2025年大学大三（自动化）控制原理阶段测试试题及答案.doc

2025年大学大三（自动化）控制原理阶段测试试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）

答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 控制系统的传递函数取决于
A. 系统的结构和参数
B. 输入信号
C. 输出信号
D. 干扰信号
2. 二阶系统的阻尼比ζ，当0<ζ<1时，系统的响应为
A. 无阻尼振荡
B. 欠阻尼振荡
C. 临界阻尼
D. 过阻尼
3. 系统的开环传递函数为G(s)H(s)，则其闭环特征方程为
A. 1+G(s)H(s)=0
B. G(s)H(s)=0
C. 1-G(s)H(s)=0
D. G(s)+H(s)=0
4. 对于单位反馈系统，其开环传递函数为G(s)，则其闭环传递函数为
A. G(s)/(1+G(s))
B. 1/(1+G(s))
C. G(s)
D. 1/G(s)
5. 控制系统的稳定性取决于
A. 系统的结构和参数
B. 输入信号
C. 输出信号
D. 干扰信号
6. 一阶系统的时间常数T越大，则系统的响应速度
A. 越快
B. 越慢
C. 不变
D. 不确定
7. 系统的传递函数G(s)=1/(s+1)，其单位阶跃响应为
A. 1-e^(-t)
B. e^(-t)
C. 1
D. t
8. 对于线性定常系统，其传递函数的分母多项式的次数
A. 一定大于分子多项式的次数
B. 一定小于分子多项式的次数
C. 一定等于分子多项式的次数
D. 与分子多项式的次数无关
9. 系统的频率特性是指
A. 系统对不同频率正弦输入信号的稳态响应
B. 系统对不同频率余弦输入信号的稳态响应
C. 系统对不同频率阶跃输入信号的稳态响应
D. 系统对不同频率脉冲输入信号得稳态响应
10. 已知系统的传递函数G(s)=K/(s(s+1)(s+T))，当K增大时，系统的稳定性
A. 变好
B. 变差
C. 不变
D. 不确定

第II卷（非选择题 共70分）

二、填空题（共20分）

答题要求：本大题共10空，每空2分。把答案填在题中的横线上。

11. 控制系统按其结构特点可分为______控制系统和______控制系统。
12. 系统的传递函数是在______条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
13. 二阶系统的无阻尼自然振荡频率ωn与阻尼比ζ共同决定了系统的______响应特性。
1 4. 系统的稳态误差取决于系统的______和输入信号的形式。
15. 控制系统的性能指标可分为______性能指标和______性能指标。
16. 对于单位反馈系统，其开环传递函数为G(s)，则其误差传递函数为______。
17. 系统的频率特性可以用______、______和______来表示。
18. 已知系统的传递函数G(s)=1/(s^2+2s+1)，则其极点为______。
19. 控制系统的稳定性是指系统在受到______作用后，能否恢复到原来的平衡状态。
20. 系统的传递函数G(s)=K/(s(Ts+1))，其零点为______。

三、简答题（共两题每题10分，共20分）

答题要求：简要回答问题，条理清晰，要点明确。

21. 简述控制系统的基本组成部分及其作用。

22. 简述二阶系统的性能指标与阻尼比ζ的关系。

四、分析题（共20分）

答题要求：阅读材料，回答问题，分析准确，逻辑清晰。

材料：已知某控制系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))。

23. 求系统的闭环传递函数。

24. 当K=10时，判断系统的稳定性。

五、设计题（共10分）

答题要求：根据给定的要求，设计出合理的控制系统。

25. 设计一个单位反馈控制系统，使其满足以下性能指标：上升时间tr≤0.5s，超调量σ%≤20%。已知系统的开环传递函数为G(s)=K/(s(s+1)(s+4))。请确定K的取值范围。

答案：
1. A
2. B
3. A
4. A
5. A
6. B
7. A
8. A
9. A
10. B
11. 开环、闭环
12. 零初始条件
13. 瞬态
14. 类型和开环增益
15. 稳态、动态
16. 1/(1+G(s))
17. 幅频特性、相频特性、传递函数
18. -1（二重根）
19. 扰动
20. 0
21. 控制系统基本组成部分包括控制器、被控对象、测量元件和执行元件。控制器产生控制作用，调节被控对象输出；被控对象是被控制的设备或过程；测量元件检测输出信号并反馈给控制器；执行元件根据控制信号驱动被控对象。
22. 当ζ=0时，系统为无阻尼振荡，超调量为100%；当0<ζ<1时，系统为欠阻尼振荡，ζ越小超调量越大；当ζ=1时，系统为临界阻尼，无超调；当ζ>1时，系统为过阻尼，响应速度慢。
23. 闭环传递函数为G(s)/(1+G(s)H(s)) = K/(s^3 + 3s^2 + 2s + K)
24. 系统的特征方程为s^3 + 3s^2 + 2s + 10 = 0，利用劳斯判据判断，第一列元素符号变化两次，系统不稳定。
25. 首先根据上升时间和超调量要求，利用二阶系统性能指标公式估算ζ和ωn范围。再根据闭环传递函数与开环传递函数关系，结合特征方程系数与ζ、ωn关系，推导出K与ζ、ωn的表达式，进而确定K的取值范围。经计算得K取值范围为[12, 27] 。