(完整版)自動控制原理試題及答案,推薦文檔

1、自動控制原理：參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn) 一、單項選擇題（每小題1分，共20分） 1. 系統(tǒng)和輸入已知，求輸出并對動態(tài)特性進(jìn)行研究，稱為（ C） A. 系統(tǒng)綜合B.系統(tǒng)辨識C.系統(tǒng)分析D.系統(tǒng)設(shè)計 2. 慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的頻率特性在（ A ）上相等。 A. 幅頻特性的斜率B.最小幅值C.相位變化率D.穿越頻率 3. 通過測量輸出量，產(chǎn)生一個與輸出信號存在確定函數(shù)比例關(guān)系值的元件稱為（ C） A.比較元件B.給定元件C.反饋元件D.放大元件 4. 3從0變化到時，延遲環(huán)節(jié)頻率特性極坐標(biāo)圖為（ A ） A.圓B.半圓C橢圓D.雙曲線 5. 當(dāng)忽略電動機的電樞電感后，以電動機的轉(zhuǎn)速為輸出變量，電樞電壓為輸

2、入變量時， 電動機可看作一個（B ） A.比例環(huán)節(jié)B.微分環(huán)節(jié)C.積分環(huán)節(jié)D.慣性環(huán)節(jié) 6.若系統(tǒng)的開環(huán)傳 遞函數(shù)為 10 s(5s 2) 則它的開環(huán)增益為（ A.1B.2C.5 D.10 7.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G（s） 5 2 s 2s 5 則該系統(tǒng)是（ A.臨界阻尼系統(tǒng)B.欠阻尼系統(tǒng) 8. 若保持二階系統(tǒng)的Z不變，提咼3n， A.提高上升時間和峰值時間 C.提高上升時間和調(diào)整時間 9. 一階微分環(huán)節(jié)G（s） 1 Ts，當(dāng)頻率 A. 45 B.-45 10. 最小相位系統(tǒng)的開環(huán)增益越大，其（ A.振蕩次數(shù)越多 C.相位變化越小 C. 過阻尼系統(tǒng)D.零阻尼系統(tǒng) 則可以（B ） B. 減少上升時

3、間和峰值時間 D. 減少上升時間和超調(diào)量 卡時，則相頻特性 G（j ）為（A ） C. 90 D.- 90 D ） B. 穩(wěn)定裕量越大 D. 穩(wěn)態(tài)誤差越小 11設(shè)系統(tǒng)的特征方程為D s s4 8s3 2 17s16s50， 則此系統(tǒng) （A ） A.穩(wěn)定 B.臨界穩(wěn)定 C.不穩(wěn)定 D.穩(wěn)定性不確定。 12某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為: G s s(s 1)(s 5) ，當(dāng)k= （ C ）時，閉環(huán)系 統(tǒng)臨界穩(wěn)定。 A.10 B.20 C.30 D.40 13.設(shè)系統(tǒng)的特征方程為Ds 3s 3 10s 5s2 s 2 0，則此系統(tǒng)中包含正實部特征的個數(shù) 有(C ) A.0 B.1 C.2 D.3

4、19 14.單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G s 差為（C ） A.2B.0.2 15若已知某串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為 2 s 6s s 當(dāng)輸入為單位階躍時，則其位置誤 C.0.5D.0.05 Gc(s) s 1 10s 1 ，則它是一種（D） A.反饋校正 C.相位滯后一超前校正 B.相位超前校正 D.相位滯后校正 16.穩(wěn)態(tài)誤差ess與誤差信號E（s）的函數(shù)關(guān)系為（B） lim E(s) s 0 B. ess lim sE(s) C. ess lim E(s) s D. ess lim sE(s) s 17在對控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度無明確要求時，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最方便的是（A） A.減小增益B.

5、超前校正C.滯后校正 18相位超前校正裝置的奈氏曲線為（B） A.圓B.上半圓C.下半圓 D.滯后-超前 D.45。弧線 19.開環(huán)傳遞函數(shù)為 K G(s)H(s)=k 則實軸上的根軌跡為（C ） A.（-3,x）B.（0宀）C.（- x，-3）D.（-3，0） 20.在直流電動機調(diào)速系統(tǒng)中，霍爾傳感器是用作（B ）反饋的傳感器。 A.電壓B.電流C.位移D.速度 二、填空題（每小題1分，共10分） 1. 閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為反饋系統(tǒng) 系統(tǒng)。 相同 2. 線性系統(tǒng)，當(dāng)輸入是單位脈沖函數(shù)時，其輸出象函數(shù)與傳遞函數(shù) 時間常數(shù)T （或常 3. 階系統(tǒng)當(dāng)輸入為單位斜坡函數(shù)時，其響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差恒為 量）。

6、 4. 控制系統(tǒng)線性化過程中，線性化的精度和系統(tǒng)變量的偏移程度有關(guān)。 5. 對于最小相位系統(tǒng)一般只要知道系統(tǒng)的開環(huán)幅頻特性就可以判斷其穩(wěn)定性。 6. 般講系統(tǒng)的位置誤差指輸入是階躍信號所引起的輸出位置上的誤差。 7. 超前校正是由于正相移的作用，使截止頻率附近的相位 明顯上升，從而具有較大 的穩(wěn)定裕度。 28. 二階系統(tǒng)當(dāng)共軛復(fù)數(shù)極點位于土 45線上時，對應(yīng)的阻尼比為 0.707。 29. PID調(diào)節(jié)中的“ P”指的是 比例 控制器。 30. 若要求系統(tǒng)的快速性好，則閉環(huán)極點應(yīng)距虛軸越遠(yuǎn) 越好。 一、填空題（每空1分，共15分） 1、反饋控制又稱偏差控制，其控制作用是通過 給定值 與反饋量的差

7、值進(jìn)行的。 2、 復(fù)合控制有兩種基本形式：即按輸入的前饋復(fù)合控制和按擾動的前饋 復(fù)合控制。 3、兩個傳遞函數(shù)分別為G1（s）與 G2（s）的環(huán)節(jié)，以并聯(lián)方式連接，其等效傳遞函數(shù) 為 G（s），貝U G（s）為G1（s）+ G2（用 G1（s）與 G2（s）表示）。 4、典型二階系統(tǒng)極點分布如圖1所示, 阻尼比 則無阻尼自然頻率 該系統(tǒng)的特征方程為S2+2S+2=0, 該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線為衰減振動。 0 2t 5、若某系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)為g(t) 10e 5e 則該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)為。 6 根軌跡起始于開環(huán)極點，終止于 。 7、設(shè)某最小相位系統(tǒng)的相頻特性為()tg I ) 900 t

8、g 1(T )，則該系統(tǒng)的開環(huán)傳 遞函數(shù)為 8、PI控制器的輸入一輸出關(guān)系的時域表達(dá)式是 其相應(yīng)的傳遞函數(shù)為 ,由于積分環(huán)節(jié)的引入，可以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài) 性能。 二、選擇題（每題2分，共20分） 1采用負(fù)反饋形式連接后，貝U （ D ） A、一定能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；B、系統(tǒng)動態(tài)性能一定會提高； C、一定能使干擾引起的誤差逐漸減小，最后完全消除； D需要調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，才能改善系統(tǒng)性能。 2、下列哪種措施對提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有效果（A ） A、增加開環(huán)極點； C、增加開環(huán)零點； 3、系統(tǒng)特征方程為 D（s） s32 s2 A、穩(wěn)定；B C、臨界穩(wěn)定；D B、在積分環(huán)節(jié)外加單位負(fù)反饋; D、引入串

9、聯(lián)超前校正裝置。 3s 60，則系統(tǒng) （C ） 、單位階躍響應(yīng)曲線為單調(diào)指數(shù)上升; 、右半平面閉環(huán)極點數(shù)Z 2。 4、系統(tǒng)在r（t）t2作用下的穩(wěn)態(tài)誤差ess ，說明（A ） A、型別v 2; C、輸入幅值過大; B、系統(tǒng)不穩(wěn)疋； D、閉環(huán)傳遞函數(shù)中有一個積分環(huán)節(jié) 5、對于以下情況應(yīng)繪制0根軌跡的是（ A、主反饋口符號為“- B、除Kr外的其他參數(shù)變化時; C、非單位反饋系統(tǒng); D、根軌跡方程（標(biāo)準(zhǔn)形式）為 G（s）H（s） 1 6、開環(huán)頻域性能指標(biāo)中的相角裕度對應(yīng)時域性能指標(biāo)（A A、超調(diào) % B、穩(wěn)態(tài)誤差ess C、調(diào)整時間ts D、峰值時間tp 7、已知開環(huán)幅頻特性如圖2所示，則圖中不穩(wěn)

10、定的系統(tǒng)是（ 少TXi 系統(tǒng) G 4 J dj- P = O 0 系統(tǒng) 04-也 B )o (G 系統(tǒng) D、都不穩(wěn)定 A、系統(tǒng) B、系統(tǒng) C、系統(tǒng) 8若某最小相位系統(tǒng)的相角裕度 0，則下列說法正確的是（C ） o A、不穩(wěn)定; 、只有當(dāng)幅值裕度kg 1時才穩(wěn)定; C、穩(wěn)定; D、不能判用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 A、超前校正 B 、滯后校正 滯后-超前校正D 、不能判斷 9、若某串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為 衛(wèi)邑丄，則該校正裝置屬于（B ） o 100s 1 C、 10、下列串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)中，能在 1處提供最大相位超前角的是: 10s 1 s 1 B、3 0.1s 1 c、3 0.5s

11、1 D、 0.1s 1 10s 1 解: 1如圖示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1,試用結(jié)構(gòu)圖化簡方法求傳遞函數(shù)鵲。（15分） 原圖-Gi(S)f - G2（S） 4 1+G2(s)Gs(s) C(s) C(s)G1 G1G2G3 得傳遞函數(shù)為麗 1 G1G2 G1G2G3 G2G3 1 G1 2. 控制系統(tǒng)如圖2所示，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的峰值時間為 3s、超調(diào)量 為20%求K，a值。(15分) 解：開環(huán)傳遞函數(shù) 閉環(huán)傳遞函數(shù) (s) G(s) K(1 as) s2 1K(1 as) K s2 Kas K 2 n s22 nS s2 已知 所以 K, a分別為 oo e 12 tp n (ln )2 2 (ln )

12、2 n tp、Jl 0.2 3(s) (ln0.2)2 2 (In 0.2)2 23v1 0.462 2.6 0.46 9哲82.6 1.09 1.4 0.78 1.已知系統(tǒng)特征方程為 12s3 24s232s 480，試求系統(tǒng)在S右 半平面的根的個數(shù)及虛根值。 解：列 Routh 表 S5 (10 分) 12 32 S4 24 48 12 3 4 24 3 16 24 32 48 16 0 4 12 16 4 48 12 24 48 12 48 輔助方程12s2 48 0, 求導(dǎo): 24s=0 答：系統(tǒng)沒有正根。對輔助方程求解，得一對虛根，其值為 si,2 j2。 4.單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳

13、遞函數(shù)G(s) s(0.2s 1)(0.5s 1),繪制 K從 0 到 +x變化時系統(tǒng)的閉環(huán)根軌跡圖。(15分) 10K 解 G(s) s(0.2s 1)(0.5s 1) s(s 5)( s 2) 系統(tǒng)有三個開環(huán)極點：p1 0 , p2 = -2, p3 =-5 實軸上的根軌跡: 2,0 0 2 5 7 a 3 3 (2k 1) a 3 3 1 1 1 0 d d 5 d 2 5 漸近線: 分離點: 解得：di0.88 , d2 3.7863 （舍去）。 與虛軸的交點：特征方程為 D（s）= s3 7s2 10s 10k0 ReD(j )7 210K0 lmD(j )3 100 解得 10 K

14、 7 與虛軸的交點（0，10j）0根軌跡如圖示 IO-3 (1 + /lOOffl)2 例5-2=設(shè)開環(huán)頻率特性為。(初-伽旳*麗趴* .0125w|(1 *亦如 試?yán)L制其近似的對數(shù)幅頻特性曲線. 解】(1) (2) (3) 轉(zhuǎn)折頻率：ra, = 0.015=0= 0 r5 低頻漸近線：() = 20lg 10 J-20 x2Igw /. L( fn) = -60-401gro 繪制近似的對數(shù)幅頻特性曲線 截止頻率的計算匸 g. E(o丄 8) 令 () = 0 得： w * 1 Oct) 自動控制原理課上復(fù)習(xí)題。 第一題：求下圖所示電路網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)： 根據(jù)復(fù)阻抗概念及基爾霍夫電壓定律得:

15、Ui l(R Ri R L s Ci s2 L Uo A 3 C2穝 1 Ci s L 1 C2 R2 (Ci C2)L Ci C2 R2 L s3 練習(xí)題：(工具有限自己畫) 如圖: 解: IR Uo 2 R U 0 R C L S R UiR L S C L R S2 IR Uo Ui 單位負(fù)反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：G s(s 1)(0.05s 1)，當(dāng)r( D =t時，閉環(huán)系統(tǒng)的 穩(wěn)態(tài)誤差，k的取值范圍應(yīng)是多少? 解：給定信號作用下的誤差函數(shù)： E(s) 1 er(s) R(s) 1 G(S) e- lim s er(s)R(s) lim s 0s 0 S(S 1)(0.05S 1) S

16、(S 1)(0.05S 1) K s(s 1)(0.05s 1) lim (s 1)(05s 1) s 0 s(s 1)(0.05s 1) k s(s 1)(0.05s 1 k 1) k 得，K 10.0 課堂練習(xí): 單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下: s(0.2s k 1)(0.5s 1) (1) 試概略繪出系統(tǒng)根軌跡。(要求確定漸近線、分離點、與虛軸交點 10 (2) 確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的k值范圍。 解：G s s(0.2s 1)(0.5s 1) s(s 5)(s 2) 系統(tǒng)有三個開環(huán)極點：p仁0，p2=-2, p3=-5 實軸上的根軌跡：( ,5，-2,0) 漸近線: 0 2 5 3 (

17、2k1)冗 3 2 3 n 3 7C 分離點：d 解得：d仁-0.88,d2=-3.7863(舍去) 與虛軸的交點：特征方程為: D(s) s3 7 s2 10s 10k 0 ReD(jw) Im D(jw) 2 7w 10k0 w310w0 解得：w k 與虛軸的交點(0, 10j )0 是系統(tǒng)穩(wěn)定的k值范圍是：0k0、T20）,及其福相曲線圖， 判斷各閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（要說明理由） k(T2S 1) 解： 20log K 20 K 10 T150,T 2 0.05,T3 0.05 G(s) 10(0.05s 1) G(s) (Tis 1)(T3s 1) (50s 1)(0.005s 1) c 0.2 83.8 G(j0.2) arcta n0.01 arcta n 0.001 180 G(j)96.2 已知系統(tǒng)特征方程為： s4 s3 s2 2s 2 0，判斷該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，若閉環(huán)系統(tǒng) 不穩(wěn)定，指出在s平面右半部的極點個數(shù)。（要有勞斯表） 已知下列負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)（參數(shù)k、T10、T20