自动控制原理试题库20套和答案详细讲解.docx
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自动控制原理试题库20套和答案详细讲解
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一、填空（每空1分，共18分）
1．自动控制系统的数学模型有、、、
共4种。
2．连续控制系统稳定的充分必要条件是。
离散控制系统稳定的充分必要条件是。
dc（t）
3．某统控制系统的微分方程为：
+0.5C（t）=2r（t）。
则该系统的闭环传递函数dt
Φ（s）=；该系统超调σ%=；调节时间ts（=2%）=。
4．某单位反馈系统
G（s）=
100（s
5）
阶
（0.1s
，则该系统是
s2
2）（0.02s4）
型系统；其开环放大系数K=
。
5．已知自动控制系统
L（ω）曲线为：
L（ω）dB
40
[-20]
则该系统开环传递函数
G（s）=
；
ωC
ω
0.1
ωC=
。
6．相位滞后校正装置又称为
调节器，其校正作用是
。
7．采样器的作用是
，某离散控制系统
（1
e10T）
（单位反馈
T=0.1）当输入r（t）=t
时.该系统稳态误差
G（Z）
2（Ze10T
（Z1）
）
为
。
二.1.求图示控制系统的传递函数.
G4
+
R（s）
G1
G2
G3
C（s）
-
-
-
G5
G6
求：
C（S）（10分）
R（S）
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2.求图示系统输出
C（Z）的表达式。
（4分）
R（s）
T
G1
G2
G3
C（s）
-
T
H1H2
四．反馈校正系统如图所示（12分）
求：
（1）Kf=0时，系统的ξ，ωn和在单位斜坡输入下的稳态误差ess.
（2）若使系统ξ=0.707，kf应取何值？
单位斜坡输入下ess.=？
R（s）8c（s）
S（S2）
kfs
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五.已知某系统L（ω）曲线，（12分）
（1）写出系统开环传递函数G（s）
（2）求其相位裕度γ
（3）欲使该系统成为三阶最佳系统.求其K=？
，γ=?
max
L（ω）
[-20]
100ω
1025ωc
[-40]
六、已知控制系统开环频率特性曲线如图示。
P为开环右极点个数。
г为积分环节个数。
判别系统闭环后的稳定性。
（要求简单写出判别依据）（12分）
+j
+j
+j
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+1
+1
+1
ω=∞
ω=∞
ω=∞
г=2
г=3
p=2
p=0
p=0
（1）
（2）（3）
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七、已知控制系统的传递函数为G0（s）
10
将其教正为二阶最佳系统，求
（0.05s
1）（0.005s1）
校正装置的传递函数
G0（S）。
（12分）
一.填空题。
（10分）
1.传递函数分母多项式的根，称为系统的
2.微分环节的传递函数为
3.
并联方框图的等效传递函数等于各并联传递函数之
4.
单位冲击函数信号的拉氏变换式
5.
系统开环传递函数中有一个积分环节则该系统为
型系统。
6.
比例环节的频率特性为
。
7.
微分环节的相角为
。
8.
二阶系统的谐振峰值与
有关。
9.
高阶系统的超调量跟
有关。
10.
在零初始条件下输出量与输入量的拉氏变换之比，称该系统的传递函数。
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二．试求下图的传第函数
（7分）
G4
R
+
C
-
G1
G2
G3
三．设有一个由弹簧、物体和阻尼器组成的机械系统（如下图所示），设外作用力F（t）为
输入量，位移为y（t）输出量，列写机械位移系统的微分方程（10分）
k
F（t）
m
y（t）
f
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四．系统结构如图所示，其中
K=8，T=0.25。
（15
分）
（1）
输入信号x（t）=1（t），求系统的响应；
i
t
t
t
б
（2）
计算系统的性能指标
s（5%）、
r、
p、
p；
（3）
若要求将系统设计成二阶最佳ξ
=0.707
，应如何改变
K值
Xi（s）
KX0（t）
s（Ts1）
0.5
五．在系统的特征式为A（s）=s6+2s5+8s4+12s3+20s2+16s+16=0，试判断系统的稳定性（8分）
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六．最小相位系统的对数幅频特性如图所示。
试求开环传递函数和相
位裕量L（w）γ。
（12分）
20
-20db/dec
12
-40db/dec
w
0
10
1
4
-60
-20
七．某控制系统的结构如图，其中G（s）
K
s（0.1s1）（0.001s1）
要求设计串联校正装置，使系统具有K≥1000及υ≥４５。
的性能指标。
（13分）
XisX0（s）
Gc′（s）G（s）
－
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.
八．设采样控制系统饿结构如图所示，其中
1
T0.25s试判断系统的稳定性。
G（s）
s（s
4）
xI（t）
x0（t）
（10分）
TG（s）
X0（s）
XI（s）
九．已知单位负反馈系统的开环传递函数为：
G（s）
K
2,试绘制K
2
（s
4）
（s1）
由0->+∞变化的闭环根轨迹图
系统稳定的K值范围。
（15
分）
一、填空题：
（每空1.5分，共
15分）
1.
当扰动信号进入系统破坏系统平衡时，有重新恢复平衡的能力则该系统具有
。
2.
控制方式由改变输入直接控制输出，而输出对系统的控制过程没有直接影响，
叫
。
3.
线性系统在零初始条件下输出量与输入量的
之比，称该系统的传递函数。
4.
积分环节的传递函数为
。
5.
单位斜坡函数信号的拉氏变换式
。
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6.
系统速度误差系数Kv=。
7.系统输出由零上升到第一次穿过稳态值所需要的时间为
。
8.
二阶欠阻尼振荡系统的峰值时间为
。
9.
二阶振荡环节的频率特性为
。
10.拉氏变换中初值定理为。
二．设质量-弹簧-摩擦系统如下图，f为摩擦系数，k为弹簧系数，p（t）为输入量，x（t）为输出量，试确定系统的微分方程。
（11分）
M
三.在无源网络中，已知R1=100kΩ,R2=1MΩ,C1=10μF,C2=1μF。
试求网络的传递函数U0（s）
/Ur（s）,说明该网络是否等效于两个RC网络串联？
（12分）
R1R2
C1
C2
ur
u0
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四.设单位反馈控制系统的开环传递函数为
K
确定闭环系
G（s）
（s2）（s4）（s2
6s25）
统持续振荡时的k值。
（12分）
10
试中T1=0.1（s）,
五.已知单位反馈控制系统的开环传递函数为G（s）
s（1T1s）（1
T2s）
T2=0.5（s）.输入信号为r（t）=2+0.5t,
求系统的稳态误差。
（11分）
六.最小相位系统对数幅频渐进线如下，试确定系统的传递函数。
（12分）
L（ω）
40
0专业整理
-20
30
20
-40
5
0
0.1
100
ω
-20
-60
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1
et
（12分）
七.试求E（s）
的z变换.
s2（1
s）
八.已知单位负反馈系统的开环传递函数为G（s）
K
1）（0.5s1）
s（s
（1）
试绘制K由0→+∞变化的闭环根轨迹图；
（2）
用根轨迹法确定使系统的阶跃响应不出现超调的
K值范围；
（3）为使系统的根轨迹通过-1±j1两点，拟加入串联微分校正装置（τs+1），试确定τ的取值。
（15分）
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一。
填空题（26分）
（1）开环传递函数与闭环传递函数的区别是_______________________________
________________________________________________________________。
（2）传递函数是指_____________________________________________________
________________________________________________________________。
（3）频率特性是指_____________________________________________________
________________________________________________________________。
（4）系统校正是指_____________________________________________________
________________________________________________________________。
（5）幅值裕量是指_____________________________________________________
________________________________________________________________。
（6）稳态误差是指_____________________________________________________
________________________________________________________________。
（7）图a的传递函数为G（s）=________________。
（8）图b中的t=______。
（9）图c的传递函数为G（s）=________________。
（10）s3+5s2+8s+6=0此特征方程的根的实部小于-1时系统稳定的k值范围______。
（11）图d的传递函数为K=__________________。
（12）图e的ωc=________________。
（13）图f为相位__________校正。
（14）图g中的γ=________Kg=______________。
（15）图h、i、j的稳定性一次为______、______、______。
（16）A（s）=s6=2s5+8s4+12s3+20s2+16s+16=0
则次系统是否稳定________。
（17）开环传递
G（s）=k（T1s+1）/s
2
（T2s+1）,（T1
>T2
k、T1
、T2）为常数）则γ=______。
max
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Xi（s）
Xo（s）
C（t）
G1（s）
1.3
—
—
1
0.98
G2（s）
—
t
图a
0.1图b
t
L（ω）
L（ω）
L（ω）
20
20
75
[-40]
[-20]
10
1050
ω
110
ω
10ωcω
-20
图c
图d
-20
图e
Im
c
R1
R2
-0.6
1
Ui
Uo
Re
-0.6
图f
图g
Im
Im
Im
Re
Re
Re
-1
P=3
-1
P=2
-1
P=1
V=0
V=1
V=0
图h
图i
图j
二、判断题（每题
1分，共10分）
1.拉普拉斯变换的位移定理为
L[f（t-τ0）=e-sF（τ0+S）
（
）
2.在任意线性形式下
L[af1（t）+bf2（t）]=aF
1（s）+bF2（s）
（
）
3.原函数为f（t）coswt.则象函数F（S）=
S
（
）
W2
S2
4.G1（s）和G2（S）为串联连接则等效后的结构为
G1s）.G2（S）
（
）
5.r（t）1（t）
则R（s）
1
（
）
S
.
.
t
e2）（）
6.设初始条件全部为零
2X（t）
X（t）
t则X（t）
t2（1
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7.
一阶系统在单位阶跃响应下
p3T
（
）
8.
二阶系统在单位阶跃信号作用下
当
0时系统输出为等幅振荡
（
）
9.
劳斯判拒判断系统稳定的充分必要条件是特斯方程各项系数大于零
（
）
10.稳态误差为esslimS.E（s）
（
）
s
三.求系统的传递函数。
Xo（s）/Xi（s）、Xo（s）/D（s）、E（s）/Xi（s）、E（s）/D（s）。
（10分）
D（s）
Xi（s）
E（s）
—
—
Xo（s）
G1（s）
G2（s）
G3（s）
—
—
四．复合控制系统结构图如下图所示，图中K1、K2、T1、T2是大于零的常数。
（10分）
Gc（s）
Xi（s）
E（s）
Xo（s）
K1/T1s+1
K2/s（T2s+1）
_
a、确定当闭环系统稳定时，参数K1、K2、T1、T2应满足的条件。
b、当输入γ（t）=Vot时，选择校正装置G（s）使得系统无稳态误差。
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五．设单位负反馈的开环传递函数为G（s）=K/[s（s+1）（0.25s+1）]要求系统稳态速度
误差系数Kv≥5，相角裕度γ′≥40o采用串联校正，试确定校正装置的传递函数。
（10分）
六.已知F（z）=8Z3+8Z2+8Z+3判断该系统的稳定性。
（10分）
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七．已知单位负反馈系统的闭环传递函数为G（s）
as
s2as16
（1）试绘制参数a由0→+∞变化的闭环根轨迹图；
（2）判断（3,j）点是否在根轨迹上；
（3）由根轨迹求出使闭环系统阻尼比ξ=0.5时的a的值。
.（14分）
一.填空题（每空1分，共14分）
1.
当扰动信号进入系统破坏系统平衡时，
用其动态过程中给定值与测量值之间产生的最大
偏差来衡量系统动态过程的
。
2.
比例环节的传递函数为
。
3.
单位抛物线函数信号的拉氏变换式
。
4.
系统特征方程的根具有一个根为零或实部为零时，该系统为
。
5.
系统位置误差系数
Kp=
。
6.
一阶惯性环节的频率特性为
。
7.G（s）=1+Ts的相频特性为
。
8.
闭环频率指标有
、
、
。
9.
常用的校正装置有
、
、
。
10.z变换中的z定义为
。
二.分析下述系统的稳定性.（21分）
1.已知系统特征方程为:
D（s）=s4+2s3+s2+2s+1=0试判断系统的稳定性;（4分）
2.最小相角系统的开环幅相曲线如图1所示,试确定系统的稳定性;（4分）
ωc=ω1
Im
L（ω）
ω1
ω=∞
20
ω
Re
ωc
-1
0
-90
ω=0
-180
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ф（ω）
图1
图2
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3.开环对数频率特性如图2所示,而且有v=1,p=1试判断系统的稳定性;（6分）
4.最小相角系统开环增益为K时,对数幅频特性L（ω）如图3所示,现要求相角裕度为γ=45°,
试确定开环增益如何变化?
（7分）
L（ω）
-20
6
ωcω
0
ω1-40
图3
三.系统结构如图4所示,试求系统传递函数Ф（s）=C（s）.（8分）
R（s）
R（s）
G3
C（s）
G1
H1
H2
G2
图4
四.已知某单位反馈系统结构图如图
5（a）所示,其单位阶跃响应曲线如图
5（b）所示,试确定开环
增益K和时间常数T1,T2。
（10
分）
H（t）
R（s）
1.20
K
C（s）
0.95
（T1s
1）（T2s
1）
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（a）t/s
01
（b）
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图5
五.系统结构如图
6所示.（12
分）
1.
试绘制Ta=0
时的闭环极点;
2.
确定使系统为过阻尼状态时的
Ta值范围;
3.
确定阻尼比§
=0.5时的Ta值,确定相应的闭环极点位置
态误差ess
E（s）
R（s）
11
ss
并计算此时输入r（t）=t时系统的稳
C（s）
Ta
图6
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K（ts
1）
3种情况下的幅
六.已知系统开环传递函数:
G（s）H（s）=
若t>T,t=T,ts2（Ts
1）
相曲线.
（12分）
七.求f（t）=t的Z变换.（10分）
八.已知单位负反馈系统的开环传递函数为
G（s）
（sa）/4
s2（s1）
（1）试绘制参数a由0→+∞变换的闭环根轨迹图；
（2）求出临界阻尼比ξ=1时的闭环传递函数。
（13分）
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一.填空题（每空1.5
分，共15分）
1.线性系统在
输出量与输入量的拉氏变换之比，称该系统的传递函数。
2.
一阶微分环节的传递函数为
。
3.
系统开环传递函数中有两个积分环节则该系统为
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