自动控制工程基础复习题与答案.docx

1、自动控制工程基础复习题与答案自动控制工程基础一、单项选择题 ：1 线性系统和非线性系统的根本区别在于 ( C )A 线性系统有外加输入，非线性系统无外加输入。B 线性系统无外加输入，非线性系统有外加输入。C 线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理。D 线性系统不满足迭加原理，非线性系统满足迭加原理。2令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的 ( B )A 代数方程 B 特征方程C差分方程 D 状态方程3 时域分析法研究自动控制系统时最常用的典型输入信号是 （ D ）A 脉冲函数 B斜坡函数C抛物线函数 D阶跃函数4设控制系统的开环传递函数为G(s)=10，该系统为（ B）

2、s(s 1)(s 2)A 0 型系统BI 型系统CII 型系统D III 型系统5二阶振荡环节的相频特性( )，当时，其相位移 () 为(B)A -270B -180C-90D 06. 根据输入量变化的规律分类，控制系统可分为(A)A. 恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统B. 反馈控制系统、前馈控制系统前馈反馈复合控制系统C.最优控制系统和模糊控制系统D. 连续控制系统和离散控制系统7采用负反馈连接时，如前向通道的传递函数为 G(s)，反馈通道的传递函数为 H(s) ，则其等效传递函数为(C)A G(s)1G(s)B 11 G(s)H(s)CG(s)G(s)G(s)H (s)D 11 G

3、( s) H(s)K的时间常数 T 越大，则系统的输出响应达到稳态值的时间8 一阶系统 G(s)=Ts + 1(A)A 越长B 越短C不变D 不定9拉氏变换将时间函数变换成（D）A 正弦函数B单位阶跃函数1C单位脉冲函数 D 复变函数10线性定常系统的传递函数， 是在零初始条件下 （ D ）A 系统输出信号与输入信号之比B 系统输入信号与输出信号之比C系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比D 系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比11若某系统的传递函数为G(s)=K，则其频率特性的实部R( )是（ A）Ts1A KB -K12T 22 T 21CKD -K1TT112.微分环节

4、的频率特性相位移 ( )=(A)A. 90B. -90 C. 0D. -180 13.积分环节的频率特性相位移 ( )=(B)A. 90B. -90 C. 0D. -180 14.传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？（C）A. 输入信号B.初始条件C.系统的结构参数D.输入信号和初始条件15.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(C)A. 充分条件B. 必要条件C.充分必要条件D. 以上都不是16.有一线性系统，其输入分别为u1(t) 和 u2 (t) 时，输出分别为y1(t) 和 y2 (t) 。当输入为a1u1(t)+a 2u2(t) 时 (a1,a2 为

5、常数 )，输出应为（B）A. a1 y1(t)+y 2(t)B. a1y1(t)+a 2y2(t)C. a1y1(t)-a2y2(t)D. y 1(t)+a 2y2(t)17. I 型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为（B）A. -40(dB/dec)B. -20(dB/dec)C. 0(dB/dec)D. +20(dB/dec)18. 设系统的传递函数为G(s)=25，则系统的阻尼比为（C）5s 25s2A. 25B. 5C.1D. 1219正弦函数 sint 的拉氏变换是（B）A.1B.22ssC.sD.122s22s20二阶系统当 01 时，如果增加，则输出响应的最大超调量% 将（B

6、）A. 增加B.减小C.不变D.不定221主导极点的特点是（D）A. 距离实轴很远B.距离实轴很近C.距离虚轴很远D.距离虚轴很近22余弦函数 cost 的拉氏变换是（C）1B.A.22sssD.1C.2222ss23设积分环节的传递函数为 G(s)=1 ，则其频率特性幅值 M( )=（C）sKB.KA.21D.1C.224.比例环节的频率特性相位移 ( )=(C)A.90 B.-90 C.0D.-180 25.奈奎斯特稳定性判据是利用系统的(C)来判据闭环系统稳定性的一个判别准则。A. 开环幅值频率特性B. 开环相角频率特性C.开环幅相频率特性D. 闭环幅相频率特性26.系统的传递函数(C)

7、A. 与输入信号有关B. 与输出信号有关C.完全由系统的结构和参数决定D. 既由系统的结构和参数决定，也与输入信号有关27. 一阶系统的阶跃响应， ( D )A. 当时间常数 T 较大时有振荡 B.当时间常数 T 较小时有振荡C.有振荡 D.无振荡28. 二阶振荡环节的对数频率特性相位移 ( )在 ( D )之间。A.0和 90B.0和 90C.0和 180D.0 和 18029. 某二阶系统阻尼比为0.2，则系统阶跃响应为( C )A.发散振荡B. 单调衰减C. 衰减振荡D. 等幅振荡二、填空题：1. 线性控制系统最重要的特性是可以应用_叠加 _原理，而非线性控制系统则不能。2反馈控制系统是

8、根据输入量和 _反馈量 _的偏差进行调节的控制系统。3在单位斜坡输入信号作用下， 0 型系统的稳态误差 ess=_ _。4当且仅当闭环控制系统特征方程的所有根的实部都是 _负数 _时，系统是稳定的。5.方框图中环节的基本连接方式有串联连接、并联连接和 _反馈 _连接。6线性定常系统的传递函数， 是在 _ 初始条件为零 _时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。37函数 te-at 的拉氏变换为1。(sa)28线性定常系统在正弦信号输入时，稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称为_相频特性 _。9积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为 _ 20_dB dec。10

9、二阶系统的阻尼比 为 _ 0_ 时，响应曲线为等幅振荡。11在单位斜坡输入信号作用下，型系统的稳态误差 ess=_0_ 。12 0 型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为 _0_dB/dec ，高度为 20lgKp 。113单位斜坡函数 t 的拉氏变换为s2。14.根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为_恒值 _控制系统、 _随动 _ 控制系统和程序控制系统。15.对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、_快速性 _和准确性。16. 系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定，与_输入量、扰动量 _的形式无关。17.决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数 和 _无阻尼自

10、然振荡频率 wn 。18.设系统的频率特性 (j )=R( )+jI( ),则幅频特性 |G(j )|= R 2 ( w) I 2 (w) 。19. 分析稳态误差时，将系统分为0 型系统、 I 型系统、 II 型系统，这是按开环传递函数的 _积分 _环节数来分类的。20. 线性系统稳定的充分必要条件是它的特征方程式的所有根均在复平面的_左 _部分。21 从 0 变化到 +时，惯性环节的频率特性极坐标图在 _ 第四 _象限，形状为 _半 _圆。22. 用频域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是_正弦函数 _。23二阶衰减振荡系统的阻尼比 的范围为 01。24 G(s)=K的环节称为 _惯性

11、_环节。Ts 125系统输出量的实际值与 _输出量的希望值 _之间的偏差称为误差。26线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用 _线性微分 _方程来描述。27 稳定性 、 快速性 和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。28二阶系统的典型传递函数是wn2。2 wn ss2wn229设系统的频率特性为 G ( j ) R ( j) jI () ，则 R( )称为 实频特性。30.根据控制系统元件的特性，控制系统可分为_线性 _ 控制系统、 非线性 _控制系统。31.对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和_准确性 _。432.二阶振荡环节的谐振频率 r 与阻尼系数 的

12、关系为 r= n122。33.根据自动控制系统是否设有反馈环节来分类，控制系统可分为_开环 _控制系统、 _闭环_控制系统。34.用频率法研究控制系统时，采用的图示法分为极坐标图示法和_对数坐标 _图示法。35.二阶系统的阻尼系数 =_0.707_ 时，为最佳阻尼系数。这时系统的平稳性与快速性都较理想。2-1a 试证明图 2-1(a) 所示电气网络与图 2-1(b) 所示的机械系统具有相同的传递函数。（ a）（ b）图 2-1解： 对于图（ a）所示的电气网络，其传递函数( ) /( ) ，可以求得为U c sU isR21U c ( s)C2 sR1 R2C1C2 s2(R1C1R2 C2

13、)s 1U r ( s)1R1 R2C1C 2 s2( R1C1R2 C2 R1C 2 )s 1R1 C1 sR211C 2 sR1C1s而图 (b)所示的机械系统的运动方程b2 (x1x c ) k 2 ( x1xc ) b1 (xcy)b2 (x cy)k1 y假设初始条件为零对上述二个微分方程进行拉氏变换得到b2 sX1 ( s)sX c (s)k2 X 1 (s)X c (s)b1 X c (s)sY( s)b1 X c ( s)sY ( s )K 1Y ( s )从 (4)(5) 两个方程中消去Y （ S）得到即 (b2 sk2 ) x1 (s)(b2 sb1s) xc (s)k2

14、b1 sb1 sk1因此，(1)(2)(3)(4)(5)(6)5X c ( s)B1 B2 s2(k1 B2kB1 ) s k1k2X 1 (s) B1 B2 s2(k1 B2k2 B1k1 B1 )sk1 k2B1 B21s2(1B21 B1 )s 1k1k 2k2k1(7)(1B2B1 B21s21B11 B1 )s 1k1k2k2k1k2比较式（ 1）与式（ 7）可知，两个系统传递函数相同，且两系统变量间有如下相似对应关系电压 u对应位移 x电阻 R对应粘滞阻尼系数 B电容 C对应弹性系数得倒数1/k十八、如下图所示，将方框图化简，并求出其传递函数。H 1R(S) 一 C(S)G1 G2

15、一H 2解：H1/G2R(S) 一 C(S)G1 G2一H 2H1/G2R(S) 一 G2 C(S)G11+ G 2H2H1/G2R(S) 一 G1G2 C(S)1+ G 2H2R(S) G1G2 C(S)1+ G2H2+G 1H162-9a 试化简图 2-15 所示的系统结构图，求传递函数 , 并试用梅逊公式求解。图 2-15解： 1 将 G4 前输出移到 G4 后输出消除交叉，得到多回路结构的等效框图如图 2-16 所示：G5G3G41 G3G4G6G2G5G2G3G4H 31 G3G4 H 4 G2G3H 3图 2-161 G2G5G4G7G1G6G1G2G3G4H 21 G3G4 H

16、4 G2G3H3G1G2G3H 21 G1G6 G42 由内到外进行反馈连接的等效变换，直到变换为一个等效方框，即得到所求的传递函数。C( s)G7G1G2G3G4G( s)1 G3G4 H 4 G2 G3 H3 G1G2G3H 2 G1G2G3G4 H1R( s) 1 G7 H 13 试用梅逊公式求解将系统结构图转换成信号流图如图 2-17 所示 :一条前向通路P1 G1G2G3G411回路有四个：图 2-17L1= GGH4； L2=G2G3H3 ；34L3= G1G2G3H2 ； L4= G1G2G3G4H11 G1G2G3H 2 G2G3H 3 G3G4H 4 G1G2G3G4 H1则

17、用梅逊公式可求得系统传递函数7C (s) 1 P1 1G1G2G3G4R(s)1 G1G2G3 H 2 G2 G3H 3 G3G4H 4 G1G2G3G4H12-10a 系统的信号流图如图 2-18 所示，试求 C(S)/R(S)图 2-18解：LGG HGG GG HGGi1211234215Li L j( GG1 2H1 )( G4 H2 ) GG1 2G4 H1H2P1G1G2G3G411P2G1G4G521P3G631 G4H21LiLi Lj1 GG12H1GG1 2G3 G4H 2GG1 5 GG1 2G4H1H 2C(s)PiiGGGG GGG G(1 GH2)123414564R(s)1G1G2 H1G1G2G3G4H 2G1G5G1G2G4H1H2五、设单位负反馈系统的开环传递函数为Gk ( s)25s(s6)求（ 1）系统的阻尼比和无阻尼自然频率n；（ 2）系统的峰值时间tp、超调量 、 调整时间 tS( =0.02) ；25解：系统闭环传递函数GB (s)s(s6)25s22525s( s6)256s 251s(s 6)与标准形式对比，可知2wn6， wn225故wn5，0.6又 wd wn 1 2 5 1 0.62 48t pwd40.7850.6% e 12100%e 10.62100%9.5%t s41.33wn