2025年大学二年级（自动化）自动控制原理试题及答案.doc

2025年大学二年级（自动化）自动控制原理试题及答案

（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。请将正确选项填涂在答题卡相应位置。(总共8题，每题5分)
1. 反馈控制系统的基本组成包括控制器、被控对象、测量元件、比较元件和（ ）
A. 放大元件 B. 执行元件 C. 校正元件 D. 给定元件
答案：B
2. 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. 初始条件
答案：A
3. 二阶系统的阻尼比ζ=0时，系统的阶跃响应为（ ）
A. 等幅振荡 B. 单调上升 C. 衰减振荡 D. 发散振荡
答案：A
4. 若系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/s(s+1)(s+2)，则系统的型别为（ ）
A. 0型 B. I型 C. II型 D. III型
答案：B
5. 系统的稳态误差与（ ）有关。
A. 系统的结构和参数 B. 输入信号的形式 C. 系统的初始条件 D. 系统的阶数
答案：AB
6. 根轨迹起始于开环极点，终止于（ ）
A. 开环零点 B. 无穷远处 C. 闭环极点 D. 闭环零点
答案：A
7. 串联超前校正装置的传递函数为G(s)=1+Ts/1+αTs，其中α（ ）
A. 大于1 B. 小于1 C. 等于1 D. 不确定
答案：B
8. 频率特性的物理意义是（ ）
A. 系统对不同频率输入信号的稳态响应 B. 系统对不同频率输入信号的动态响应
C. 系统对单位阶跃输入信号的响应 D. 系统对单位脉冲输入信号的响应
答案：A

第 II 卷（非选择题 共60分）
9. 简答题：简述自动控制系统的基本要求。(10分)
答案：自动控制系统的基本要求包括稳定性、准确性和快速性。稳定性是系统正常工作的首要条件，要求系统在受到扰动后能恢复到原来的平衡状态或趋于新的平衡状态。准确性通常用稳态误差来衡量，反映系统输出量与期望值的接近程度。快速性则体现系统对输入信号的响应速度，一般用上升时间、调节时间等指标来描述。
10. 计算题：已知系统的传递函数G(s)=10/(s(s+1)(s+5))，求系统的单位阶跃响应。(15分)
答案：首先将传递函数进行部分分式展开，G(s)=10/(s(s+1)(s+5))=2/s - 5/(s+1) + 3/(s+5)。单位阶跃函数的拉氏变换为1/s，根据拉氏变换的性质，系统的单位阶跃响应y(t)=2 - 5e^(-t) + 3e^(-5t)。
11. 分析题：分析比例、积分、微分控制作用对系统性能的影响。(15分)
答案：比例控制作用能快速响应输入信号，减小稳态误差，但不能消除稳态误差。积分控制作用可以消除稳态误差，提高系统的无差度，但会使系统响应变慢，甚至可能导致系统不稳定。微分控制作用能反映输入信号的变化率，增加系统的阻尼，改善系统的动态性能，抑制超调量，加快系统的响应速度。
12. 材料分析题：材料：某控制系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K(s+1)/s^2(s+2)。问题：试绘制系统的根轨迹，并分析系统的稳定性。(10分)
答案：首先确定开环极点为0（二重极点）和-2，开环零点为-1。根轨迹的起点为0（二重极点）和-2，终点为-1和无穷远处。根轨迹的分支数为3。当K>0时，根轨迹在实轴上有一段位于(-2,-1)之间，随着K的增大，根轨迹会进入右半平面，系统不稳定。
13. 设计题：设计一个PI控制器，使系统的稳态误差为零，已知系统的开环传递函数为G(s)=1/s(s+1)。(10分)
答案：PI控制器的传递函数为Gc(s)=Kp+Ki/s。系统的开环传递函数变为G(s)Gc(s)=Kp/s(s+1)+Ki/s(s+1)。为使稳态误差为零，系统应具有I型系统的性质。根据I型系统的特点，令Kp=0，Ki=1，此时PI控制器的传递函数为Gc(s)=1/s，能满足系统稳态误差为零的要求。