2025年自动控制实验练试题及答案.doc

2025年自动控制实验练试题及答案

一、选择题（每题3分，共30分）
1. 自动控制系统中，反馈环节的作用是（ ）
A. 消除干扰信号
B. 提高系统的精度
C. 增加系统的稳定性
D. 加快系统的响应速度
答案：B
解析：反馈环节能将输出信号送回到输入端与输入信号进行比较，从而减小误差，提高系统精度。

2. 对于一阶系统，其时间常数T越大，则系统的响应速度（ ）
A. 越快
B. 越慢
C. 不变
D. 先快后慢
答案：B
解析：时间常数T反映系统惯性，T越大，惯性越大，响应速度越慢。

3. 二阶系统的阻尼比ζ越小，则系统的超调量（ ）
A. 越小
B. 越大
C. 不变
D. 先小后大
答案：B
解析：阻尼比ζ越小，系统超调量越大，振荡越剧烈。

4. 自动控制系统的性能指标中，反映系统快速性的指标是（ ）
A. 上升时间
B. 稳态误差
C. 超调量
D. 调节时间
答案：AD
解析：上升时间和调节时间都反映系统快速性，稳态误差反映准确性，超调量反映相对稳定性。

5. 以下哪种控制方式不属于闭环控制（ ）
A. 比例控制
B. 比例积分控制
C. 开环控制
D. 比例微分控制
答案：C
解析：开环控制没有反馈，不属于闭环控制，比例控制、比例积分控制、比例微分控制都可构成闭环控制系统。

6. 控制系统的传递函数是在（ ）条件下定义的。
A. 零初始条件
B. 非零初始条件
C. 任意初始条件
D. 稳定初始条件
答案：A
解析：传递函数是在零初始条件下，系统输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。

7. 某系统的传递函数为G(s)=1/(s+1)，则该系统是（ ）
A. 一阶系统
B. 二阶系统
C. 三阶系统
D. 四阶系统
答案：A
解析：传递函数分母为一阶，则为一阶系统。

8. 单位阶跃响应的稳态值为1的系统是（ ）
A. 0型系统
B. I型系统
C. II型系统
D. III型系统
答案：B
解析：I型系统单位阶跃响应稳态值为1。

9. 增加积分环节可以消除系统的（ ）
A. 稳态误差
B. 动态误差
C. 超调量
D. 上升时间
答案：A
解析：积分环节可消除系统稳态误差。

10. 系统的频率特性是（ ）
A. 系统对正弦输入信号的响应
B. 系统对阶跃输入信号的响应
C. 系统对脉冲输入信号的响应
D. 系统对斜坡输入信号的响应
答案：A
解析：频率特性描述系统对正弦输入信号的稳态响应。

二、填空题（每题3分，共15分）
1. 自动控制系统按给定信号的特征可分为（ ）控制系统、（ ）控制系统和程序控制系统。
答案：恒值；随动
解析：恒值控制系统给定值不变，随动控制系统给定值随时间变化。

2. 线性系统的重要特性是（ ）和（ ）。
答案：叠加性；齐次性
解析：叠加性指几个输入共同作用时输出等于各输入单独作用输出之和，齐次性指输入增大k倍输出也增大k倍。

3. 二阶系统的特征方程为（ ），其阻尼比ζ=（ ）。
答案：s²+2ζωns+ωn²=0；c/(2√ak)（这里a为s²系数，c为s系数，k为常数项，根据此公式计算ζ，具体值需代入实际方程系数）
解析：二阶系统特征方程标准形式为s²+2ζωns+ωn²=0，通过与标准形式对比计算ζ。

4. 控制系统的稳定性是指系统在（ ）作用下，能够自动地恢复到（ ）状态的能力。
答案：扰动；原平衡
解析：受扰动后能恢复原平衡状态则系统稳定。

5. 比例控制的特点是（ ），积分控制的特点是（ ），微分控制的特点是（ ）。
答案：反应快，无滞后；消除稳态误差；反映偏差变化率，抑制振荡
解析：比例控制能快速响应偏差，积分控制可消除稳态误差，微分控制根据偏差变化率提前作用抑制振荡。

三、简答题（每题10分，共30分）
1. 简述自动控制系统的组成部分及其作用。
答案：自动控制系统主要由控制器、被控对象、测量元件、执行元件等组成。控制器根据输入信号和反馈信号产生控制信号；被控对象是被控制的设备或过程；测量元件检测被控对象的输出信号并反馈给控制器；执行元件根据控制信号对被控对象进行操作。
解析：各部分协同工作，实现对被控对象的精确控制。

2. 什么是系统的传递函数？它有哪些特点？
答案：传递函数是在零初始条件下，系统输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。特点有：只取决于系统结构和参数，与输入无关；传递函数是复变量s的有理分式；传递函数的分母反映系统固有特性，分子反映与输入有关特性。
解析：传递函数是分析和设计控制系统的重要工具。

3. 简述二阶系统的性能指标与阻尼比ζ的关系。
答案：当ζ<1时，系统有超调，ζ越小超调量越大，振荡越剧烈；当ζ=1时，系统为临界阻尼，无超调，响应速度较快；当ζ>1时，系统为过阻尼，响应速度慢，无超调。上升时间、调节时间等也与ζ有关，ζ合适时可使系统快速且平稳响应。
解析：通过调整ζ可优化二阶系统性能。

四、计算题（每题10分，共15分）
1. 已知某系统的传递函数G(s)=10/(s²+2s+10)，求其单位阶跃响应。
答案：首先求系统的特征根，特征方程为s²+2s+10=0，解得s=-1±3j。然后根据二阶系统单位阶跃响应公式计算，过程较复杂，最终得到单位阶跃响应表达式（具体表达式因计算过程复杂此处省略）。
解析：通过求解特征根，利用二阶系统响应公式得到单位阶跃响应。

2. 某单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=K/(s(s+1)(s+2))，求使系统稳定的K值范围。
答案：系统的特征方程为s(s+1)(s+2)+K=0，即s³+3s²+2s+K=0。根据劳斯判据，列出劳斯表（此处省略劳斯表具体形式），要使系统稳定，劳斯表第一列元素都大于零，解得0<K<6。
解析：利用劳斯判据判断系统稳定性，从而确定K的取值范围。

五、设计题（20分）
设计一个温度控制系统，要求温度能稳定在设定值附近，具有一定的抗干扰能力。画出系统框图，并说明各环节的作用。
答案：系统框图包括温度传感器、控制器、加热器（执行元件）、被控对象（加热空间）。温度传感器测量实际温度并反馈给控制器；控制器根据设定温度与实际温度的偏差产生控制信号；加热器根据控制信号调节加热功率；被控对象是需要控制温度的空间。通过各环节协同工作，实现温度稳定控制，抵抗外界干扰。
解析：合理设计各环节，确保系统能有效实现温度控制目标。