37、工程上通常要求丫的范围为：
（D）
（A）10o~20o（B）20o~30o（C）50o~70o（D）30o~60o
38、以下性能指标组中，反应了系统的动态性能指标的一组是（C）
（A）tv、ts、N（B）6%、ess、ts（C）tpts、6%（D）△Cmaxts、tr
39、由下面的各图的奈氏曲线判断其对应闭环系统的稳定性：
（A）
（A）稳定（B）不稳定（C）不确定（D）临界
山》尸■工
41.RLC串联电路构成的系统应为（D）环节
A比例B惯性C积分D振荡
42.输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系是（B）。
A.幅频特性B相频特性C传递函数D频率响应函数
43利用奈奎斯特图可以分析闭环控制系统的（A）
A.稳态性能B动态性能C稳态和动态性能D.抗扰性能
44.在伯德图中反映系统动态特性的是（B）。
A.低频段B.中频段C.高频段D.无法反映
45.若二阶系统的调节时间长，则说明（B）
A.系统响应快B.系统响应慢
C系统的稳定性差D.系统的精度差
46.某典型环节的传递函数是Gs
5T7，则该环节是（C）1
A.比例环节B.积分环节
47.下列判别系统稳定性的方法中,
C惯性环节D.微分环节
哪一个是在频域里判别系统稳定性的判据
（C）
A.劳斯判据
C奈奎斯特判据
B.赫尔维茨判据
D.根轨迹法
B）
48.对于一阶、二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的（
A.充分条件B.必要条件
C充分必要条件D.以上都不是
49.已知系统的微分方程为6xct
2xct2xrt,贝療统的传递函数是（A）
A.—1—
3s1
B.^—
3s1
C.」-
6s2
D.^—
3s2
50设开环系统频率特性GO3牛
）345
当3=1rad/s时，其频率特性幅值A
（1）=
B.4一2
D.22
填空
6反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的
7、两个传递函数分别为Gi（s）与Q（s）的环节，以并联方式连接，其等效传递函数
为G（s），则G（s）为G（s）+G2（s）（用Gi（s）与G2（s）表示）。
8、建设系统的数学模型的方法主要有解析法和实验法。
9、对控制系统的基本要求是：
稳定性、快速性、准确性，而稳定性是对一个系统的最基本要求。
10、系统稳定的充分与必要条件是：
系统所有特征根都具有_负_的实部，即其特征方程的根都在S的_左半—平面。
10
11、一阶系统的闭环传递函数为（s）—，则系统的调节时间ts=（土2%
0.2s1
的误差带）。
12、系统的传递函数G（s）的全部极点位于s平面的左半部，没有零点落在s的右半平面的系统称为_最小相位系统_。
13、闭环控制系统是通过—反馈回路使系统构成闭环并按—偏差—的性质产生控制作用，从而减小或消除误差的控制系统。
14、系统的稳定裕量用—相位裕量_和_幅值裕量—来表征。
15、系统输入量到输出量之间的通道为前向通道：
从输出量到反馈信号之间
的通道为—反馈通道_。
16.将输出量引入到输入端，使输出量对控制作用产生直接的影响，则形成闭环控制_系统。
17.自动控制是在没有人直接参与的情况下，通过—控制器（或控制装置）使—被
控制对象或—过程自动地在一定的精度范围内按照—预定的规律—运行。
18输入信号也叫参考输入，它是控制着输出量变化规律的指令信号。
19输出信号一是指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又称_被控量一，它与输入量之间保持一定的函数关系。
由系统（或元件）输出端取出并反向送回系统（或元件）输入端的信号称为—反馈信号_。
_偏差信号—是指参考输入与主反馈信号之差。
误差信号指系统输出量的_实际值_与_期望值一之差。
一扰动信号—是一种不希望的、影响系统输出的不利因素。
此信号既可来自系统内部，又可来自系统外部，前者称—内部扰动后者称—外部扰动_。
20.描述系统动态过程中各变量之间相互关系的数学表达式称为系统的—数学模型。
21•已知自动控制系统L@）曲线为:
fL@）dB
则该系统开环传递函数:
G（s）
100
10s1
GJC=100。
•系统的数学模型有多种，常用的有：
_微分方程_、_传递函数_、_动态
结构图、—频率特性—等。
23.动态性能指标包括：
tp、ts、tr、td、c%、N,其中tp、ts、tr、td是阶跃响应过程的快速性指标。
c%、N是时间响应的平稳性指标。
它们描述了瞬态响应过程，反映了系统的动态性能。
—稳态误差—描述了稳态响应，反映了稳态性能。
24.函数f（t）=2t2+3t+1的拉氏变换F（S）=
4
s
31
ss
1
25.函数F（s）=的原函数为f（t）-
s+3
3te
。
10
26.一阶系统的闭环传递函数为（s）—,则系统的调节时间ts=（±2%
0.2s1
的误差带）。
20
27.若系统的开环传递函GCs）=sfcl_2s+l）（O.5s+l）数为则此系统的幅频
特性
A（3）=，①（3）=_。
28.奈氏稳定判据是根据开环频率特性曲线绕（一1,jO）点的情况和S右半平面上的极点数—来判别对应闭环系统的稳定性。
29.—般可将稳态误差分为—给定稳态误差及_扰动稳态误差。
控制中P、I、D的含义分别是（比例）、（积分）和（微分）。
31.并联方框图的等效传递函数等于各并联传递函数之—和—
32.单位脉冲函数信号的拉氏变换式_1—
33.系统开环传递函数中有一个积分环节则该系统为I一型系统。
34.二阶系统的谐振峰值与—阻尼比有关。
35•线性系统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
函数
36•系统输出由零上升到第一次穿过稳态值所需要的时间为_上升时间。
37.二阶系统的传递函数G（s）=4（s2+2s+4），其无阻尼自然震荡频率n=2，阻尼
比E。
38.在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温
三、判断题
I.1型系统工程最佳参数是指先用K=1/（2T）或E=0.707V
2•积分或比例积分调节器的输出具有记忆和保持功能。
V
3•闭环传递函数中积分环节的个数决定了系统的类型。
X■
4.H型系统的Bode图幅频特性曲线中，穿越频率和开环增益的值相等。
X■型系统的Bode图幅频特性曲线中，穿越频率和开环增益的值相等。
V
原函数为f（t）coswt.则象函数F（S）=有§20V（有问题）
S2W2|
7.G1（S）和G2（S）为串联连接则等效后的结构为G（S）•G2（S）oV
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。
V
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。
X*
10.稳态误差为esslimS.E（s）。
V
II.系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。
V
12.I型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为-40（dB/dec）oX
13.—阶系统在单位阶跃响应下ts（5%）3ToV
14.开环控制的特征是系统有反馈环节。
X
15.复合控制有两种基本形式：
即按输入前馈补偿的复合控制和按误差的前馈复合控制°X
16.自动控制系统按照给定量的变化规律不同分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
V
17.比例环节的频率特性相位移0°。
V
18.直接对控制对象进行操作的元件称为执行元件。
V
19.引出点前移越过一个方块图单元时，应在引出线支路上串联越过的方块图单元的倒数。
x
20.系统开环对数幅频特性在高频段的幅值，直接反应了对输入端高频干扰信号的抑制能力。
高频段的分贝值越低，表明系统的抗干扰能力越强。
V
21•谐振峰值Mr反映了系统的相对稳定性。
V
22.闭环幅频特性出现峰值时的频率称为谐振频率。
它在一定程度上反映了系统
的快速性，谐振频率越大，系统的快速性越好。
V
23.对于最小相位系统，其闭环系统稳定性的充要条件是G（jw）H（jw）曲线不
包围（-1,j0）点，即丨G（jw）H（jw）|<1,对应的Kg<1oX
24.对于最小相位系统，相位裕量0,相应的闭环系统不稳定。
|V
型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为-20（dB/dec）oX
四•简答题
1•评价控制系统的优劣的时域性能指标常用的有哪些每个指标的含义和作用是什么答：
最大超调量：
单位阶跃输入时，响应曲线的最大峰值与稳态值之差；反映相对稳定性;
调整时间：
响应曲线达到并一直保持在允许误差范围内的最短时间；反映快速性；
峰值时间：
响应曲线从零时刻到达峰值的时间。
反映快速性；
上升时间：
响应曲线从零时刻到首次到达稳态值的时间。
反映快速性；
2•开环控制系统和闭环控制系统的主要特点是什么
答：
开环控制系统：
是没有输出反馈的一类控制系统。
其结构简单，价格低，易维修。
精度低、易受干扰。
闭环控制系统：
又称为反馈控制系统，其结构复杂，价格高，不易维修。
但精度高，抗干扰能力强，动态特性好。
3•简要论述自动控制理论的分类及其研究基础、研究的方法。
答：
自动控制理论分为“经典控制理论”和“现代控制理论”，“经典控制理论”以传递函数
为基础，以频率法和根轨迹法为基本方法，“现代控制理论”以状态空间法为基础，
4•PID控制器各环节的作用是什么
答：
PID控制器各环节的作用是：
（1）比例环节P:
成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦出现，控制器立即产生控制作用，以便减少偏差，保证系统的快速性。
（2）积分环节I:
主要用于消除静差，提高系统的控制精度和无差度。
（3）微分环节D:
反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得过大之前，在系
统中引入一个早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。
五•分析计算题
第一章自动控制的一般概念
习题及答案
1-1根据题1-15图所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成:
画出系统方框图。
图IT5速度控制系统原理图
（1）系统方框图如图解1-1所示。
1-2图1-17为工业炉温自动控制系统的工作原理图。
分析系统的工作原理，指出被控对象、
被控量和给定量，画出系统方框图。
加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压uc的平方成正比,
Uc增高，炉温就上升，Uc的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。
炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压Uf。
Uf作为系统的反馈电压与给定
电压Ur进行比较，得出偏差电压Ue，经电压放大器、功率放大器放大成Ua后，作为控制电动机的电枢电压。
在正常情况下，炉温等于某个期望值T°C,热电偶的输出电压Uf正好等于给定电压
Ur。
此时，UeUrUf0,故UiUa0,可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使Uc保持一定的数值。
这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。
当炉膛温度T°C由于某种原因突然下降（例如炉门打开造成的热量流失），则出现以下的控制过程：
控制的结果是使炉膛温度回升，直至T°C的实际值等于期望值为止。
+TCUfUeUiUaUcTC—I
系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压Ur（表
征炉温的希望值）。
系统方框图见图解1-3。
图解1"炉:
fi）檸別系铳方柜图
第二章控制系统的数学模型
习题及答案
2-1试建立图所示各系统的微分方程。
C
解（c）应用复数阻抗概念可写出
Ri
Ur（S）
es
I（s）
Uc（s）
（3）
Ri
cs
I（s）
Uc（s）
R2
联立式（3）、（4）,可解得:
Uc（s）
U?
（s）
R2（1R1Cs）
R1
R2R1R2Cs
微分方程为：
dUc
"dT
CR1R2
dur
dt
1
CR1Ur
（d）由图解2-1
（d）可写出
fUr（S）
RIr（s）Ir（s）Ic（s）
1
Cs
（5）
1
*（七RIR（s）Rlc（s）
（6）
R
rWC=
1，-叫
图解2-1（d）
2c（s）Ic（s）RIR（s）lc（s）Cs
2-2所示各有源网络的传递函数
（a）（b）（c）
联立式（5）、（6）、（7）,消去中间变量lC（S）和Ir（S），可得:
222
Uc（s）RCs2RCs1
Ur（s）R2C2s23RCs1
du；
3
duc1
dur2
2
dUr1
dt2
CR
22UC
dtCR
dt2
CR
22ur
dtCR
微分方程为
Uc（s）
Ur（s）
解
（a）根据复数阻抗概念，可写出
Uc（s）R2
Ur（s）R1
（b）
U
c（s）
R2
1
C2s
（1
R1C1s）（1R2C2s）
U
r（s）
Ri
1
C1s
R1C1C2s2
Ri
1
C1s
R2
1
Cs
（c）
U
c（s）
R2
1
Cs
R2
U
r（s）
Ri
R（1
R2Cs）
2-
C（s）
R（s）°
3试用结构图等效化简求图2-32所示各系统的传递函数
4'5H
q卜®G；|-■
皆
◎
4
解（a）
A：
f-CJi+X^f"
F
（b）
（c）
（d）
GQ2GQ4
PG2GQ4G2PPG2G3G4
c（s）IR（s）亠
訥圍0TV丄Ifil
xhtx
」s/
IT
田菇¥lz（bj
罟）」filfics
c（s）Qp
R（s）1gt
c（s）GIQ2G3
R（s）1GQ2G2G3PG2P
所以：
C^s）
R（S）
（e）
所以：
C（s）G4G1G2G3
R（s）1G1G2H1G2H1G2G3H2
求输入r（t）3
2-4已知控制系统结构图如图2-34所示,
1（t）时系统的输出c（t）。
解由图可得
C（S）
R（s）
2
s22s1
1（s1）
S22s1
（s1）（S3）
C（0
S2-34
隹解2-12⑷
G1G2G3G1G4
1G1G2H1G2G3H2G1G2G3G1G4G4H2
又有
R（s）
C（s）
23
（s1）（S3）s
c（t）
3t
e
2-5试用梅逊增益公式求
2-6题中各结构图对应的闭环传递函数。
解（a）图中有1条前向通路，3个回路，有1对互不接触回路
P1G1G2G3G4,11L1GG，
L2
G3G4，
L3G2G3，1（L1
L2L3）L1L2，
C（s）
R11
G1G2G3G4
R（s）
1G1G2G3G4G2G3
G1G2G3G4
（b）图中有2条前向通路，1个回路
1
L1
C（s）
P11
P2
2
G1G2
R（s）
1g2h
（c）
图中有
1条前向通路，
3个
回路
P1G1G2G3,
1
1,
L1G1G2,
L2
G2G3，
L3
G1
G2G3,1
（L1L2L3）,
C（s）
P1
G1G2G3
R（s）
1
G1G2
G2G3G1G
2G3
RG1，11P2
G2,21，L1G2H，
（d）图中有2条前向通路，5个回路
RG1G2G3,
11
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