自动控制原理试卷及答案20套 (1).doc

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《自动控制原理》试卷（一）A
一、 求系统传递函数（10分）
G1

G3

G2

H3

H1

－

－

+

－

+

+

二、 系统结构图如图所示，取何值时，系统才能稳定 ？ （10分）

＋

－

三、已知负反馈系统的开环传递函数为，
(1) 试画出以K为参数系统的根轨迹；
(2) 证明根轨迹的复数部分为圆弧 。 （15分）

四、已知一单位闭环系统的开环传递函数为 ，现加入串联校正装置： ，试： （20分）
（1） 判断此校正装置属于引前校正还是迟后校正？
（2） 绘制校正前、后系统及校正装置的对数幅频特性。
（3） 计算校正后的相位裕量。

五、非线性系统结构如图所示，设输入r=0, 绘制起始点在
的平面上的相轨迹。 （15分）

c

e

r

_

u

1

2

0

六、采样控制系统如图所示，已知： （15分）
1． 求出系统的开环脉冲传递函数。
2．当输入为时，求稳态误差。

七、用奈氏稳定判据判断如下图所示系统的稳定性。其中，（1）─（3）为线性系统，（4）─（6）为非线性系统。 （15分）

《自动控制原理》试卷（一）B
一、 控制系统的结构如下图。
(1) 当F（s）=0时，求系统闭环传递函数；
(2) 系统中H2（s）应满足什么关系，能使干扰F（s）对输出C（s）没有影响？（10分）
G3(s)

H1(s)

H2(s)

F(s)

G1(s)

G2(s)

G4(s)

R(s)

C(s)

+

+

+

+

+

+

_

_

_

二、． 设某控制系统方框图如图所示，要求闭环系统的特征值全部位于s＝－1垂线之左，试确定参数K的取值范围。 （10分）

R(s)

+

_

C(s)

三、.一单位负反馈系统的开环传函为，欲使该系统对单位阶跃函数的响应为一振幅按指数规律衰减的简谐振荡时间函数，试用根轨迹法确定值范围（要求首先绘制根轨迹，求出并在图上标注主要的特征点参数）。（15分）
四、如图（a）和（b）所示是两个单位反馈系统的开环对数幅频特性，它们都是最小相位的，且开环截止频率相等，均为。 （20分）
-1

-2

-1

-2

0

-1

-3

-1

-2

0

图（a） 图（b）
要求：
1. 写出系统的开环传递函数。
2. 比较两系统的稳定性，暂态性能（）和恒速输入下的稳态误差。
3. 将图（a）所示的系统校正为图(b)所示的系统，应采用什么形式的串联校正装置？并写出此校正装置的传递函数。
五、．图所示为开环系统的幅相特性。图中P为开环传递函数G(s)H(s)中具有正实部的极点数目。试详细分析闭环系统的稳定性。 （16分）

c

e

r

_

u

0.1

0.1

0

六．非线性系统结构如图所示，设输入r=0, 试描绘该系统的相平面图。（14分）

七．设采样系统的方框图如图所示，其中 , 采样周期T＝0.25s，求能使系统稳定的K1值范围。 (15分)
G(s)

R(s) + C(s)

三、 求系统传递函数 （10分）
G3

G1

G2

H3

H2

H1

－

－

+

－

+

+

四、 系统的传递函数方块图如图所示。试确定K和a取何值时，系统将维持以角频率的持续振荡。 （10分）

＋

－

三、已知负反馈系统的开环传递函数为， 试画出以K为参数系统的根轨迹；并求系统稳定时K的取值范围。 （15分）

四、已知一单位闭环系统的开环传递函数为 ，现加入串联校正装置： ，试： （20分）
（4） 判断此校正装置属于引前校正还是迟后校正？
（5） 绘制校正前、后系统及校正装置的对数幅频特性。
（6） 计算校正后的相位裕量。

五、非线性系统结构如图所示，设输入r=0, 试描绘该系统的相平面图。 （15分）
c

e

r

_

u

0.1

0.1

0

六、采样控制系统如图所示，已知： （15分）
2． 求出系统的开环脉冲传递函数。
3． 判断闭环系统稳定性。
3．当输入为时，求稳态误差。

七、判断下列三个非线性系统闭环稳定性。 （15分）

《自动控制原理》试卷（二）B
1. 控制系统的结构如下图。
(3) 当F（s）=0时，求系统闭环传递函数；
(4) 系统中H2（s）应满足什么关系，能使干扰F（s）对输出C（s）没有影响？（10分）

G3(s)

H1(s)

H2(s)

F(s)

G1(s)

G2(s)

G4(s)

R(s)

C(s)

+

+

+

+

+

+

_

_

_

2． 设某控制系统方框图如图所示，要求闭环系统的特征值全部位于s＝－1垂线之左，试确定参数K的取值范围。 （10分）

R(s)

+

_

C(s)

3、
设反馈控制系统中
，
要求：（1）概略绘制系统根轨迹图，判断系统的稳定性。
（2）如果改变反馈通路传递函数使，试判断改变后系统的稳定性，研究改变所产生的效应。 （15分）

4．已知一系统原有的特性为，校正装置的特性为，
（1）画出原系统和校正装置的对数幅频特性。
（2）当采用串联校正时，求校正后系统的开环传递函数，并计算其相位裕量γ(ωc)和增益裕量GM。 （15分）

5．图所示为开环系统的幅相特性。图中P为开环传递函数G(s)H(s)中具有正实部的极点数目。试详细分析闭环系统的稳定性。 （20分）

6．已知非线性控制系统的结构图如图7-38所示。为使系统不产生自振，是利用描述函数法确定继电特性参数a,b的数值。（15分）

b

a

r(t)

+

_

c(t)

R(s)

T=1s

c(s)

+

_

7．线性离散控制系统如下图所示，试确定使系统稳定的K值范围。 （15分）

《自动控制原理》 试题（三）A卷

一、单项选择题：在下列各题中，有四个备选答案，请将其中唯一正确的答案填入题干的括号中。
(本大题共9小题，总计40分)
1、(本小题3分)
下列性能指标中，可以描述系统暂态性能的有――
① 超调量②调节时间③稳态误差④调节频率⑤上升时间
A. ①②③④⑤ B. ①②④⑤ C. ①②③⑤ D. ①②③④
答( )
2、(本小题3分)
系统的传递函数可通过求取该系统的――而求得.
A.阶跃响应函数 B.脉冲响应函数 C.斜坡响应函数 D.抛物线响应函数 答( )
3、(本小题3分)
如图所示是某系统的单位阶跃响应曲线，下面关于性能指标正确的是――
1.02

A. B. C. D.
答( )
4、(本小题5分)
已知控制系统开环传递函数为，则下述正确的是――
A．系统稳定 B.右半平面有2个根 C.2个纯虚根 D.全不正确
答( )
5、(本小题5分)
已知控制系统开环传递函数为，当输入时，系统稳态误差为――
A.0 B. C. 0.6 D. 6
答( )
6、(本小题6分)
系统根轨迹如图所示，当根轨迹与虚轴相交时，下述正确的是――
×
0

×
－6

×
－3

A. B. C. D.
答( )
7、(本小题5分)
下列线性系统判断中正确的是――

A.（1）稳定 B.（2）稳定 C.（3）稳定 D. 全不稳定
答( )
8、(本小题5分)
在采样控制系统中，为使采样信号不失真的恢复为原来的连续信号，则采样频率应至少大于――
A. B. C. D.
答( )
9、(本小题5分)
设有一DDC系统,T=1, Kc=1,试求单位阶跃响应在第几拍达到最大？

A. 0.5拍 B. 1拍 C.2拍 D. 3拍
答( )

二、 计算题在下列各题中，(需要写出详细步骤、结果和画出必要的图形。)
(本大题共3小题，总计60分)

1．系统的传递函数方块图如图所示。试确定K和a取何值时，系统将维持以角频率的持续振荡。（20分）

＋

－

2．一单位负反馈系统的开环传函为，欲使该系统对单位阶跃函数的响应为一振幅按指数规律衰减的简谐振荡时间函数，试用根轨迹法确定值范围（要求首先绘
制根轨迹，求出并在图上标注主要的特征点参数）。（20分）

3． 如图（a）和（b）所示是两个单位反馈系统的开环对数幅频特性，它们都是最小相位的，且开环截止频率相等，均为。（20分）
-1

-2

-1

-2

0

-1

-3

-1

-2

0

图（a） 图（b）
要求：
1. 写出系统的开环传递函数。
2. 比较两系统的稳定性，暂态性能（）和恒速输入下的稳态误差。
3. 将图（a）所示的系统校正为图(b)所示的系统，应采用什么形式的串联校正装置？并写出此校正装置的传递函数。

《自动控制原理》试题（三）B卷

一、单项选择题：在下列各题中，有四个备选答案，请将其中唯一正确的答案填入题干的括号中。
(本大题共9小题，总计40分)
1、(本小题3分)
把系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为系统的传递函数。
A.正确 B.不正确 C.部分正确 D.无法判断
答( )
2、(本小题3分)
线性系统的稳定性是系统本身固有的一种特性，与输入量及初始条件无关。
A.正确 B.不正确 C.部分正确 D.无法判断
答( )
3、(本小题3分)
线性系统稳定的充分必要条件是：开环传递函数的所有极点均位于S复平面的左半平面。
A. 正确 B. 不正确 C. 部分正确 D. 无法判断
答( )
4、(本小题3分)
输入量为单位斜坡函数时，要使系统的稳态误差为零，系统必须为Ⅰ型系统。
A. 正确 B.不正确 C. 部分正确 D. 无法判断
答( )
5、(本小题5分)
下列那个线性系统闭环稳定。

A.（1）稳定 B.（2）稳定 C.（3）稳定 D. 都不稳定
答( )
6、(本小题5分)
非线性系统闭环稳定判断中下列那个正确。

A.（1）工作点不稳定 B.（2）稳定
C.（3）M稳定N不稳定 D. 都不稳定
答( )
7、(本小题6分)
已知系统的特征方程如下，判断系统稳定性的错误结论是哪个。

A. 系统临界稳定 B. 没有S右半平面根
C. 有1对在虚轴上的根 D. 有2 对在虚轴上的根
答( )
8、(本小题6分)
非线性系统动态方程如下，试判断(-2,0)的奇点类型。
A. 中心点 B. 焦点 C. 节点 D. 鞍点
答( )
9、(本小题6分)
某开环系统幅频特性波德图如下，试确定开环系统增益K
0

1

2

4

-1

-2

ω

L(ω)

dB

A. 1 B. 2 C. 4 D. 8
答( )
二、计算题：在下列各题中，需要写出详细步骤、结果和画出必要的图形。
(本大题共3小题，总计60分)
1、 (本小题20分)
设一反馈控制系统的开环传递函数如下，试绘制K1变化时系统特征方程的根轨迹，并求出系统稳定时K1的取值范围。

2、(本小题20分)
设1型单位反馈系统原有部分的开环传递函数为：

要求设计串联校正装置，使系统具有K=12及γ=40度的性能指标。

3、(本小题20分)
设采样系统的方框图如图所示，其中,采样周期
T＝0.25s，求能使系统稳定的K1值范围。

G(s)
R(s) + C(s)
-

《自动控制原理》试卷（四）A
1. 控制系统的方框图如图所示，试用梅逊公式

W2(s)

W3(s)

H2(s)

H1(s)

W4(s)

W1(s)

C(s)

+

-

-

-

R(s)

2. 已知系统的特征方程如下，判断系统的稳定性。10分

3. 设一反馈控制系统的开环传递函数如下，试绘制K1变化时系统特征方程的根轨迹。20分

4. 已知单位负反馈系统的开环传递函数：

试求系统的相角裕度和幅值裕度。　　　15分
5. 设1型单位反馈系统原有部分的开环传递函数为：

要求设计串联校正装置，使系统具有K=12及γ=40度的性能指标。 15分
6. 试用等倾线法画出相轨迹。10分

7．采样系统结构图如图所示，，采样周期T=1秒，试判断闭环系统的稳定性。 15分
Xr(s)

Xc(s)

T

W1(s)

《自动控制原理》试卷（四）B

1． 控制系统的方框图如图所示，试用梅逊公式求系统的传递函数。15分
W1(s)

W2(s)

W3(s)

H2(s)

H1(s)

W4(s)

2． 设系统的特征方程如下，试用劳斯判据确定正实部根的个数。10分

已知单位负反馈系统的开环传递函数为，，试：
（1）绘制系统的根轨迹；
（2）求系统稳定时K的取值范围。 [15分]

3． 已知单位负反馈系统的开环传递函数：

试求系统的相角裕度和幅值裕度。　　　15分

5．系统的结构图如图(a)所示，其中，W2(S)为最小相位环节，W2(S)由如图(b)所示的对
数幅频特性确定出。试求系统稳定时K的取值范围。 15分
Xr(s)

W2(S)

Xc(s)

(a)

L(ω)

ω

-1

-2

1

2

4

0

(b)

6．含有死区继电器特性的非线性系统的方框图如图所示，系统中线性部分的输入输出关系为：

非线性系统部分的输入输出关系可用下式表示：

1
_____________
s(s+1)

试绘制其初始状态为3时的相轨迹。　15分

7．设采样系统的方框图如图所示，其中,采样周期T＝0.25s，求能使系统稳定的K1值范围 15分
R(s) + T C(s)
G(s)
--

《自动控制原理》试卷（五）A
一、选择题：（共20分）
1、(本小题4分)
系统的传递函数可通过求取该系统的――而求得.
A.阶跃响应函数 B.脉冲响应函数 C.斜坡响应函数 D.抛物线响应函数
答( )
2、(本小题4分)
如图所示是某系统的单位阶跃响应曲线，下面关于性能指标正确的是――
1.02

A. B. C. D.
答( )
3、(本小题5分)
已知控制系统开环传递函数为，当输入时，系统稳态误差为――
A.0 B. C. 0.6 D. 6
4、(本小题4分)
系统根轨迹如图所示，当根轨迹与虚轴相交时，下述正确的是――
×
0

×
－6

×
－3

A. B. C. D.
答( )
5、(本小题4分)
下列线性系统判断中正确的是――

A.（1）稳定 B.（2）稳定 C.（3）稳定 D. 全不稳定
答( )

二、 控制系统的方框图如图所示，试用梅逊公式求系统的传递函数。10分

W2(s)

W3(s)

H2(s)

H1(s)

W4(s)

W1(s)

C(s)

+

-

-

-

R(s)

三、系统的传递函数方块图如图所示。试确定K和a取何值时，系统将维持以角频率的持续振荡。（10分）

＋

－

四、已知已知单位反馈系统的开环传递函数为

a的变化范围为[0，+∞），试绘制系统的闭环根轨迹。 （15分）

五、已知一最小相位系统开环的对数幅频特性如下图所示， （15分）
试写出系统开环传递函数，求系统相位裕量和增益裕量。
1

40

ω

L(ω)

dB

4

100

-2

-2

-1

六、非线性系统结构如图所示，设输入r=0, 绘制起始点在
的平面上的相轨迹。 （15分）

c

e

r

_

u

1

2

0

七、
线性离散控制系统如下图所示，试确定使系统稳定的K值范围。

R(s)

T=1s

c(s)

+

_

（15分）

自动控制原理试题A1卷

题号
一
二
三
四
五
六
七
总分
得分

一、本题共2小题。 （20分）
1．（10分）下图所示电路，求。
Ur

Uc

R2

R1

C0

R0

R0

C1

-

装订线内不要答题
学 号
2．（10分）下图所示系统，求。
+

W1

W2

H

Xc

Xr

二、已知一单位负反馈典型二阶系统的单位阶跃响应曲线如下图所示，求系统的闭环传递函数。 （15分）
2

2.18

Xc(t)

t (s)

tm

0.8

三、已知单位负反馈系统的开环传函为， （15分）
（一）画出系统根轨迹（关键点要标明）。
（二）求使系统稳定的Kg值范围。

四、设系统开环传函为，试分别大致画出τ<T，τ=T, τ>T三种情况下的奈氏图。 （15分）

五、已知一最小相位系统开环的对数幅频特性如下图所示， （20分）
（1）试写出系统开环传递函数，计算相位裕量γ(ωc)和增益裕量GM。
（2）若系统原有的开环传递函数为，而校正后的对数幅频特性如下图所示，求串联校正装置的传递函数。
1

40

ω

L(ω)

dB

4

100

-2

-2

-1

六、画出两个常见的非线性元件的特性。 （5分）

七、求解差分方程 （10分）
其中，初始条件：，；输入条件：

自动控制原理试题B2卷

考题
一
二
三
四
五
六
七
八
总分
得分

一、填空。 [12分]
1．线性定常系统， ，把系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为系统的传递函数。
2．线性系统的稳定性是系统本身固有的一种特性，与输入量及初始条件 。
3．线性系统稳定的充分必要条件是
。
4．输入为单位斜坡函数时，要使系统稳态误差为零，系统必须为
型系统。
5．采样系统在初始条件为零时，把 称为系统的脉冲传递函数。
6．用开环频率特性分析研究系统暂态特性时，常常用 和
这两个特征量的。
Xc(s)
二、化简结构图（或用信号流图法）求闭环传递函数。 [12分]
Xr(s)

Xc(s)

Xr(s)

W1(s)

W1(s)

W2(s)

W3(s)

H1(s)

H2(s)

W2(s)

（1） （2）
三、设单位负反馈的典型二阶系统的单位阶跃响应的超调量为δ%=25%，调节时间为ts(5%)=2秒，试求：（1）系统的开环传递函数；
（2）输入为单位斜坡函数时的稳态误差。 [14分]
四、已知单位负反馈系统的开环传递函数为，，试：
（1）绘制系统的根轨迹；
（2）求系统稳定时K的取值范围。 [12分]
五、包括两小题。 [14分]
1．绘制下列系统的相平面图。 （1） （2）
2．用奈氏稳定判据判断如下图所示系统的稳定性。其中，（1）─（3）为线性系统，（4）─（6）为非线性系统。

六、采样系统结构图如图所示， 采样周期T=1秒，求闭环脉传递函
Xr(s)

Xc(s)

T

W1(s)

数。[12分]

七、已知原系统开环传递函数为，现采用串联校正方法，使校正后为二阶工程最佳系统且开环放大系数不变，试： [12分]
（1） 确定校正装置Wc(S)；
（2） 绘制校正前、后及校正装置的对数幅频特性；
0

1