2025年大学一年级（自动化）自动控制原理试题及答案.doc

2025年大学一年级（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。请将正确选项填在题后的括号内。(总共8题，每题5分)
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. 微分环节
答案：A
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
答案：A
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
答案：C
4. 某系统传递函数为G(s)=10/(2s+1)，其增益K为（ ）
A. 10
B. 5
C. 2
D. 1
答案：A
5. 单位反馈系统的开环传递函数为G(s)=K/(s(s+1)(s+2))，当K增大时，系统的（ ）
A. 稳定性变好
B. 稳定性变差
C. 稳态误差不变
D. 稳态误差增大
答案：B
6. 控制系统的稳定性取决于（ ）
A. 系统的结构和参数
B. 输入信号的大小
C. 输出信号的大小
D. 干扰信号的大小
答案：A
7. 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
答案：B
8. 若系统的传递函数为G(s)=1/(s+1)，其单位阶跃响应的稳态值为（ ）
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
答案：B

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)
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。控制器根据偏差信号进行控制，以减小偏差，使系统输出尽可能接近期望值。其原理基于偏差调节，不断调整系统行为，以达到预期的控制效果。
10. 计算题：已知系统的传递函数G(s)=5/(s(s+2))，求系统对单位阶跃输入的响应。(15分)
首先将传递函数进行分解，G(s)=5/(s(s+2))=5/2(1/s - 1/(s+2))。单位阶跃输入的拉氏变换为1/s。根据拉氏变换的性质，系统输出的拉氏变换Y(s)=G(s)×1/s=5/2(1/s² - 1/(s(s+2)))。再进行拉氏反变换，可得y(t)=5/2(t - (1 - e^(-2t)))=5/2t - 5/2 + 5/2e^(-2t)。
11. 分析题：分析比例、积分、微分控制对系统性能的影响。(15分)
比例控制能快速响应偏差，减小稳态误差，但不能消除稳态误差。积分控制可消除稳态误差，提高系统的无差度，但会使系统响应速度变慢，稳定性变差。微分控制能反映偏差信号的变化趋势，增加系统的阻尼，提高稳定性，加快响应速度，但对高频干扰敏感。
12. 材料分析题：
材料：某控制系统的开环传递函数为G(s)=K(s+1)/(s²(s+2))。
问题：当K变化时，分析系统稳定性的变化情况，并说明如何确定系统稳定时K的取值范围。(10分)
系统的特征方程为s²(s+2)+K(s+1)=0，即s³+2s²+Ks+K=0。根据劳斯判据，列出劳斯表。第一列元素符号变化的次数决定系统的稳定性。通过劳斯判据计算可得，当0<K<4时，系统稳定。所以当K在0到4之间变化时，系统稳定，超出此范围系统不稳定。
13. 设计题：设计一个简单的控制系统，要求能够实现对电机转速的稳定控制。(20分)
采用转速传感器测量电机转速，将转速信号反馈到控制器。控制器采用比例积分微分（PID）控制器，根据设定转速与实际转速的偏差进行控制。通过调整PID参数，使电机转速稳定在设定值。电机的供电电路根据控制器输出进行调整，以改变电机的转速。同时可加入滤波环节，减少干扰对系统的影响，提高系统的稳定性和控制精度。