自动控制原理八套习题集.docx

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自动控制原理八套习题集自动控制原理八套习题集自动控制原理1一、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（d）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（d）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（d）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）A.1B.2C.5D.107.二阶系统的传递函数，则该系统是（b）A.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）A.45B.-45C.90D.-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.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=（）时，闭环系统临界稳定。

A.10B.20C.30D.4013.设系统的特征方程为，则此系统中包含正实部特征的个数有（）A.0B.1C.2D.314.单位反馈系统开环传递函数为，当输入为单位阶跃时，则其位置误差为（）A.2B.0.2C.0.5D.0.0515.若已知某串联校正装置的传递函数为，则它是一种（）A.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（）A.B.C.D.17.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.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（）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（）A.（-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（）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）21.闭环控制系统又称为系统。

22.一线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与相同。

23.一阶系统当输入为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为。

24.控制系统线性化过程中，线性化的精度和系统变量的有关。

25.对于最小相位系统一般只要知道系统的就可以判断其稳定性。

26.一般讲系统的位置误差指输入是所引起的输出位置上的误差。

27.超前校正是由于正相移的作用，使截止频率附近的明显上升，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线上时，对应的阻尼比为0.707。

29.PID调节中的“P”指的是控制器。

30.若要求系统的快速性好，则闭环极点应距虚轴越__越好。

三、名词解释（每小题3分，共15分）31.稳定性32.理想微分环节33.调整时间34.正穿越35.根轨迹四、简答题（每小题5分，共25分）36.为什么说物理性质不同的系统，其传递函数可能相同?

举例说明。

37.一阶惯性系统当输入为单位阶跃函数时，如何用实验方法确定时间常数T？

其调整时间ts和时间常数T有何关系，为什么？

38.什么是主导极点？

主导极点起什么作用，请举例说明。

39.什么是偏差信号？

什么是误差信号？

它们之间有什么关系?

40.根轨迹的分支数如何判断？

举例说明。

五、计算题（第41、42题每小题5分，第43、44题每小题10分，共30分）41.求图示方块图的传递函数，以Xi（s）为输入，X0（s）为输出。

Xi（s）+X0（s）+G4+G3G2G1+H3-H1H242.建立图示系统的数学模型，并以传递函数形式表示。

x0k1k2fiMD43.欲使图所示系统的单位阶跃响应的最大超调量为20%，峰值时间为2秒，试确定K和K1值。

+Xi（s）X0（s）K1+K1s44.系统开环频率特性由实验求得，并已用渐近线表示出。

试求该系统的开环传递函数。

（设系统是最小相位系统）。

自动控制原理1试题答案及评分参考一、单项选择题（每小题1分，共20分）1.C2.A3.C4.A5.B6.C7.B8.B9.A10.D11.A12.C13.C14.C15.D16.B17.A18.B19.C20.B二、填空题（每空1分,共10分）21.反馈控制22.传递函数23.时间常数T（或常量）24.偏移程度25.开环幅频特性26.阶跃信号27.相位28.4529.比例30.远三、名词解释（每小题3分,共15分）31.指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平稳状态的能力。

32.输出变量正比于输入变量的微分（或）33.系统响应曲线达到并一直保持在允许衰减范围内的最短时间34.当乃氏图随增加逆时针从第二象限越过负实轴向第三象限去时，叫正穿越。

35.指当系统某个参数（如开环增益K）由零到无穷大变化时，闭环特征根在s平面上移动的轨迹。

四、简答题（每小题5分,共25分）36.传递函数是线性定常系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比，它通常不能表明系统的物理特性和物理结构，因此说物理性质不同的系统，其传递函数可能相同。

（3分）举例说明（2分）略，答案不唯一。

37.常用的方法（两方法选1即可）：

其单位阶跃响应曲线在0.632（2.5分）稳态值处，经过的时间tT（2.5分）；或在t0处曲线斜率k1/T，ts（34）T38.高阶系统中距离虚轴最近的极点，其附近没有零点，它的实部比其它极点的实部的1/5还小，称其为主导极点。

（2分）将高阶系统的主导极点分析出来，利用主导极点来分析系统，相当于降低了系统的阶数，给分析带来方便。

（2分）举例说明（1分）略，答案不唯一。

39.偏差信号：

输入信号与反馈信号之差；（1.5分）误差信号：

希望的输出信号与实际的输出信号之差。

（1.5分）两者间的关系：

，当时，（2分）40.根轨迹S平面止的分支数等于闭环特征方程的阶数，也就是分支数与闭环极点的数目相同（3分）。

举例说明（2分）略，答案不唯一。

五、计算题（第41、42题每小题5分，第43、44题每小题10分，共30分）41.解：

（5分）42.解：

（2.5分）（2.5分）43.解：

（2分）（2分）（2分）（2分）（2分）44.解：

由图知该系统的开环传递函数为（2分）其中T=（1分）由低频渐近线与横轴交点为，得（2分）修正量，得（2分）故所求开环传递函数为（3分）或记为（）自动控制原理2一、单项选择题（每小题1分，共20分）1.系统已给出，确定输入，使输出尽可能符合给定的最佳要求，称为（）A.最优控制B.系统辨识C.系统分析D.最优设计2.与开环控制系统相比较，闭环控制系统通常对（）进行直接或间接地测量，通过反馈环节去影响控制信号。

A.输出量B.输入量C.扰动量D.设定量3.在系统对输入信号的时域响应中，其调整时间的长短是与（）指标密切相关。

A.允许的峰值时间B.允许的超调量C.允许的上升时间D.允许的稳态误差4.主要用于产生输入信号的元件称为（）A.比较元件B.给定元件C.反馈元件D.放大元件5.某典型环节的传递函数是，则该环节是（）A.比例环节B.积分环节C.惯性环节D.微分环节6.已知系统的微分方程为，则系统的传递函数是（）A.B.C.D.7.引出点前移越过一个方块图单元时，应在引出线支路上（）A.并联越过的方块图单元B.并联越过的方块图单元的倒数C.串联越过的方块图单元D.串联越过的方块图单元的倒数8.设一阶系统的传递，其阶跃响应曲线在t=0处的切线斜率为（）A.7B.2C.D.9.时域分析的性能指标，哪个指标是反映相对稳定性的（）A.上升时间B.峰值时间C.调整时间D.最大超调量10.二阶振荡环节乃奎斯特图中与虚轴交点的频率为（）A.谐振频率B.截止频率C.最大相位频率D.固有频率11.设系统的特征方程为，则此系统中包含正实部特征的个数为（）A.0B.1C.2D.312.一般为使系统有较好的稳定性,希望相位裕量为（）A.015B.1530C.3060D.609013.设一阶系统的传递函数是，且容许误差为5%，则其调整时间为（）A.1B.2C.3D.414.某一系统的速度误差为零，则该系统的开环传递函数可能是（）A.B.C.D.15.单位反馈系统开环传递函数为，当输入为单位斜坡时，其加速度误差为（）A.0B.0.25C.4D.16.若已知某串联校正装置的传递函数为，则它是一种（）A.相位超前校正B.相位滞后校正C.相位滞后超前校正D.反馈校正17.确定根轨迹大致走向，一般需要用（）条件就够了。

A.特征方程B.幅角条件C.幅值条件D.幅值条件+幅角条件18.某校正环节传递函数，则其频率特性的奈氏图终点坐标为（）A.（0，j0）B.（1，j0）C.（1，j1）D.（10，j0）19.系统的开环传递函数为，则实轴上的根轨迹为（）A.（-2，-1）和（0，）B.（-，-2）和（-1，0）C.（0，1）和（2，）D.（-，0）和（1，2）20.A、B是高阶系统的二个极点，一般当极点A距离虚轴比极点B距离虚轴大于（）时，分析系统时可忽略极点A。

A.5倍B.4倍C.3倍D.2倍二、填空题（每小题1分，共10分）21.“经典控制理论”的内容是以为基础的。

22.控制系统线性化过程中，变量的偏移越小，则线性化的精度。

23.某典型环节的传递函数是，则系统的时间常数是。

24.延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使发生变化。

25.若要全面地评价系统的相对稳定性，需要同时根据相位裕量和来做出判断。

26.一般讲系统的加速度误差指输入是所引起的输出位置上的误差。

27.输入相同时，系统型次越高，稳态误差越。

28.系统主反馈回路中最常见的校正形式是和反馈校正29.已知超前校正装置的传递函数为，其最大超前角所对应的频率。

30.若系统的传递函数在右半S平面上没有，则该系统称作最小相位系统。

三、名词解释（每小题3分，共15分）31.数学模型32.反馈元件33.最大超调量34.频率响应35.幅值裕量四、简答题（每小题5分，共25分）36.开环控制系统和闭环控制系统的主要特点是什么？

37.如何用实验方法求取系统的频率特性函数？

38.伯德图中幅频特性曲线的首段和传递函数的型次有何关系？

39.根轨迹与虚轴的交点有什么作用?

举例说明。

40.系统闭环零点、极点和性能指标的关系。

五、计算题（第41、42题每小题5分，第43、44题每小题10分，共30分）41.根据图示系统结构图，求系统传递函数C（s）/R（s）。

C（s）+R（s）G2（s）G1（s）+G3（s）-H3（s）H1（s）42.建立图示系统的数学模型，并以传递函数形式表示。

y0（t）43.已知系统的传递函数，试分析系统由哪些环节组成并画出系统的Bode图。

44.电子心率起搏器心率控制系统结构如图所示，其中模仿心脏的传递函数相当于一个纯积分环节，要求：

（1）若，对应最佳响应，问起搏器增益K应取多大。

（2）若期望心速为60次/min，并突然接通起搏器，问1s后实际心速为多少？

瞬时的最大心速多大。

自动控制原理2试题答案及评分参考一、单项选择题（每小题1分，共20分）1.A2.B3.D4.B5.C6.A7.C8.B9.D10.D11.C12.C13.C14.D15.A16.A17.D18.D19.B20.A二、填空题（每空1分,共10分）21.传递函数22.越高23.0.524.相频特性25.幅值裕量26.匀加速度27.小28.串联校正29.1.2530.零点和极点三、名词解释（每小题3分,共15分）31.如果一物理系统在信号传递过程中的动态特性能用数学表达式描述出来，该数学表达式就称为数学模型。

32.用于测量被调量或输出量，产生主反馈信号的元件。

33.二阶欠阻尼系统在单位阶跃输入时，响应曲线的最大峰值与稳态值的差。

34.系统对正弦输入的稳态响应。

35.在频率为相位交界频率时，开环幅频特性的倒数称为系统的幅值裕度，。

四、简答题（每小题5分,共25分）36.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。

（2.5分）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。

（2.5分）37.答案不唯一。

例如：

即在系统的输入端加入一定幅值的正弦信号，系统稳定后的输入也是正弦信号，（2.5分）记录不同频率的输入、输出的幅值和相位，即可求得系统的频率特性。

（2.5分）38.0型系统的幅频特性曲线的首段高度为定值，20lgK0（2分）1型系统的首段-20dB/dec，斜率线或其延长线与横轴的交点坐标为1K1（1.5分）2型系统的首段-40dB/dec，斜率线或其延长线与横轴的交点坐标为1K2（1.5分）39.根轨迹与虚轴相交，表示闭环极点中有极点位于虚轴上，即闭环特征方程有纯虚根，系统处于临界稳定状态，可利用此特性求解稳定临界值。

（3分）举例，答案不唯一。

如求开环传递函数G（s）=K/（s（s+1）（s+2）的系统稳定时的K值。

根据其根轨迹与虚轴相交的交点，得到0KC.0，10a0，从而0a36。

（3分）

（2）将d-1=s代入上式，得（2分）d319d2910a-19d1（81-10a+19）/9d010a-19同理得到:

0.9a10（3分）自动控制原理41.系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（）A.系统综合B.系统辨识C.系统分析D.系统设计2.开环控制系统的的特征是没有（）A.执行环节B.给定环节C.反馈环节D.放大环节3.主要用来产生偏差的元件称为（）A.比较元件B.给定元件C.反馈元件D.放大元件4.某系统的传递函数是，则该可看成由（）环节串联而成。

A.比例、延时B.惯性、导前C.惯性、延时D.惯性、比例5.已知，其原函数的终值（）A.0B.C.0.75D.36.在信号流图中，在支路上标明的是（）A.输入B.引出点C.比较点D.传递函数7.设一阶系统的传递函数是，且容许误差为2%，则其调整时间为（）A.1B.1.5C.2D.38.惯性环节和积分环节的频率特性在（）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9.若保持二阶系统的不变，提高n，则可以（）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10.二阶欠阻尼系统的有阻尼固有频率d、无阻尼固有频率n和谐振频率r比较（）A.rdnB.rndC.nrdD.ndr11.设系统的特征方程为，则此系统中包含正实部特征的个数有（）A.0B.1C.2D.312.根据系统的特征方程，可以判断系统为（）A.稳定B.不稳定C.临界稳定D.稳定性不确定13.某反馈系统的开环传递函数为：

，当（）时，闭环系统稳定。

A.B.C.D.任意T1和214.单位反馈系统开环传递函数为，当输入为单位阶跃时，其位置误差为（）A.2B.0.2C.0.25D.315.当输入为单位斜坡且系统为单位反馈时，对于II型系统其稳态误差为（）A.0B.0.1/kC.1/kD.16.若已知某串联校正装置的传递函数为，则它是一种（）A.相位滞后校正B.相位超前校正C.微分调节器D.积分调节器17.相位超前校正装置的奈氏曲线为（）A.圆B.上半圆C.下半圆D.45弧线18.在系统中串联PD调节器，以下那一种说法是错误的（）A.是一种相位超前校正装置B.能影响系统开环幅频特性的高频段C.使系统的稳定性能得到改善D.使系统的稳态精度得到改善19.根轨迹渐近线与实轴的交点公式为（）A.B.C.D.20.直流伺服电动机测速机机组（型号为70SZD01F24MB）实际的机电时间常数为（）A.8.4msB.9.4msC.11.4msD.12.4ms21.根据采用的信号处理技术的不同，控制系统分为模拟控制系统和。

22.闭环控制系统中，真正对输出信号起控制作用的是。

23.控制系统线性化过程中，线性化的精度和系统变量的有关。

24.描述系统的微分方程为，则频率特性。

25.一般开环频率特性的低频段表征了闭环系统的性能。

26.二阶系统的传递函数G（s）=4/（s2+2s+4），其固有频率n。

27.对单位反馈系统来讲，偏差信号和误差信号。

28.PID调节中的“P”指的是控制器。

29.二阶系统当共轭复数极点位于45线上时，对应的阻尼比为。

30.误差平方积分性能指标的特点是：

。

31.最优滤波32.积分环节33.极坐标图34.相位裕量35.根轨迹的起始角36.简要论述自动控制理论的分类及其研究基础、研究的方法。

37.二阶系统的性能指标中，如要减小最大超调量，对其它性能有何影响？

38.用文字表述系统稳定的充要条件。

并举例说明。

39.在保证系统稳定的前提下，如何来减小由输入和干扰引起的误差？

40.根轨迹的渐近线如何确定？

41.建立图示系统的数学模型，并以传递函数形式表示。

Fi（t）42.求如下方块图的传递函数。

G4+X0（S）G3+G2+Xi（S）G1H43.已知给定系统的传递函数，分析系统由哪些环节组成，并画出系统的Bode图。

44.已知单位反馈系统的开环传递函数，（l）求使系统稳定的开环增益k的取值范围；

（2）求k=1时的幅值裕量；（3）求k=1.2，输入x（t）=1+0.06t时的系统的稳态误差值ess。

自动控制原理4试题答案及评分参考一、单项选择题（每小题1分，共20分）1.C2.C3.A4.C5.C6.D7.C8.A9.B10.D11.C12.B13.B14.B15.A16.D17.B18.D19.D20.D二、填空题（每空1分,共10分）21.数字控制系统22.偏差信号23.偏移程度24.25.稳态26.227.相同28.比例29.0.70730.重视大的误差，忽略小的误差三、名词解释（每小题3分,共15分）31.当输出已知时，确定系统，以识别输入或输出的有关信息称为最优滤波32.输出变量正比于输入变量的积分（或）33.是反映频率响应的几何表示。

34.在为剪切频率时，相频特性距-180线的相位差称为相位裕量。

35.指起于开环极点的根轨迹在起点处的切线与水平线正方向的夹角。

四、简答题（每小题5分,共25分）36.自动控制理论分为“经典控制理论”和“现代控制理论”，（1分）“经典控制理论”以传递函数为基础（1分），以频率法和根轨迹法为基本方法，（2分）“现代控制理论”以状态空间法为基础，（1分）。

37.要减小最大超调量就要增大阻尼比（2分）。

会引起上升时间、峰值时间变大，影响系统的快速性。

（3分）38.系统特征方程式的所有根均为负实数或具有负的实部。

（3分）或:

特征方程的根均在根平面（复平面、s平面）的左半部。

或:

系统的极点位于根平面（复平面、s平面）的左半部举例说明（2分）略，答案不唯一39.对于输入引起的误差，可通过增大系统开环放大倍数和提高系统型次减小。

（2.5分）对于干扰引起的误差，可通过在系统前向通道干扰点前加积分增大放大倍数来减小（2.5分）。

40.如果开环零点数m小于开环极极点数n，则（n-m）趋向无穷根轨迹的方位可由渐进线决定。

（2.5分）渐进线与实轴的交点和倾角为:

（2.5分）五、计算题（第41、42题每小题5分，第43、44题每小题10分，共30分）41.解:

（2.5分）（2.5分）42.解:

（5分）43.解:

系统有一比例环节:

K=1020log10=20（1.5分）积分环节:

1/S（1分）惯性环节:

1/（S+1）转折频率为1/T=1（1.5分）20LogG（j）40-2020-4000.1110-20-40G（j）00.1110-450-900-1350-1800直接画出叠加后的对数幅频图（3分）直接画出叠加后的对数相频图（3分）。

（若叠加图不对，但是画出了比例环节、积分环节、惯性环节的对数幅频图各给1分，画出积分环节、惯性环节的对数相频图各给1.5分）44.解:

1）系统的特征方程为：

（2分）由劳斯阵列得:

0kC.0时系统稳定；a0为D（s）稳定的充要条件，与奈氏判据结论一致（2分）44.解:

（1）三条根轨迹分支的起点分别为s1=0,s2=-2,s3=-4；终点为无穷远处。

（1分）

（2）实轴上的0至-2和-4至-间的线段是根轨迹。

（1分）（3）渐近线的倾角分别为60，180。

（1分）渐近线与实轴的交点为a=-2（1分）（4）分离点:

根据公式=0,得:

s1=-0.85，s2=-3.15因为分离点必须位于0和-2之间可见s2不是实际的分离点，s1=-0.85才是实际分离点。

（1分）（5）根轨迹与虚轴的交点:

1=0,K=0;2,3=2,K=48（1分）根据以上结果绘制的根轨迹如右图所示。

（2分）所要求系统稳定的K值范围是:

0KC.0，系统的稳态误差ess就增大，说明利用局部负反馈改善系统稳定性是以牺牲系统的稳态精度为代价的。

（2分）44.解:

1）绘制系统根轨迹图已知系统开环传递函数为：

将其变换成由零、极点表达的形式：

（1分）（其中，根轨迹增益K*=2K，K为系统的开环增益，根据上式可绘制根轨迹图）

（1）根轨迹的起点、终点及分支数：

三条根轨迹分支的起点分别为s1=0，s2=-1，s3=-2；终点为无穷远处。

（1分）

（2）实轴上的根轨迹：

实轴上的0至-1和-2至-间的线段是根轨迹。

（1分）（3）渐近线:

渐近线的倾角分别为60，180。

渐近线与实轴的交点为a=-1（2分）（4）分离点:

根据公式，得：

s1=-0.42，s2=-1.58，因为分离点必须位于0和-1之间，可见s2不是实际的分离点，s1=-0.42才是实际分离点。

（1分）（5）根轨迹与虚轴的交点：

1=0,K*=0;2,3=1.414,K*=6根据以上结果绘制的根轨迹如下图所示。

（2分）2）由根轨迹法可知系统的稳定范围是:

0K*0，a0，则闭环控制系统的稳定性与（）A.K值的大小有关B.a值的大小有关C.a和K值的大小无关D.a和K值的大小有关13.已知二阶系统单位阶跃响应曲线呈现出等幅振荡，则其阻尼比可能为（）A.0.707B.0.6C.1D.014.系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的（）A.充分条件B.必要条件C.充分必要条件D.以上都不是15.以下关于系统稳态误差的概念正确