中国石油大学远程教育《自控原理》自测题.docx

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《自动控制原理》自测题

第一章自测题（30分钟）

1．自动控制是在（没有人直接参与）的情况下，利用外加的设备或装置（即控制器），使机器、设备或生产过程即（被控对象）的某个工作状态或参数即（被控变量）自动地按照预定规律运行。

2．自动控制系统是指由（控制装置）与（被控对象）结合起来的，能够对被控对象的一些物理量进行自动控制的一个有机整体。

3．（被控对象）是要求实现自动控制的机器设备、生产过程，或其它对象。

4．（被控制量）是指被控制系统所要控制的物理量，一般指系统的输出量。

5．（控制量）是可以被改变，并影响被控制量的物理量，一般指系统的输入量。

6．破坏控制量与被控制量之间正常对应关系的因素称为（扰动）。

7．（控制装置）是指能够对被控对象起控制作用的设备总称，如控制器和调节阀。

8．（检测装置）是指测量系统某些物理量值的装置，如传感器。

9．一般控制系统包括（控制器）、（执行器）、（工艺对象）和传感器等四部分。

10．把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程即为（反馈）。

11．反馈的类型包括（正反馈）和（负反馈），控制系统主要利用的反馈类型是（负反馈）。

12．反馈控制原理是将系统的输出信号引回输入端，与给定信号相减形成（控制偏差）信号。

然后根据偏差信号产生相应的控制作用，使控制偏差减少，最终消除消除控制偏差。

反馈信息使整个控制过程成为闭合控制系统，因此反馈控制也称为（闭环控制）。

13．自动控制系统的基本控制方式包括（开环控制）、（闭环控制或反馈控制）和复合控制。

14．对于自动控制系统的基本要求归结为三个方面，分别是：

（稳定性）、（快速性）、（准确性）。

15．线性连续定常系统按照输入量的变化规律不同可以划分为（恒值控制系统）、（随动控制系统）和程序控制系统。

16．开环控制系统的特征是系统的输出量与输入量间不存在反馈的通道，输出量（不参与）控制。

17．控制系统按照信号的类型分为（连续控制系统）和（离散控制系统）。

18．控制系统按照系统的特性分为（线性控制系统）和（非线性控制系统）。

19．常用的外作用信号包括（阶跃信号）、（斜坡信号）、（加速度信号）和正弦信号。

第二章自测题（30分钟）

1．数学模型是描述控制系统内部物理量（或变量）之间关系的数学表达式。

2．线性控制系统分析的数学基础是拉氏变换，主要数学模型是传递函数。

3．线性系统环节的微分方程的建立步骤包括：

（1）确定输入、输出变量；

（2）根据遵循的物理或化学定律，定义必要的中间变量，列写微分方程组；（3）消去中间变量，得到输入与输出变量之间的微分方程；（4）整理成标准形式的微分方程。

4．整理标准形式微分方程时，输出变量在方程的左端，输入变量在方程的右端，方程两端变量的导数项均按降幂次序排列。

5．根据线性系统的（叠加）特性，当两个外作用同时加于系统所产生的总输出，等于各个外作用单独作用时分别产生的输出之和；为了简化研究工作，对控制系统的研究时其输入作用常取单位信号，这是利用线性系统（齐次）特性。

6．拉氏变换求解微分方程步骤包括：

（1）考虑初始条件，对微分方程进行拉氏变换；

（2）求出输出变量的拉氏变换表达式；（3）对输出变量拉氏变换函数求反变换，得到输出变量的时域表达式。

7．线性定常系统的传递函数定义为，在（零初始）条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

传递函数只取决于（系统或元件的结构和参数），而与系统输入量的形式无关。

8．传递函数与微分方程之间具有相通性，相互转换的前提是零初始条件。

9．传递函数G（s）的反拉氏变换是单位脉冲响应g（t）。

10．传递函数的表示形式有多项式形式、零极点形式、时间常数形式。

11．关于系统传递函数的零点和极点对输出的影响而言，（极点）决定了描述系统自由模态，（零点）只影响各模态响应所占的比重系数，因而也影响响应曲线的形状。

12．控制系统的结构图由许多对信号进行单向运算的方框和一些信号流向线组成。

13．控制系统的结构图中，由同一引出点引出的信号的大小和性质完全一样。

14．控制系统的结构图中，综合比较点进行相加减的量，必须具有相同的量纲。

15．控制系统的结构图的等效变换原则是变换前后各变量之间的传递函数保持不变。

16．串联环节的等效传递函数等于所有传递函数的乘积。

17．并联环节的等效传递函数等于所有并联环节传递函数的代数和。

18．结构图等效变换方法包括：

（1）三种典型结构可直接用公式；

（2）相邻综合点可互换位置、可合并；（3）相邻引出点可互换位置、可合并。

19．信号流图也是控制系统数学模型的一种表示法，可以直接采用梅森增益公式求总传输增益。

20．信号流图中开始于输入节点，沿支路箭头方向，每个节点只经过一次，最终到达输出节点的通路称为前向通路。

21．信号流图中起点和终点在同一节点，且信号经过每一个节点不多于一次的闭合通道称为回路。

22．信号流图中节点的输出信号等于所有输入支路信号的叠加。

第三章自测题（30分钟）

1．系统响应过程包括动态过程和稳态过程。

2．动态过程是指在输入信号作用下，系统输出变量从初始状态到系统稳定时的响应过程，主要呈现衰减、发散、等幅振荡等三种形式。

3．延迟时间是指从输入信号开始施加时起，系统输出时间响应第一次达到稳态值50%所需要的时间。

4．系统响应上升时间（对于振荡响应）是响应曲线从零首次上升到稳态值c（∞）所需的时间。

对于无振荡响应是响应曲线从稳态值的10%上升到90%所需的时间。

5．峰值时间是指时间响应超过稳态值c（∞）达到第一个峰值所需的时间。

6．系统的超调量是指响应曲线超出稳态值的最大偏差与稳态值之比。

7．稳态误差衡量稳态过程指标，也表示系统的控制精度。

8．某一阶系统闭环传递函数为

，当t等于时间常数T时，单位阶跃响应h（t）的值为___0.632,单位阶跃响应曲线的斜率初始值为_____1/T_____.其调节时间大约是时间常数T的3倍。

9．系统对输入信号导数的响应，就等于系统对该输入信号响应的导数；系统对输入信号积分的响应，就等于系统对该输入信号响应的积分。

10．阻尼比决定了二阶系统单位阶跃响应特点。

（1）当阻尼比大于零小于1时，系统具有两个负实部共轭复根，响应处于欠阻尼衰减振荡；

（2）当阻尼比等于1时，系统具有两个相等的实根，响应处于临界阻尼；（3）当阻尼比大于1时，系统具有两个不相等的负实根，响应处于过阻尼状态；（4）当阻尼比等于0时，系统具有共轭纯虚根，响应处于等幅振荡.

11．阻尼振荡频率是闭环极点到实轴的距离；自然振荡频率是闭环极点到原点的距离。

12．二阶系统的单位阶跃响应，其输出响应的超调量只与（阻尼比）有关，而与（自然振荡频率）无关。

13．如果闭环系统中有一个（或一对复数）极点距虚轴最近，且附近没有闭环零点，而其它闭环极点又远离虚轴，那么距离虚轴近的极点对应的响应分量在响应过程中占主导作用，这样的闭环极点称为闭环主导极点。

14．对于稳定的高阶系统，闭环极点负实部的绝对值（越大），其对应的响应分量衰减得越迅速；反之，则衰减缓慢。

15．设一线性定常系统原处于某一平衡状态，若它瞬间受到某一扰动作用而偏离了原来的平衡状态，当此扰动撤消后，系统仍能回到原有的平衡状态，则称该系统是渐进稳定的（稳定）。

反之，系统为不稳定。

16．线性系统的稳定性取决于系统的固有特征（结构、参数），与系统的输入信号无关。

17．稳定控制系统的特征方程式的各项系数均为正值。

只要有一项等于或小于0，则为不稳定系统。

18．线性系统稳定的充分必要条件是全部闭环极点_均位于左半S平面（具有负实部）。

19．如果劳斯表中第一列的系数均为正值，则其特征方程式的根都在s的左半平面，相应的系统是稳定的。

20．如果劳斯表中第一列系数的符号有变化，其变化的次数等于该特征方程式的根在s的右半平面上的个数，相应的系统为不稳定。

21．劳斯表出现全零行，则系统一定不稳定。

22．稳态误差的决定因素，包括系统开环传递函数G（s）H（s）的结构和输入信号函数。

23．线性系统的稳态误差与系统的结构有关（有关/无关），与系统输入信号的大小和形式有关（有关/无关）。

24．减小和消除稳态误差的方法有：

增大系统开环增益；增加系统型别和采用高级控制方法等。

25．已知某单位负反馈二阶控制系统的开环传递函数为

，则该控制系统的超调量为，调节时间为

（误差带5%）。

26已知某单位负反馈二阶控制系统的开环传递函数为

，则其开环极点位于s右半平面的个数为0.

第四章自测题（30分钟）

1．根轨迹是指开环系统某一参数从零变化到无穷时，闭环系统特征方程的根在平面上变化的轨迹。

2．系统的闭环极点与开环零点、开环极点和根轨迹增益均有关。

3．根轨迹上的点应该同时满足两个条件，它们是_相角条件和幅值条件__，绘制零度根轨迹时，需要将常规根轨迹法则中与___相角__条件有关的规则加以修改。

4．根轨迹是关于实轴对称的，并且是连续的；根轨迹起于开环极点，终于开环零点。

5．实轴上的某一区域，若其右边开环实数零、极点个数之和为奇数，则该区域必是根轨迹。

6．若相邻两极点间有根轨迹，则必有分离点；若相邻两零点间有根轨迹，则必有会合点；分离点实际上是相同的闭环特征值，即特征方程有重根。

7．根轨迹与虚轴的交点，对应系统处于临界稳定状况。

8．当n-m大于2时，开环极点之和等于闭环极点之和，即闭环极点之和为常数。

9．绘制广义参数根轨迹时，关键是转换得到的等效开环传递函数。

其等效意义是在闭环特征方程相同，或者是闭环极点相同的前提下成立；而此时闭环零点是不同的。

10．在适当位置附加开环零极点可以改善系统性能。

当开环极点不变，附加一个负实数零点会使得根轨迹向S平面_左_（左/右）半平面弯曲。

附加的零点越靠近虚轴，其对系统的影响就越___大____（大/小）。

11．某负反馈控制系统的开环传递函数为

，系统的根轨迹有3条，全部终止于无穷远处，与虚轴的交点是

，对应的开环根轨迹增益是

。

第五章自测题（30分钟）

1．频率特性是指线性定常系统在正弦输入作用下，输出的稳态分量与输入信号的复数之比。

2．频率特性的表示法有，幅相特性曲线、对数频率特性曲线和尼科尔斯曲线。

3．系统的幅相特性曲线，是关于（实轴）对称的，故一般只绘制从0变化到∞的幅相曲线；系统对数频率特性曲线的横坐标是按照（lgω）的线性刻度划分的，其1个单位长度对应频率变化（10）倍。

4．一阶微分环节和一阶惯性环节，它们对数频率特性曲线的低频渐近线都是0dB/dec，其高频渐近线分别为20dB/dec和-20dB/dec；

5．二阶微分环节和二阶振荡环节，它们对数频率特性曲线的低频渐近线都是0dB/dec，其高频渐近线分别为40dB/dec和-40dB/dec；

6．最小相位系统是指所有开环零极点都位于复平面的左半平面；在具有相同幅频特性的系统中，最小相位系统的相角范围，在所有这类系统中是最小的。

任何非最小相位传递函数的相角范围，都大于最小相位传递函数的相角范围。

7．对于最小相位系统，幅值特性和相角特性之间具有唯一的对应关系；而对于非最小相位系统不成立，因为不同的非最小相位系统具有相同的幅频特性。

8．多个串联环节的幅频特性等于每一个环节的幅频特性的乘积；其相频特性等于每一个环节的幅频特性的和。

9．多个串联环节的对数幅频特性等于每一个环节的对数幅频特性的和；其对数相频特性等于每一个环节的对数幅频特性的和。

10．乃奎斯特稳定判据本质上是判定是否有闭环系统的特征根位于s右半平面。

11．为使最小相位系统稳定，相位裕度必须为正，幅值裕度必须大于1。

12．当闭环频率响应的幅值下降到零频率分贝值以下3分贝时，对应的频率称为带宽频率。

13．一阶系统的带宽为其时间常数的倒数。

14．二阶系统的带宽与自然频率ωn成正比。

15．系统的响应速度与其带宽成正比。

16．截止频率和系统带宽是两个频域性能指标，两者的关系是（正比）关系；系统的截止频率越大，其系统响应速度越（快）。

17．系统开环传递函数为

，其概略幅相曲线，与实轴的交点是

，根据奈奎斯特判据确定使闭环系统稳定的

值范围是

。

18．

，其截止频率是

，其相角裕度是

。

第六章自测题（30分钟）

1．系统校正是指在系统中加入校正装置，使系统特性发生变化，从而满足要求的性能指标。

2．控制系统主要校正方式有（串联）校正、（并联）校正和反馈校正等。

3．

超前校正装置的传递函数形式为

，当

时，

，

。

4．在截止频率附近相角迅速减小的待校正系统，一般不宜采用串联超前校正，而应该采用串联滞后校正；

5．串联超前校正是利用了校正环节的（相角超前）特性，增大了系统（截止）频率和系统带宽，增加稳定裕度；

6．滞后校正是利用校正环节的（高频衰减）特性，（减小）了截止频率和系统带宽，但增加了原系统的相角裕度。

7．对于同一系统，采用超前校正的带宽大于采用滞后校正的带宽，因为超前校正提高了截止频率而滞后校正降低了截止频率。

第七章自测题（30分钟）

1．离散控制系统的稳定性分析数学基础是（Z变换），利用的主要数学模型是（脉冲传递函数）；

2．D/A转换后是连续幅度、离散时间信号，需要再经过信号保持，使其成为连续幅度、连续时间信号。

3．线性定常离散系统满足线性叠加原理，并且输入输出关系不随时间变化。

4．脉冲传递函数定义为，设初始条件为零时输出采样信号的Z变换与输入采样信号的Z变换之比。

5．采样器在闭环系统中有多种配置的可能性，系统的闭环Z传递函数不唯一。

6．离散系统稳性定义为对有界输入序列，其输出序列有界，则该离散系统稳定。

7．当且仅当特征方程的全部特征根分布在z平面上单位圆内，即特征根的模均小于1，相应的线性离散系统是稳定的。

8．ω变换可以将z平面的特征方程转换为ω平面的特征方程，从而应用劳斯判据判定线性离散控制系统的稳定性。

9．影响离散控制系统的开环增益不变，如果增大采样周期则系统的稳定性变（差）；

第八章自测题（30分钟）

1．当系统中含有一个或多个具有非线性特性的元件时，该系统称为非线性系统。

2．非线性系统相对线性系统具有叠加原理不再适用，具有（多）个平衡点和具有（自激）振荡特性；

3．自激振荡是指在没有外界周期变化信号的作用时，系统内产生的具有固定振幅和频率的稳定周期运动，简称自振。

4．描述函数法基本思想是，当系统满足一定条件时，系统中的非线性环节在正弦信号作用下的输出可用一次谐波分量来近似，由此导出非线性环节的近似等效频率特性，即描述函数。

5．在无储能元件的情况下，非线性环节的描述函数是输入正弦信号幅值A的函数N（A），描述函数可以认为是输入幅值A的复变增益放大器。

6．若幅相频率特性曲线不包围负倒描述函数曲线，则系统稳定；反之，不稳定。

7．在幅相频率特性曲线和负倒描述函数曲线的交点处，若频率特性曲线沿A增加的方向由不稳定区域进入稳定区域，该交点对应的周期运动是稳定的，反之，则是不稳定的