自动控制原理试题及答案.pdf

1自动控制原理：参考答案及评分标准自动控制原理：参考答案及评分标准一、单项选择题（每小题 1 分，共 20 分）1.系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（C）A.系统综合 B.系统辨识 C.系统分析 D.系统设计 2.惯性环节和积分环节的频率特性在（A）上相等。A.幅频特性的斜率 B.最小幅值 C.相位变化率 D.穿越频率3.通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（C）A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件4.从 0 变化到+时，延迟环节频率特性极坐标图为（A）A.圆 B.半圆 C.椭圆 D.双曲线5.当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时，电动机可看作一个（B）A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节6.若系统的开环传 递函数为，则它的开环增益为（C）2)(5 10ssA.1 B.2 C.5 D.107.二阶系统的传递函数，则该系统是（B）52 5)(2sssGA.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统8.若保持二阶系统的 不变，提高 n，则可以（B）A.提高上升时间和峰值时间 B.减少上升时间和峰值时间C.提高上升时间和调整时间 D.减少上升时间和超调量9.一阶微分环节，当频率时，则相频特性为（A）TssG1)(T1)(jGA.45 B.-45 C.90 D.-9010.最小相位系统的开环增益越大，其（D）A.振荡次数越多 B.稳定裕量越大 C.相位变化越小 D.稳态误差越小11.设系统的特征方程为，则此系统（A）0516178234sssssDA.稳定 B.临界稳定 C.不稳定 D.稳定性不确定。12.某单位反馈系统的开环传递函数为：，当 k=（C）时，闭环)5)(1(sssksG系统临界稳定。A.10 B.20 C.30 D.40213.设系统的特征方程为，则此系统中包含正实部特征的个 025103234sssssD数有（C）A.0 B.1 C.2 D.314.单位反馈系统开环传递函数为，当输入为单位阶跃时，则其位置 ssssG652误差为（C）A.2 B.0.2 C.0.5 D.0.0515.若已知某串联校正装置的传递函数为，则它是一种（D）1101)(sssGcA.反馈校正 B.相位超前校正 C.相位滞后超前校正 D.相位滞后校正16.稳态误差 ess与误差信号 E(s)的函数关系为（B）A.B.)(lim0sEesss)(lim0ssEesssC.D.)(limsEesss)(limssEesss17.在对控制系统稳态精度无明确要求时，为提高系统的稳定性，最方便的是（A）A.减小增益 B.超前校正 C.滞后校正 D.滞后-超前18.相位超前校正装置的奈氏曲线为（B）A.圆 B.上半圆 C.下半圆 D.45弧线19.开环传递函数为 G(s)H(s)=,则实轴上的根轨迹为（C）)3(3ssKA.(-3，)B.(0，)C.(-，-3)D.(-3，0)20.在直流电动机调速系统中，霍尔传感器是用作（B）反馈的传感器。A.电压 B.电流 C.位移 D.速度二、填空题（每小题 1 分，共 10 分）1.闭环控制系统又称为 反馈系统反馈系统 系统。2.一线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与 传递函数传递函数 相同。3.一阶系统当输入为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为 时间常数时间常数 T（或常（或常量）量）。4.控制系统线性化过程中，线性化的精度和系统变量的 偏移程度偏移程度 有关。5.对于最小相位系统一般只要知道系统的 开环幅频特性开环幅频特性 就可以判断其稳定性。6.一般讲系统的位置误差指输入是 阶跃信号阶跃信号 所引起的输出位置上的误差。7.超前校正是由于正相移的作用，使截止频率附近的 相位相位 明显上升，从而具有较大的稳定裕度。28.二阶系统当共轭复数极点位于 45 线上时，对应的阻尼比为 0.707。29.PID 调节中的“P”指的是 比例比例 控制器。30.若要求系统的快速性好，则闭环极点应距虚轴越 远远 越好。一、填空题（每空 1 分，共 15 分）1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值给定值 与反馈量的差值进行3的。2、复合控制有两种基本形式：即按 输入输入 的前馈复合控制和按 扰动扰动 的前馈复合控制。3、两个传递函数分别为 G1(s)与 G2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为，则 G(s)为 G1(s)+G2(s)（用 G1(s)与 G2(s)表示）。()G s4、典型二阶系统极点分布如图 1 所示，则无阻尼自然频率，阻尼比，n该系统的特征方程为 S+2S+2=0 ，该系统的单位阶跃响应曲线为 衰减振动衰减振动 。5、若某系统的单位脉冲响应为，0.20.5()105ttg tee则该系统的传递函数 G(s)为。6、根轨迹起始于 开环极点开环极点 ，终止于 开环零点开环零点 。7、设某最小相位系统的相频特性为，则该系统的开环101()()90()tgtgT 传递函数为。8、PI 控制器的输入输出关系的时域表达式是，其相应的传递函数为，由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态稳态 性能。二、选择题（每题 2 分，共 20 分）1、采用负反馈形式连接后，则(D )A、一定能使闭环系统稳定；B、系统动态性能一定会提高；C、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；D、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果(A )。A、增加开环极点；B、在积分环节外加单位负反馈；C、增加开环零点；D、引入串联超前校正装置。3、系统特征方程为，则系统 (C )0632)(23ssssDA、稳定；B、单位阶跃响应曲线为单调指数上升；C、临界稳定；D、右半平面闭环极点数。2Z44、系统在作用下的稳态误差，说明(A )2)(ttrsseA、型别；B、系统不稳定；2vC、输入幅值过大；D、闭环传递函数中有一个积分环节。5、对于以下情况应绘制 0根轨迹的是(D )A、主反馈口符号为“-”；B、除外的其他参数变化时；rKC、非单位反馈系统；D、根轨迹方程（标准形式）为。1)()(sHsG6、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标(A )。A、超调 B、稳态误差 C、调整时间 D、峰值时间%ssestpt7、已知开环幅频特性如图 2 所示，则图中不稳定的系统是(B )。系统 系统 系统图 2A、系统 B、系统 C、系统 D、都不稳定8、若某最小相位系统的相角裕度，则下列说法正确的是(C C )。0A、不稳定；B、只有当幅值裕度时才稳定；1gk C、稳定；D、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。9、若某串联校正装置的传递函数为，则该校正装置属于(B B )。1011001ssA、超前校正 B、滞后校正 C、滞后-超前校正 D、不能判断10、下列串联校正装置的传递函数中，能在处提供最大相位超前角的是：(B )1cA、B、C、D、1011ss1010.11ss210.51ss0.11101ss51如图示系统结构图 1，试用结构图化简方法求传递函数。（15 分）)()(sRsCG1(s)G2(s)G3(s)R(s)C(s)_+图 1解：G1(s)1+G2(s)G3(s)R(s)C(s)_+G2(s)原图G1(s)1+G2(s)G3(s)R(s)C(s)_+G2(s)1/G1(s)1+G2(s)G3(s)R(s)C(s)_1/G1(s)112()1()()G sG s G s6R(s)C(s)_1/G1(s)12312()1+G(s)G(s)1()()G sG s G sR(s)C(s)_1231223()1+G(s)G(s)1()()1()()G sG s G sG s G s R(s)C(s)12312231123()1+G(s)G(s)2()()()()()+()G(s)G(s)G sG s G sG s G sG sG s得传递函数为 112312123231()()11GGG GC sR sGGGG GG GG 2控制系统如图 2 所示，系统单位阶跃响应的峰值时间为 3s、超调量为 20%，求 K，a 值。（15 分）R(s)C(s)_2Ks1as图 2解：开环传递函数 2(1)()KasG ss闭环传递函数222222()(1)21nnnKKssKassKasKsss7已知 2120.23()1oopnets所以221.1813 1 0.46nptK，a 分别为 21.421.090.781.4nnKaK1已知系统特征方程为，试求系统在 S 右04832241232345sssss半平面的根的个数及虚根值。（10 分）解：列 Routh 表 S5 1 12 32 S4 3 24 48 S3 03 12243432348316 S2 484243 16412 S 0 辅助方程,1216448120124802s S 24 求导：24s=0 S0 48答：系统没有正根。对辅助方程求解，得一对虚根，其值为。sj1 22,4.单位负反馈系统的开环传递函数,绘制 K 从 0 到)15.0)(12.0()(sssKsG+变化时系统的闭环根轨迹图。（15 分）解 =)15.0)(12.0()(sssKsG)2)(5(10sssK系统有三个开环极点：,=-2,=-501p2p3p222222(ln)(ln0.2)2.60.46(ln)(ln0.2)9.872.68 实轴上的根轨迹：,5,0,2 渐近线：,33)12(373520kaa 分离点：021511ddd解得：，(舍去)。88.01d7863.32d 与虚轴的交点：特征方程为 D(s)=01010723Ksss令 010)(Im0107)(Re32jDKjD解得 710K与虚轴的交点（0，）。根轨迹如图示。j109自动控制原理课上复习题。自动控制原理课上复习题。第一题：求下图所示电路网络的传递函数：根据复阻抗概念及基尔霍夫电压定律得：3sC1211)1(202121IULsCsLRsCRRIUi 解得：3221212210)11sLRCCLCCRCLsCUUi（练习题：（工具有限自己画）如图：解:iiUUIRSRLCSLRRSLCRUUSLCSLRUIR02200110单位负反馈系统开环传递函数为：，当 r（t）=t 时，闭环系统)105.0)(1(sssksG的稳态误差 ，k 的取值范围应是多少？解：给定信号作用下的误差函数：kksssssskssssssssRsseKSSSSSSSGsRsEsssserssrer1)105.0)(1()105.0)(1(lim1)105.0)(1()105.0)(1(lim)()(lim)105.0)(1()105.0)(1()(11)()()(0200由 得，.。1.01K10K课堂练习：单位负反馈控制系统的开环传递函数如下：)15.0)(12.0(sssksG（1）试概略绘出系统根轨迹。（要求确定渐近线、分离点、与虚轴交点 0（2）确定使系统稳定的 k 值范围。解：=)15.0)(12.0(sssksG)2)(5(10sss系统有三个开环极点：p1=0，p2=-2,p3=-5实轴上的根轨迹：（，-2,0）5,渐近线：，33)12(373520kaa分离点：021511ddd 解得：d1=-0.88,d2=-3.7863(舍去)与虚轴的交点：特征方程为：010107)(23kssssD 令 010)(Im0107)(Re32wwjwDkwjwD 解得：与虚轴的交点（0，）。710kwj10是系统稳定的 k 值范围是：0k0、T20)，及其福相曲线图，判断各闭环系统的稳定性（要说明理由）解：2.96j(1808.83001.0arctan01.0arctan)2.0(2.0)1005.0)(150()105.0(10)(05.0,05.0,501020log20)1)(1()1()(321312）GjGssssGTTTKKTTTksGcSSS(1）已知系统特征方程为：，判断该系统的稳定性，若闭环系统022234ssss不稳定，指出在 s 平面右半部的极点个数。（要有劳斯表）(2）已知下列负反馈系统的开环传递函数（参数 k、T10、T20),及其幅相曲线图，判断个(3）闭环系统的稳定性。（要说明理）12（a)1()1()(221STssTKsG（b)1()(TSsksG解：首列系数变号 2 次，有 2 个极点在【s】平面右半部，闭环系统不稳定。4s 1 1 23s 1 2 02s -1 2S 4 01/s 2（a）（图自己画）)1()1()(221STssTKsG （a）p=0,R=-2,PR,奈奎斯特曲线顺时包围临界点 2 周，闭环系统不稳定。（b）)1()(TSsksG （b）P=1，R=-1，RP,奈奎斯特曲线顺时针包围临界点 1 周，闭环系统不稳定。