该系统的脉冲传递函数。 答案:该系统可用简便计算方法求出脉冲传递函数。去掉采样开关后的连续系统输出表达式为 对闭环系统的输出信号加脉冲采样得 再对上式进行变量替换得 2. 已知采样系统的结构如图所示，，采样周期T=0.1s。试求系统稳定时K的取值范围。 答案:首先求出系统的闭环传递函数。由 求得，已知T=0.1s， e-1=0.368，故 系统闭环传递函数为，特征方程为 D(z)=1+G(z)=z2+(0.632K-1.368)z+0.368=0 将双线性变换代入上式得 0.632ω2+1.264ω+(2.736-0.632K)=0 要使二阶系统稳定，则有 K＞0，2.736-0.632K＞0 故得到K的取值范围为0＜K＜4.32。 3. 求下列函数的z变换。 (1). e(t)=te-at 答案:e(t)=te-at 该函数采样后所得的脉冲序列为 e(nT)=nTe-anT n=0，1，2，… 代入z变换的定义式可得 E(z)=e(0)+P(T)z-1+e(2T)z-2+…+e(nT)z-n+…=0+Te-aT z-1+2Te-2aT z-2+…+nTe-naT z-n+…=T(e-aT z-1+2e -2aT z-2+…+ne-naT z-n+…) 两边同时乘以e-aT z-1，得 e-aT z-1E(z)=T(e-2aT z-2+2e-3aT z-3+…+ne-a(n+1)T z-(n+1)+…) 两式相减，若|e-aT z-1|＜1，该级数收敛，同样利用等比级数求和公式，可得 最后该z变换的闭合形式为 (2). e(t)=cosωt 答案:e(t)=cosωt 对e(t)=cosωt取拉普拉斯变换．得 展开为部分分式，即 可以得到 化简后得 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 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》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。 自动控制原理例题与习题 第一章自动控制的一般概念 【例1】试述开环控制系统的主要优缺点。 【答】 开环控制系统的优点有： 1. 1.构造简单，维护容易。 2. 2.成本比相应的死循环系统低。 3. 3.不存在稳定性问题。 4. 4.当输出量难以测量，或者要测量输出量在经济上不允许时，采用开环系统比较合适（例如在洗衣 机系统中，要提供一个测量洗衣机输出品质，即衣服的清洁程度的装置，必须花费很大）。 开环控制系统的缺点有： 1. 1.扰动和标定尺度的变化将引起误差，从而使系统的输出量偏离希望的数值。 2. 2.为了保持必要的输出品质，需要对标定尺度随时修正。 【例2】图1.1为液位自动控制系统示意图。在任何情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理，并画出系统原理方框图。 图1.1 液位自动控制系统示意图 【解】系统的控制任务是保持液面高度不变。水箱是被控对象，水箱液位是被控量，电位器设定电压u r(表征液位的希望值c r)是给定量。 当电位器电刷位于中点位置(对应u r)时，电动机不动，控制阀门有一定的开度、使水箱中流入水量与流出水量相等。从而液面保持在希望高度c r上。一旦流入水量或流出水量发生变化，例如当液面升高时，浮子位置也相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动初通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的液体流量减少。这时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度。反之，若水箱液位下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入水量，使液位升到给定高度c r。 系统原理方框图如图1.2所示。 图1.2 系统原理方框图 习题 1．题图1-1是一晶体管稳压电源。试将其画成方块图并说明在该电源里哪些起着测量、放大、执行的作用以及系统里的干扰量和给定量是什么？ 《 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 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 =+-, 1s 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2o ，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） L ()/ -20 5c 测试题说明：所有的客观题都是以填空的形式给到大家，考试时的考核类型可能为填空、选择、判断等，考核内容和以下题目大致相似，大家好好复习！ 考试题型为：选择（2分*10题=20分），填空（1分*25=25分），大题（55分） 选择填空大部分从以下题目中提炼总结，考核形式可能会有所改变，大题题型基本和下面题目的题型相似，但是题目会有所变化(比如传递函数更换、参数更换、要求做些调整等等) 禁止考试时抄小抄，一旦发现，试卷0分，请参加大补考！ 没有交全作业或实验报告的同学、上课经常不到的同学平时成绩会比较低，因此要好好复习。 第一章测试题 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. 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。 4. 自动控制系统可以分为定值控制系统、 随动 控制系统和程序控制系统。 锅炉汽包水位控制系统属于 定值 控制系统，跟踪卫星的雷达天线控制系统属于 随动 控制系统。 5. 自动控制系统的基本要求是 稳定性 、 快速性或动态性能 、 准确 性或稳态性能 。 第二章测试题 1. 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。 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. 某系统的传递函数为) 16)(13(18 )(++= s s s G ，其极点是 s1=-1/3, s2=-1/6 。 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___________、快速性与准确性三个方面, 在阶跃响应性能指标中,调节时间体现的就是这三个方面中的______________,而稳态误差体现的就是______________。 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就是 ,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.、以上都不就是 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就是( )。 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 三、(6分)系统方框图如图所示,画出其信号流图,并求出传递函数()() C S R S 。 第一章 习题答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压 f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压 f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。 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 ω 阻尼比=ξ ，0.7072 = 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 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++。 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 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 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( ) A 、 型别2 绝密★启用前 学院 学年第二学期期末考试 级三年制高职《自动控制原理》试题 (本卷共4大题,满分100分,考试时间90分钟) 得分评卷人 一、填空题：(本大题20分，每空1分，共20个空) （1）自动控制装置由_____________、______________、________________三部分组成。 （2）对于一个自动控制系统的基本要求_____________、______________、_____________三个方面。 （3）在典型输入信号作用下，任何一个控制系统的时间响应，从时间顺序可以划分为__________和__________两部分。 （4）控制系统常用的数学模型别是__________、__________和__________。 （5）结构图主要包含__________、__________、__________、__________四个基本单元。 （6）常用于分析控制系统性能的方法有______、__________和根轨迹法。 （7）控制系统的稳态误差与其__________、__________、__________有关 得分评卷人 二、单项选择题（每小题2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 得分评卷人 三、判断题（每小题2分，共20分） 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（）。 考生须知：1.姓名必须 写在装订线 左侧，写在 其它位置试 卷一律作废 。请先检查 试卷是否缺页，如缺页 请向监考教 师声明。如 不检查不声明，后果由 考生本人负责。 2.考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。题号一二三四五总分人 题分20 20 20 20 20 总分得分 考场院系班级姓名座号 第一章 1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。 图1-2 液位自动控制系统 解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位（表征液位的希望值）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度不变。 工作原理：当电位电刷位于中点（对应）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度，一旦流入水量或流出水量发生变化时，液面高度就会偏离给定高度。 当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度。 反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度。 系统方块图如图所示： 1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统 （１）； （２）； （３）； （４）； （５）； （６）； （７） 解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项，所以该系统为非线性系统。 （2）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。 （3）该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，所以该系统为线性系统，但第一项的系数为t，是随时间变化的变量，因此该系统为线性时变系统。 （4）因为c(t)的表达式中r(t)的系数为非线性函数，所以该系统为非线性系统。 （5）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。 （6）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项，表示二次曲线关系，所以该系统为非线性系统。 （7）因为c(t)的表达式可写为，其中，所以该系统可看作是线性时变系统。 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 第三章 时域分析法习题及解答 3-1. 假设温度计可用11 +Ts 传递函数描述其特性，现在用温度计测量盛在容器内的水温。发现需要min 1时间才能指示出实际水温的98%的数值，试问该温度计指示出实际水温 从10%变化到90%所需的时间是多少? 解： 41min, =0.25min T T = 1111()=1-e 0.1, =ln 0.9t h t t T -=-T 21T 22()=0.9=1-e ln 0.1t h t t T -=-， 210.9 ln 2.20.55min 0.1r t t t T T =-=== 3-2. 系统在静止平衡状态下，加入输入信号t t t r +=)(1)(，测得响应为 t e t t C 109.0)9.0()(--+= 试求系统的传递函数。 解：2210.90.910(s+1)()=10s (s+10)C s s s s = +-+ 22 111 R(s)=s s s s ++= ()10()()10C s s R s s φ== + t 0 1 2 3 4 5 6 7 ∞h (t ) 0 1.61 2.97 3.72 4.38 4.81 5.10 5.36 6.00 解： 设 ()1K s Ts φ= + 11 ()()()() 1(1)K C s s R s K s Ts s s T φ=?= =-++ 1()t T h t K Ke -=- ()6h K ∞== 116 1.61()66 1.61, ln 0.312 6T h t e T --=-=-==- 6 3.2 () 3.21T s s φ∴== + 3-4. 已知系统结构图如图3-49所示。试分析参数a 对输出阶跃响应的影响。 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, j ０ )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自动控制原理-期末考试试题卷
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