2025年大学（自动化）自动控制原理综合测试卷及解析.doc

2025年大学（自动化）自动控制原理综合测试卷及解析

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第 I 卷（选择题，共40分）
每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，请将正确答案填在括号内。(总共8题，每题5分，每题只有一个正确答案，请认真思考后作答)
1. 反馈控制系统是指系统中有（ ）。
A. 反馈回路
B. 惯性环节
C. 积分环节
D. PID调节器
2. 系统的传递函数取决于（ ）。
A. 系统结构和参数
B. 输入信号
C. 输出信号
D. 干扰信号
3. 二阶系统的阻尼比ζ，等于（ ）。
A. 系统的粘性阻尼系数
B. 临界阻尼系数与系统粘性阻尼系数之比
C. 系统粘性阻尼系数与临界阻尼系数之比
D. 系统粘性阻尼系数的倒数
4. 若某系统的传递函数为G(s)=10/(s+1)(s+2)，则该系统的零点为（ ）。
A. -1
B. -2
C. 无零点
D. 10
5. 单位反馈系统的开环传递函数为G(s)=K/s(s+1)(s+2)，当系统稳定时，K的取值范围是（ ）。
A. K>0
B. K<6
C. 0<K<6
D. K>∞
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. 先快后慢
7. 对于欠阻尼的二阶系统，当无阻尼自然振荡频率ωn保持不变时，（ ）。
A. 阻尼比ζ越大，系统的超调量σ%越大
B. 阻尼比ζ越大，系统的超调量σ%越小
C. 阻尼比ζ越大，系统的调整时间ts越大
D. 阻尼比ζ越大，系统阶跃响应的稳态误差ess越大
8. 系统的频率特性是在（ ）作用下，系统稳态输出与输入复数比。
A. 单位阶跃信号
B. 单位斜坡信号
C. 单位脉冲信号
D. 正弦信号

第 II 卷（非选择题，共60分）
9. 简答题：简述自动控制原理中反馈控制的基本原理。(10分)
10. 简答题：什么是系统的稳定性？判定线性系统稳定性的方法有哪些？(10分)
11. 计算题：已知系统的传递函数G(s)=5/(s+1)(s+3)，求系统的单位阶跃响应。(20分)
12. 分析题：材料：某控制系统的开环传递函数为G(s)=K/s(s+2)(s+4)。当K=8时，分析系统的稳定性，并求系统的相位裕度和幅值裕度。(15分)
13. 设计题：设计一个二阶系统，使其满足阻尼比ζ=0.5，无阻尼自然振荡频率ωn=2rad/s，并求该系统的传递函数。(5分)

答案
1. A
2. A
3. C
4. C
5. C
6. B
7. B
8. D
9.反馈控制基本原理：反馈控制是将系统的输出信号通过反馈回路返回到输入端，与输入信号进行比较，产生偏差信号，利用偏差信号产生控制作用，以减小或消除偏差，使系统输出尽可能接近预期值。
10.系统稳定性：系统稳定性是指系统在受到外界干扰后，能够自动恢复到原来平衡状态或趋近于某一平衡状态的能力。判定线性系统稳定性的方法有劳斯判据、奈奎斯特判据等。
11. 先将传递函数展开为部分分式，再利用拉普拉斯变换的性质求出单位阶跃响应。具体过程：G(s)=5/(s+1)(s+3)=5/2[1/(s+1)-1/(s+3)]，单位阶跃响应c(t)=5/2(1-e^(-t)-e^(-3t))。
12. 利用劳斯判据判断稳定性，计算特征方程系数，列劳斯表。相位裕度和幅值裕度通过绘制奈奎斯特曲线，利用相关公式计算。经计算，系统不稳定。具体过程略。
13. 二阶系统传递函数标准形式为G(s)=ωn^2/(s^2+2ζωns+ωn^2)，代入ζ=0.5，ωn=2，可得G(s)=4/(s^2+2s+4)。