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全国1月高等教诲自学考试
自动控制理论(二)试题
课程代码：02306
一、单项选取题(本大题共15小题，每小题2分，共30分)
在每小题列出四个备选项中只有一种是符合题目规定，请将其代码填写在题后括号内。错选、多选或未选均无分。
1．频率法和根轨迹法基本是（ ）
A ．正弦函数
B ．阶跃函数
C ．斜坡函数
D ．传递函数
2．方框图化简时，并联连接方框总输出量为各方框输出量（ ）
A ．乘积
B ．代数和
C ．加权平均
D ．平均值
3．如果高阶系统一种极点在根平面上位置与一种零点位置十分接近，则该极点对系统动态响应（ ）
A ．没有影响
B ．几乎没有影响
C ．有影响
D ．与否有影响，不太清晰
4．采用零、极点对消法是为了使控制系统（ ）
A ．减少超调量
B ．减少阶数
C ．改进迅速性
D ．改进动态和稳态性能 5．求取系统频率特性办法有（ ）
A ．脉冲响应法
B ．根轨迹法
C ．解析法和实验法
D ．单位阶跃响应法 6．若某校正环节传递函数G c (s)=
1101100++s s ，则其频率特性奈氏图起点坐标为（ ） A ．(10 ，j 0)
B ．(1，j 0 )
C ．(1，j 1)
D ．(10，j 1) 7．设开环系统频率特性为G （j ω）=)
12)(1(1++ωωωj j j ，则其频率特性奈氏图与负实轴交点频率值ω为（ ）
A ．rad 22/s
B ．1rad /s
C ．2rad/s
D ．2rad/s 8．已知单位负反馈控制系统开环传递函数为G （s ）=
1-s K ,则系统稳定期K 范畴为（ ） A ．K <0
B ．K >0
C ．K >1
D ．K >2 9．某单位反馈控制系统开环传递函数G (s )=
21s s +α，若使相位裕量γ=45°，α值应为多少？（ ） A ．
21 B ．21 C ．321
D ．4
21 10．已知单位负反馈系统开环传递函数为G (s )=
12)1(223++++s as s s ,若系统以ωn =2rad/s 频率作等幅振荡，则a 值应为（ ）
A ．0.4
B ．0.5
C ．0.75
D ．1 11．设G (s )H (s )=)
5)(2()10(+++s s s k ，当k 增大时，闭环系统（ ） A ．由稳定到不稳定
B ．由不稳定到稳定
C ．始终稳定
D ．始终不稳定 12．设开环传递函数为G(s)=
)1(+s s k ，在根轨迹分离点处，其相应k 值应为（ ） A ．41 B ．2
1 C ．1
D ．4 13．某串联校正装置传递函数为G c (s )=K
Ts Ts ++11β,1>β>0，该校正装置为（ ） A ．超前校正装置
B ．滞后校正装置
C ．滞后—超前校正装置
D ．超前—滞后校正装置
14．若系统x =??????-0112x +??
????1b u 具备可控性，则常数b 取值范畴是（ ） A ．b ≠－1
B ．b =－1
C ．b ≠１
D ．b =１
15．状态转移矩阵φ(t )重要性质有（ ）
A ．φ(t 2-t 1)·φ(t 1-t 0)=φ(t 2-t 0)
B ．φ(t 2-t 1)·φ(t 1-t 0)=φ(t 2-t 1)+φ(t 1-t 0)
C ．φ(t 2-t 1)·φ(t 1-t 0)=φ(t 2-t 1)-φ(t 1-t 0)
D ．φ(t 2-t 1)+φ(t 1-t 0)=φ(t 2-t 0)
二、填空题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)
请在每小题空格中填上对的答案。错填、不填均无分。
16．线性定常系统响应曲线仅取决于输入信号______________和系统特性，与输入信号施加时间无关。
17．函数at e -拉氏变换为____________。
18．数学模型形式诸多，惯用有微分方程、_____________和状态方程等。
19．如果增长系统开环传递函数中积分环节个数，则闭环系统稳态精度将提高，相对稳定性将________________。
20．为了便于求解和研究控制系统输出响应，输入信号普通采用__________输入信号。
21．频率特性极坐标图又称_____________图。
22．比例微分环节G(s)=1+T s 相频特性为)(ωθ=_______________。
23．运用代数办法鉴别闭环控制系统稳定性办法有____________和赫尔维茨判据两种。
24．已知-2+j 0点在开环传递函数为G(s)H(s)=
)204)(4(2+++s s s s k 系统根轨迹上，则该点相应k 值为
_________________。
25．系统状态方程为x =??????--2110x +??????10u 时，系统特性多项式为_____________。 三、名词解释题(本大题共4小题。每小题3分，共12分)
26．受控对象
27．积分器
28．非最小相位系统
29．临界稳定
四、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）
30．闭环控制系统有什么优缺陷？
31．开环系统对数幅频特性曲线低频段、中频段各表征闭环系统什么性能？
32．简述拟定根轨迹与虚轴交点两种办法。
33．简述状态空间描述与传递函数描述重要不同点。
五、计算题（本大题共3小题，第34、36小题各10分，第35小题8分，共28分）
34．设控制系统构造图如题34图所示。试绘制系统信号流图，并运用梅森公式拟定系统闭环传递函数。
35．设有单位反馈控制系统开环传递函数为G (s )=)
1(+Ts s K ，其单位阶跃响应曲线如题35图所示，试拟定K 、T 参数值。
36．设系统开环传递函数为G (s )H (s )=)
1()2(++s s s k ，试绘制根轨迹。 百度文库：专注、专心、专一为您服务！
第一章 习题答案 习 题 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 1-3 题1-3图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。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 1-4 题1-4图是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器1P 、2 P
并联后跨接到同一电源0 E 的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结，组成方位角的给定元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速后带动，电动机采用电枢控制的方式工作。 试分析系统的工作原理，指出系统的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 题1-4图导弹发射架方位角控制系统原理图 1-5 采用离心调速器的蒸汽 机转速控制系统如题1-5图所示。 其工作原理是：当蒸汽机带动负载 转动的同时，通过圆锥齿轮带动一 对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链 可带动套筒上下滑动，套筒装有平 衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠 杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽 阀门的开度。在蒸汽机正常运行 时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速 ω下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速 ω增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速 ω保持在某个期望值附近。 指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 1-6 摄像机角位置自动跟踪系统如题1-6图所示。当光点显示器对准某个方向时，摄像机会自动跟踪并对准这个方向。试分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量及给定量，画出系统方框图。 题1-5图蒸汽机转速自动控制系统
《自动控制理论》系列课程 课程介绍 （适用于05版教学计划） 电气与自动化工程学院《自动控制理论》课程组 2006．4
自动控制理论 A Automatic Control Theory: Part A 课程编号：04200220 总学时：72 课堂教学：72 实验/上机：0 学分：4.5 课程性质：技术基础课 选课对象：自动化专业、电气工程及其自动化专业必修，生物医学工程专业选修 先修课程：《电路理论》、《模拟电子技术》、《复变函数与积分变换》、《电机学A》、《电力拖动基础》等。 内容概要：介绍自动控制理论的基本原理和基本方法，是自动控制理论的经典部分。主要内容包括：线性定常连续系统数学模型的建立，控制系统的时域分析法、根轨迹法、 频域分析法，控制系统的校正方法；介绍采样控制系统的建模、分析与校正方法。建议选用教材：《自动控制原理》第四版，胡寿松主编，科学出版社，2001 主要参考书：《自动控制理论》第2版，夏德黔翁贻方编著，机械工业出版社，2004 《自动控制原理》，吴麒主编，清华大学出版社，1990 《现代控制工程》，绪方胜彦著，卢伯英等译，科学出版社，1984 《自动控制原理》，孙虎章主编，中央广播电视大学，1984 自动控制理论 B Automatic Control Theory:Part B 课程编号：04201631 总学时：56 课堂教学：56 实验/上机：0 学分：3.5 课程性质：专业课 选课对象：自动化专业选修 先修课程：《线性代数》、《自动控制理论A》 内容概要：介绍现代控制理论中的基础部分，包括系统的状态空间描述，线性控制系统的运动分析，控制系统的能控性、能观测性，控制系统的稳定性以及线性定常系统的 综合等内容。介绍经典控制理论中非线性系统的分析与计算，包括描述函数分析 法和相平面分析法。 建议选用教材：《现代控制理论基础》，王孝武主编，机械工业出版社，2003 《自动控制原理》第四版，胡寿松主编，科学出版社，2001 主要参考书：《自动控制理论》，夏德黔，翁贻方编著，机械工业出版社，2004 《现代控制理论基础》，王照林编，国防工业出版社，1981 《线性系统理论》，何关钰编，辽宁人民出版社，1982
一、填空题（每空1分，共15分） 1、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。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(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 1(s)+G 2(s)（用G 1(s)与G 2(s)表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω 1.414， 阻尼比=ξ0.707， 该系统的特征方程为2220s s ++=， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s + ++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 (1) (1) K s s Ts τ++。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在 零初始条件下、线性定常控制系统的 输出拉氏变换与 输入拉氏变换之比。 5、设系统的开环传递函数为2(1)(1)K s s Ts τ++，则其开环幅频特性为222221 1 K T τωωω++； 相频特性为arctan 180arctan T τωω--(或：2 180arctan 1T T τωω τω---+)。 6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标调整时间s t ，它们反映了系统动态过程的快速性 .
全国 2018 年 1 月自考自动控制理论(二 )试卷 课程代码： 02306 一、单项选择题 (本大题共 15 小题，每小题 2 分，共 30 分 ) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.在比例积分控制器中，若积分时间Ti 取得过大，则 () A. 动态偏差较小 B. 被控量产生激烈振荡 C.动态偏差过大 D. 积分控制作用增强 K 2.一阶系统 G(s)= Ts 1 的时间常数T愈大，则系统响应到达稳态值的时间() A. 愈短 B. 愈长 C.不变 D. 不定 3.若劳斯阵列表中第一列的系数为(3， -2，1， -2，4)T，则在根平面的右半部分的特征根有() A.1 个 B.2 个 C.3 个 D.4 个 4.在伯德图中反映系统的稳态性能的是() A. 低频段 B.中频段 C.高频段 D.超高频段 01 x 1 u, y 0 1 x x 11 5.设系统1则 () A. 状态可控且可观测 B.状态可控但不可观测 C.状态不可控且不可观测 D. 状态不可控但可观测 6.传递函数只适合于() A. 线性系统 B.线性定常系统 C.线性时变系统 D. 非线性系统 1
7.单位脉冲输入函数r(t) 的数学表达式是r(t)=() A.1 B.1(t) C.δ(t) D.(t) 8.当二阶系统的特征根为不相等的负实数时，系统的阻尼比为() A. ζ<0 B. ζ =0 C.0<ζ <1 D.ζ >1 10s 1 9.若某校正环节传递函数为Gc(s)= 100s1 ，则其频率特性当ω变化至∞时，相位移θ(∞ )= () A.-90 ° B.0 ° C.90° D.180° 1 10.已知积分环节 G(jω )= j 的对数幅频特性曲线为一直线，其斜率为() A.-40dB ／dec B.-20dB ／dec C.20dB／ dec D.40dB／dec K (0.5s 1)( 0.5s2) 11.设开环传递函数为G(s)=s(0.5s 3)，其根轨迹的终点为 () A.0 ， -3 B.0 ，-6 C.-1， -2 D.-2， -4 K (s 1) 12.系统开环传递函数由G(s)H(s)= s(s 2)(s3) ，其根轨迹渐近线的倾角为() A. ±30° B.± 45° C± 60° D.± 90° 13.由电子线路构成的控制器如题13 图所示，它是 () A.P 控制器 B.PI 控制器 C.PD 控制器 D.PID 控制器 14.稳态速度误差系数Kv=() 2
《自动控制原理》习题参考答案 第1章 1.7.2基础部分 1.答：开环控制如：台灯灯光调节系统。 其工作原理为：输入信号为加在台灯灯泡两端的电压，输出信号为灯泡的亮度，被控对象为灯泡。当输入信号增加时，输出信号（灯泡的亮度）增加，反之亦然。 闭环控制如：水塔水位自动控制系统。 其工作原理为：输入信号为电机两端电压，输出信号为水塔水位，被控对象为电机调节装置。当水塔水位下降时，通过检测装置检测到水位下降，将此信号反馈至电机，电机为使水塔水位维持在某一固定位置增大电机两端的电压，通过调节装置调节使水塔水位升高。反之亦然。 2.答：自动控制理论发展大致经历了几个阶段： 第一阶段：本世纪40~60年代，称为“经典控制理论”时期。 第二阶段：本世纪60~70年代，称为“现代控制理论”时期。 第三阶段：本世纪70年代末至今，控制理论向“大系统理论”和“智能控制”方向发展。 3.答：开环控制：控制器与被空对象之间只有正向作用而没有反馈控制作用，即系统的输 出量与对控制量没有影响。 闭环控制：指控制装置与被空对象之间既有正向作用，又有反向联系控制的过程。 开环控制与闭环控制的优缺点比较： 对开环控制系统来说，由于被控制量和控制量之间没有任何联系，所以对干扰造成的误差系统不具备修正的能力。 对闭环控制系统来说，由于采用了负反馈，固而被控制量对于外部和内部的干扰都不甚敏感，因此，有不能采用不太精密和成本低廉的元件构成控制质量较高的系统。 4.答：10 线性定常系统；（2）非线性定常系统； （3）非线性时变系统；（4）非线时变系统； 1.7.3 提高部分 1.答：1）方框图： 2)工作原理：假定水箱在水位为给定值c（该给定值与电位器给定电信ur对应），此时浮子处于平衡位置，电动机无控制作用，水箱处于给定水位高度，水的流入量与流出量保持不变。当c增大时，由于进水量一时没变浮子上升，导致c升高，给电信计作用后，使电信计给电动机两端电压减小，电动机带动减齿轮，使控制阀开度减小，使进水量减小，待浮
HEFEI UNIVERSITY 自动控制原理课程总结 系别电子信息与电气工程系 专业自动化 班级 09自动化（1）班 姓名 完成时间 2011.12.29
自动控制原理课程总结 前言 自动控制技术已广泛应用于制造、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动环境，丰富了人民的生活水平。在今天的社会中，自动化装置无所不在，为人类文明进步做出了重要贡献。本学期我们开了自动控制原理这门专业课，下面主要介绍下我对这门课前五章的认识和总结。 一、控制系统的数学模型 1.传递函数的定义： 在线性定常系统中，当初是条件为零时，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。 （1）零极点表达式： （2）时间常数表达式： 2.信号流图
（1）信号流图的组成 节点：用来表示变量或信号的点，用符号“○”表示。 支路：连接两节点的定向线段，用符号“→”表示。（2）信号流图与结构图的关系 3.梅逊公式
其中：Δ=1-La+LbLc-LdLeLf+...成为特征试。 Pi：从输入端到输出端第k条前向通路的总传递函数 Δi：在Δ中，将与第i条前向通路相接触的回路所在项除去后所余下的部分，称为余子式。 La：所有单回路的“回路传递函数”之和 LbLc：两两不接触回路，其“回路传递函数”乘积之和 LdLeL：所有三个互不接触回路，其“回路传递函数”乘积之和“回路传递函数”指反馈回路的前向通路和反馈通路的传递函数只积并且包含表示反馈极性的正负号。 二、线性系统的时域分 1.ζ、ωn坐标轴上表示如下： （1）闭环主导 极点：
当一个极点距离虚轴较近，且周围没有其他闭环极点和零点，并且该极点的实部的绝对值应比其他极点的实部绝对值小5倍以上。（2）对于任何线性定常连续控制系统由如下的关系： ①系统的输入信号导数的响应等于系统对该输入信号响应的导数； ②系统对输入信号积分的响应等于系统对该输入信号响应的积分，积分常数由初始条件确定。 2.劳斯判据： 设系统特征方程为 : 劳斯判据指出：系统稳定的充要条件是劳斯表中第一列系数都大于零，否则系统不稳定，而且第一列系数符号改变的次数就是系统特征方程中正实部根的个数。 劳斯判据特殊情况的处理 ⑴某行第一列元素为零而该行元素不全为零时——用一个很小的正数ε代替第一列的零元素参与计算，表格计算完成后再令ε→0。 ⑵某行元素全部为零时—利用上一行元素构成辅助方程，对辅助方程求导得到新的方程，用新方程的系数代替该行的零元素继续计算。 3.稳态误差 (1)定义： (2)各种误差系数的定义公式
目录 1 实验背景 (2) 2 实验介绍 (3) 3 微分方程和传递函数 (6)
1 实验背景 在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制原理是相对于人工控制概念而言的，自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。 在自动控制原理【1】中提出，20世纪50年代末60年代初，由于空间技术发展的需要，对自动控制的精密性和经济指标，提出了极其严格的要求；同时，由于数字计算机，特别是微型机的迅速发展，为控制理论的发展提供了有力的工具。在他们的推动下，控制理论有了重大发展，如庞特里亚金的极大值原理，贝尔曼的动态规划理论。卡尔曼的能控性能观测性和最优滤波理论等，这些都标志着控制理论已从经典控制理论发展到现代控制理论的阶段。现代控制理论的特点。是采用状态空间法（时域方法），研究“多输入-多输出”控制系统、时变和非线性控制系统的分析和设计。现在，随着技术革命和大规模复杂系统的发展，已促使控制理论开始向第三个发展阶段即第三代控制理论——大系统理论和智能控制理论发展。 在其他文献中也有所述及（如下）： 至今自动控制已经经历了五代的发展： 第一代过程控制体系是150年前基于5－13psi的气动信号标准（气动控制系统PCS，Pneumatic Control System）。简单的就地操作模式，控制理论初步形成，尚未有控制室的概念。 第二代过程控制体系（模拟式或ACS,Analog Control System）是基于0－10mA或4－20mA 的电流模拟信号，这一明显的进步，在整整25年内牢牢地统治了整个自动控制领域。它标志了电气自动控制时代的到来。控制理论有了重大发展，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础；控制室的设立，控制功能分离的模式一直沿用至今。 第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）.70年代开始了数字计算机的应用，产生了巨大的技术优势，人们在测量，模拟和逻辑控制领域率先使用，从而产生了第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）。这个被称为第三代过程控制体系是自动控制领域的一次革命，它充分发挥了计算机的特长，于是人们普遍认为计算机能做好一切事情，自然而然地产生了被称为“集中控制”的中央控制计算机系统，需要指出的是系统的信号传输系统依然是大部分沿用4－20mA的模拟信号，但是时隔不久人们发现，随着控制的集中和可靠性方面的问题，失控的危险也集中了，稍有不慎就会使整个系统瘫痪。所以它很快被发展成分布式控制系统（DCS）。 第四代过程控制体系（DCS，Distributed Control System分布式控制系统）：随着半导体制造技术的飞速发展，微处理器的普遍使用，计算机技术可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代过程控制体系（DCS，或分布式数字控制系统），它主要特点是整个控制系统不再是仅仅具有一台计算机，而是由几台计算机和一些智能仪表和智能部件构成一个了控制
《 自动控制原理B 》 试题A 卷答案 一、单项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分） 1．若某负反馈控制系统的开环传递函数为 5 (1) s s +，则该系统的闭环特征方程为 ( D )。 A ．(1)0s s += B. (1)50s s ++= C.(1)10s s ++= D.与是否为单位反馈系统有关 2．梅逊公式主要用来（ C ）。 A.判断稳定性 B.计算输入误差 C.求系统的传递函数 D.求系统的根轨迹 3．关于传递函数，错误的说法是 ( B )。 A.传递函数只适用于线性定常系统； B.传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C.传递函数一般是为复变量s 的真分式； D.闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。 4．一阶系统的阶跃响应（ C ）。 A ．当时间常数较大时有超调 B ．有超调 C ．无超调 D ．当时间常数较小时有超调 5. 如果输入信号为单位斜坡函数时，系统的稳态误差为无穷大，则此系统为（ A ） A ． 0型系统 B. I 型系统 C. II 型系统 D. III 型系统 二、填空题（本大题共7小题，每空1分，共10分） 1．一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、__准确性___。 2.对控制系统建模而言，同一个控制系统可以用不同的 数学模型 来描述。 3. 控制系统的基本控制方式为 开环控制 和 闭环控制 。 4. 某负反馈控制系统前向通路的传递函数为()G s ，反馈通路的传递函数为()H s ，则系统 的开环传递函数为()()G s H s ，系统的闭环传递函数为 () 1()() G s G s H s + 。 5 开环传递函数为2(2)(1) ()()(4)(22) K s s G s H s s s s s ++= +++，其根轨迹的起点为0,4,1j --±。 6. 当欠阻尼二阶系统的阻尼比减小时，在单位阶跃输入信号作用下，最大超调量将 增大 。 7.串联方框图的等效传递函数等于各串联传递函数之 积 。 三、简答题（本题10分） 图1为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方框图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？
. 全国2006年10月高等教育自学考试 自动控制理论(二)试题 课程代码：02306 一、单项选择题（本大题共15小题，每小题2分，共30分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．控制系统中,基本环节的划分，是根据（ ） A ．元件或设备的形式 B ．系统的物理结构 C ．环节的连接方式 D ．环节的数学模型 2．单位斜坡函数r(t)的数学表达式是r(t)=（ ） A ．a 2t B ．t 2 C ．t D ．vt 3．在实际中很少单独使用的校正方式是（ ） A ．串联校正 B ．并联校正 C ．局部反馈校正 D ．前馈校正 4．滞后校正装置的最大滞后相角可趋近（ ） A ．-90° B ．-45° C ．45° D ．90° 5．若受控对象存在较大的延迟和惯性，效果较好的控制方式是（ ） A ．比例控制 B ．积分控制 C ．比例微分控制 D ．比例积分控制 6．当二阶系统的根分布在根平面的虚轴上时，系统的阻尼比ζ为（ ） A ．ζ<0 B ．ζ=0 C ．0<ζ<1 D ．ζ≥1 7．设二阶振荡环节的传递函数G （s ）= 16s 4s 162++，则其对数幅频特性渐近线的转角频率为（ ） A ．2rad/s B ．4rad/s C ．8rad/s D ．16rad/s 8．设某环节频率特性为G(j ω)14j 2+ω= ，当ω∞→，其频率特性相位移)(ωθ为（ ） A ．-180° B ．-90°
C ．0° D ．45° 9．控制系统的稳态误差e ss 反映了系统的（ ） A ．稳态控制精度 B ．相对稳定性 C ．快速性 D ．平稳性 10．已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为) 5s )(1s (s )1s (10)s (G +-+=，该系统闭环系统是 （ ） A ．稳定的 B ．条件稳定的 C ．临界稳定的 D ．不稳定的 11．系统的开环传递函数为)1TS (s 2 )s (G k +=，当T=1s 时，系统的相位裕量为（ ） A ．30° B ．45° C ．60° D ．90° 12．开环传递函数为)35.0(s ) 2s 5.0)(1s 5.0(k )s (G +++=,其根轨迹的起点为( ) A ．0，-3 B ．-1，-2 C ．0，-6 D ．-2，-4 13．设系统?x =[]x 01y ,u 10x 1010=??? ? ????+????????-,则该系统（ ） A ．状态可控且可观测 B ．状态可控但不可观测 C ．状态不可控且不可观测 D ．状态不可控且可观测 14．函数t cos e at ω-的拉氏变换是（ ） A ．22)a s (ω++ω B ．22)a s (a ω++ C ．22)a s (1ω++ D ．22)a s (a s ω+++ 15．设某闭环传递函数为1s 101 )s (R )s (Y +=，则其频带宽度为（ ） A ．0～10 rad/s B ．0～1 rad/s C ．0～0.1 rad/s D ．0～0.01 rad/s 二、填空题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 16．常规控制器中放大元件的作用是把_________放大，并为反馈信号提供信号源。 17．响应曲线达到过调量的________所需的时间，称为峰值时间t p 。
物理电子工程学院《自动控制原理》课程教学大纲课程编号：04210164 课程性质：专业必修课 先修课程：高等数学、函数变换、模拟电路、电路分析 总学时数：76 学分：4 适合专业：电子信息工程、机械与电子工程、机械自动化、电器自动化、通信、包装工程等专业 (一) 课程教学目标 自动控制理论是电子信息科学与技术专业的一门重要的专业基础课程。它侧重于理论角度，系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。 (二) 课程的目的与任务 本课程是电子通信工程、机电一体化、包装工程等专业、工科及相关理科的必修基础课程。通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，为专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基
本方法，如控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、状态空间分析法、采样控制系统的分析等基本方法等。为各类计算机控制系统设计打好基础。 (三) 理论教学的基本要求 1、熟练掌握自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。 2、熟练掌握典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式以及控制系统传递函数的建立和表示方法，初步掌握小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法。 3、熟练掌握暂态性能指标、劳思判据、稳态误差、终值定理和稳定性的概念以及利用这些概念对二阶系统性能的分析，初步掌握高阶系统分析方法、主导极点的概念。 4、熟练掌握根轨迹的概念和绘制法则，并能利用根轨迹对系统性能进行分析，初步掌握偶极子的概念以及添加零极点对系统性能的影响。 5、熟练掌握频率特性的概念、开环系统频率特性Nyquist图和Bode图的画法和奈氏判据，掌握绝对稳定系统、条件稳定系统、最小相位系统、非最小相位系统、稳定裕量、频域性能指标的概念，以及频率特性与系统性能的关系。 6、熟练掌握校正的基本概念、基本校正方式和反馈校正的作用，初步掌握复合校正的概念和以串联校正为主的频率响应综合法，了解以串联校正为主的根轨迹综合法，掌握常用校正装置及其作用。 (四) 教学学时分配数
《自动控制原理》课程标准 一、课程概述 （一）课程性质地位 自动控制原理是空间工程类、机械控制类、信息系统类等相关专业学历教育合训学员的大类技术基础课程。由于自动控制原理在信息化武器装备中得到了广泛的应用，因此，将本课程设置为大类技术基础课，对培养懂技术的指挥人才有着十分重要的作用。本课程所覆盖的知识面较宽，既有较深入的理论基础知识，也有较广泛的专业背景知识，因而，它在学员知识结构方面将起到加强理论深度和拓展知识广度的积极作用。 （二）课程基本理念 为了贯彻素质教育和创新教育的思想，本课程将在注重自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法的基础上，适当引入自动控制发展中的、学员能够理解的新概念和新方法；贯彻理论联系实际的原则，科学取舍各种主要理论、方法的比例，正确处理好理论与案例的关系，以适应为部队培养应用复合型人才的需要；适当引入和利用Matlab工具来辅助自动控制原理中的复杂计算与作图、验证分析与设计的结果；本课程应该既使学员掌握必要的基础理论知识，并了解它们对实际问题的指导作用，又要促进学员养成积极思考、长于分析、善于推导的能力和习惯。 （三）课程设计思路 本课程主要介绍自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法。课程采用“一纵三横”的设计思路，具体来说，“一纵”就是在课程讲授中要求贯彻自动控制系统的建模、分析及设计方法这条主线；“三横”就是在方法讲授中要求强调自动控制系统的稳定性、快速性和准确性，稳准快三个字是分析的核心，也是设计的归宿。在课程讲授中，贯彻少而精的原则，即对重点、难点讲深讲透；注意理论联系专业实际，例子贴近生活，注重揭示抽象概念的物理意义；注意传统教法与现代教法的有机结合，充分运用各种教学手段，特别注重发挥课程教学网站的作用。在课程学习中，注重阅读教材、完成作业、课程实验及讨论问题等四个环节，深刻理解课程内容中的重点和难点，重点掌握自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法。
一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、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。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(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G1(s)+G2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率= n ω 阻尼比=ξ ，0.7072 = 该系统的特征方程为2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s +++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的 开环传递函数为(1) (1)K s s Ts τ++。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1 ()[()()]p u t K e t e t dt T =+ ?， 其相应的传递函数为 1 [1] p K Ts + ，由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态性 能。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉
. 全国2005年1月高等教育自学考试 自动控制理论(二)试题 课程代码：02306 一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题后的括号内。1—5小题每小题2 分，6—15小题每小题1分，共20分) 1. 如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量P σ( )。 A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不定 2. 在伯德图中反映系统动态特性的是( )。 A. 低频段 B. 中频段 C. 高频段 D. 无法反映 3. 设开环系统的频率特性G(j ω)=2)j 1(1 ω+，当ω=1rad/s 时，其频率特性幅值M(1)=( )。 A. 1 B. 2 C. 21 D. 41 4. 若系统的状态方程为u 10X 1103X ??? ???+?? ????-=?，则该系统的特征根为( )。 A. s 1=3, s 2=-1 B. s 1=-3, s 2=1 C. s 1=3, s 2=1 D. s 1=-3, s 2=-1 5. 开环传递函数为G(s)H(s)=)3s (s K 3+,则实轴上的根轨迹为( )。 A.［-3,∞］ B. ［0,∞］ C. (-∞,-3］ D. ［-3,0］ 6. 由电子线路构成的控制器如图，它是( )。 A. 超前校正装置 B. 滞后校正装置 C. 滞后—超前校正装置 D. 以上都不是 7. 进行串联滞后校正后，校正前的穿越频率ωC 与校正后的穿越频率C ω'的关系，通常是( )。 A. ωC =C ω' B. ωC >C ω'
C. ωC 上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号： 水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。 自动控制原理 一、简答题：（合计20分,共4个小题，每题5分） 1. 如果一个控制系统的阻尼比比较小，请从时域指标和频域指标两方面 说明该系统会有什么样的表现？并解释原因。 2. 大多数情况下，为保证系统的稳定性，通常要求开环对数幅频特性曲 线在穿越频率处的斜率为多少？为什么？ 3. 简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 4. 用根轨迹分别说明，对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一 个开环极点对系统根轨迹走向的影响。 二、已知质量-弹簧-阻尼器系统如图(a)所示，其中质量为m 公斤，弹簧系数为k 牛顿/米，阻尼器系数为μ牛顿秒/米，当物体受F = 10牛顿的恒力作用时，其位移y (t )的的变化如图(b)所示。求m 、k 和μ的值。(合计20分) F ) t 图(a) 图(b) 三、已知一控制系统的结构图如下，（合计20分,共2个小题，每题10分） 1） 确定该系统在输入信号()1()r t t =下的时域性能指标：超调量%σ，调 节时间s t 和峰值时间p t ； 2） 当()21(),()4sin 3r t t n t t =?=时，求系统的稳态误差。 四、已知最小相位系统的开环对数幅频特性渐近线如图所示，c ω位于两个交接频率的几何中心。 1） 计算系统对阶跃信号、斜坡信号和加速度信号的稳态精度。 2） 计算超调量%σ和调节时间s t 。（合计20分,共2个小题，每题10分） [ 1 %0.160.4( 1)sin σγ =+-, s t = 五、某火炮指挥系统结构如下图所示，()(0.21)(0.51) K G s s s s = ++系统最 大输出速度为2 r/min ，输出位置的容许误差小于2 ，求： 1） 确定满足上述指标的最小K 值，计算该K 值下的相位裕量和幅值裕 量； 2） 前向通路中串联超前校正网络0.41 ()0.081 c s G s s +=+，试计算相位裕量。 （合计20分,共2个小题，每题10分） (rad/s) 1 全国2018年1月自学考试自动控制理论(二)试题 课程代码：02306 一、单项选择题(本大题共15小题，每小题2分，共30分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.自动控制系统中，比较元件又称为( ) A.放大器 B.控制器 C.受控对象 D.偏差检测器 2.信号流图中，不接触回路是指( ) A.开通路 B.闭通路 C.没有任何公共节点的回路 D.只有一个公共节点的回路 3.一阶系统G(s)=1Ts K +的单位阶跃响应是y(t)=( ) A.K(1-T t e - ) B.1-T t e - C.T t e T K - D.K T t e - 4.当二阶系统的根为一对相等的负实数时，系统的阻尼比ζ为( ) A. ζ=0 B. ζ=-1 C. ζ=1 D.0<ζ<1 5.当输入信号为阶跃、斜坡、抛物线函数的组合时，为了使稳态误差为某值或等于零，系统开环传递函数中的积分环节数N 至少应为( ) A.N ≥0 B.N ≥l C.N ≥2 D.N ≥3 6.设二阶振荡环节的频率特性为164j )j (16 )j (G 2+ω+ω=ω，则其极坐标图的奈氏曲线与负虚 轴交点频率值=ω ( ) 2 A.2 B.4 C.8 D.16 7.设开环系统频率特性为) 14j )(1 j (j 1 )j (G +ω+ωω=ω，当频率ω从0变化至∞时，其相角变化 范围为( ) A.0°～-180° B.-90°~-180° C.-90°～-270° D.-90°～90° 8.在奈氏判据中若N=2，即表示F(s)在F(s)平面上的封闭曲线( ) A.逆时针包围原点2次 B.逆时针包围(-l ，j0)点2次 C.顺时针包围原点2次 D.顺时针包围(-1，j0)点2次 9.下面最小相位系统的奈氏曲线中，闭环系统稳定的是( ) 10.幅值条件公式可写为( ) A.∏∏==++= m 1 i i n 1j j | z s || p s |K B. ∏∏==++= m 1 i i n 1j j | z s || p s |K C. ∏∏==++= n 1j j m 1i i |p s || z s |K D. ∏∏==++= n 1j j m 1i i | p s || z s |K 11.当系统开环传递函数G(s)H(s)的分母多项式的阶次n 大于分子多项式的阶次m 时，趋向s 平面的无穷远处的根轨迹有( ) A.n —m 条 B.n+m 条 C.n 条 D.m 条 12.设开环传递函数为G(s)H(s)=) 5s )(3s () 9s (K +++，其根轨迹( ) A.有会合点，无分离点 B.无会合点，有分离点 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（ A ）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（ C ） A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件 4. ω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（ B ） 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2) (5 10+s s ，则它的开环增益为（ C ） A.1 B.2 C.5 D.10 7. 二阶系统的传递函数5 2 5)(2++=s s s G ，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ζ不变，提高ωn ，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Ts s G +=1)(，当频率T 1=ω时，则相频特性)(ωj G ∠为（ A ） A.45° B.-45° C.90° D.-90° 10.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()0516178234=++++=s s s s s D ，则此系统 （ A ） 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：()) 5)(1(++=s s s k s G ，当k =（ C ）时，闭环系统临界稳定。 A.10 B.20 C.30 D.40 13.设系统的特征方程为()025103234=++++=s s s s s D ，则此系统中包含正实部特征的个数 有（ C ） A.0 B.1 C.2 D.3 14.单位反馈系统开环传递函数为()s s s s G ++=652，当输入为单位阶跃时，则其位置误差为（ C ） A.2 B.0.2 C.0.5 D.0.05自动控制原理课程设计实验
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