2006-2007(A)
一、填空题（每空2分，共10分）
1.用三个字来概括概括对控制系统的基本要求是。
2.偶极子指的是。
3.扰动作用下的稳态误差取决于及主反馈通道中的积分环节数目与增益。
4.滞后校正是通过牺牲来换取稳定裕度的增加。
5.上升时间反映了系统能力。
二、选择题（每小题2分，共10分）
1.建立系统多项式模型的函数是（）
A. zpk
B. tf
C. ss
D. sos
2. 关于开环放大倍数对系统性能的影响，错误的是（）
A. 提高开环放大倍数，系统的快速性提高，稳定性增强；
B. 开环放大倍数与开环相频特性无关；
C. 提高开环放大倍数，能够提高系统的稳态精度；
D. 开环放大倍数等于０型系统的静态位置误差系数。
3. 控制系统结构如图所示，则系统属于（）
A. 开环控制
B. 反馈控制
C. 按给定补偿
D. 按扰动补偿
4.以下不属于非线性系统特点的是（）
A. 满足叠加性
B. 存在自激振荡
C.有多个平衡点
D. 频率响应会畸变
5.设系统开环传递函数为
2(3)
(1)(0.51)
s
s s s
+
++
，则开环放大倍数为（）
A. ∞；
B. 6；
C. 12；
D. ２
三、判断题（每小题２分，共10分）
1.为保证系统具有足够的稳定裕度，中频段应有足够的宽度。（ ）
2.闭环极点越远离虚轴，对应的响应分量结束得越早。 （ ）
3.引入测速反馈后，可以增大系统的阻尼，改善稳定性，但会使稳态精度下降。 （ ）
4.对于最小相位系统，稳定的充要条件是奈氏曲线中正负穿越次数之差为零。 （ ）
5.劳斯判据是近似求解系统的闭环极点的作图方法。 （ ） 四、求下列两图所示示系统的传递函数。其中，T=1s ，K=1。（12分,每图6分）
五、已知系统开环传递函数为100(2)
()()(1)(20)
s G s H s s s s +=++，试绘制渐近对数幅频特性曲线，并
求截止频率与相角裕度。（14分）
六、已知调速系统的方框图如下图所示，请回答下列问题：（12分）
（１）分析电网电压发生波动时，系统的调节过程；（4分）
（２）反馈系数α应如何整定？PI 调节器的限幅对系统会产生何种影响？（4分） （３）反馈控制的特点与实质是什么？（
4分）
七、控制系统结构图如图所示。其中1K ，2K 0>，0≥β。试分析：（12分） （１）β值变化(增大)对系统稳定性的影响；（4分）
（２）β值变化(增大)对动态性能（σ%，s t ）的影响；（4分） （３）β值变化(增大)对t a t r =)(作用下稳态误差的影响。（4分）
八、已知系统的开环传递函数为(1)
()()(2)(3)
k s G s H s s s s +=++，（10分）
（１）绘制概略根轨迹；（8分） （２）给出相应的Matlab 语句（２分）
九、电子信息专业做第１题，自动化专业做第２题。（10分） 1. 已知单位反馈系统开环传递函数为)
1)(1()(21++=s T s T s K
s G ，试画出奈氏曲线并给
出系统稳定K 值应满足的条件。
2. 设带理想继电特性的非线性控制系统如图所示。设系统的初始状态为零，利用相轨迹法分析系统在阶跃信号作用下的运动过程
2008-2009(A )
一、填空题（共4题，2分/空，共10分）
1. 对于二阶系统，超调量只与 有关。
2. 极点距离虚轴越远，对应的响应分量衰减得越 。
3. 复合控制中的补偿控制主要用来解决系统的 问题。
4. 已知系统的传递函数为1
1
)(G +=
Ts s ，当输入为t sin 时，其输出为)45sin(?-t A ， 则T = 秒，A = 。 二、选择题（共5题，2分/题，共10分）
1. .能直接对控制系统进行仿真的ＧＵＩ平台是（ ）
A. Protel
B. fdatool
C. simulink
D. AutoCAD 2.描述函数法可用来分析系统的（ ）
A. 稳定性
B.自激振荡
C. 稳定性与自激振荡
D. 稳定性与动态特性 3.若提高系统的开环放大系数，则下列描述错误的是（ ） A. 系统的快速性提高，截止频率上升；
B. 不会影响奈氏曲线与负实轴交点处所对应的频率；
C. 会影响闭环系统输入输出的对应关系；
D. 系统的型别提高，稳态误差减小。
4.为保证控制系统的稳定性，中频段的斜率应为（ ）dB/dec 。 A. -20 B. -40 C. -60 D. -80
5.设二阶系统如下图所示，则改变Ｋ值时（ ）
Ａ．只改变系统的无阻尼自振频率；Ｂ．只改变系统的阻尼系数；
Ｃ．上升时间提前，调节时间延长；Ｄ．上升时间提前，调节时间可能无明显变化。 三、求下列两图所示系统的等效传递函数。其中，T=1s ，K=1。（16分,每图8分）
)
s
四、已知系统开环传递函数为12()()(1)(1)
K
G s H s s T s T s =
++，（16分）
1）绘制奈氏曲线并判定系统的稳定性；
2) 绘制渐近对数幅频特性曲线，并求截止频率与相角裕度。
五、试从频域的角度说明，在前向通道中引入比例加微分环节对系统的影响。（10分） 六、：已知转速电流双闭环调速系统如图所示，（14分）
１）画出系统的静态结构图；２）简要说明电流环的作用； ３）给出ＡＳＲ的传递函数；
４）设ＡＳＲ与ＡＣＲ均为带限幅的调节器，画出在系统启动过程中（突加较大的阶跃给定）转速变化曲线并简要说明。
TA:电流互感器UPE:电力电子装置
七、已知系统的开环传递函数为3
()()(3)k
G s H s s =
+，试绘制根轨迹。（14分）
八、设带理想继电特性的非线性控制系统如图所示。设系统的初始状态为零，利用相轨迹法分析系统在阶跃信号作用下的运动过程（10分）。
2009-2010（A ）
一、填空题（共5题，2分/空，共10分）
1.位置式PID 标准形式为 。
2.周围没有零点且其它极点远离虚轴，则最靠近虚轴的极点称为 。
3.工程设计法就是将系统校正成为 系统。
4.对控制系统的基本要求可概括为三个字，即 。
5.1948年， 提出了《控制论》，标志控制理论体系的形成。
二、选择题（共5题，2分/题，共10分）
1.可用来求取系统斜坡输入响应的函数是（ ）
A. step
B. lsim
C. initial
D. impulse 2.关于二阶系统开环放大倍数与调节时间，下列叙述正确的是（ ） A. K 值增加，调节时间增大； B. K 值增加，调节时间减少； C. K 值增加，调节时间不变； D. 以上都不对 3.关于三频段的概念，下列叙述错误的是（ ） A. 为保证系统的稳定性，中频段斜率应为-20dB/dec ；
B. 为保证足够的相角裕度，中频段应有足够的宽度；
C. 截止频率的选择，应兼顾稳定性与抗扰性；
D. 低频段反映稳态性能，越高越陡越好。
4.设非线性系统的负倒描述曲线与频率特性曲线如图，则自激振荡点为（ ）
A. A 点
B. B 点
C. A 与B 点
D. 都不是 5.系统的相角裕度越大，则（ ）
A. 稳定性越好，超调量越小；
B. 快速性好，抗干扰能力强；
C. 稳态误差小，快速性差；
D. 闭环谐振峰值越小，带宽越窄。 三、求图示系统的等效传递函数(8分)
四、已知单位反馈系统开环传递函数为2
(1)
()(1)
K s G s s Ts τ+=+，试画出奈氏曲线并判定稳定性，绘制Bode 图并求截止频率。（16分）
五、设有零阶保持器的离散系统如图所示，采样周期T ＝1，K = 1，试求：（12分）
1）系统的闭环脉冲传递函数；（4分）
2）判定系统的稳定性；（4分）
3）说明零阶保持器对系统的影响。（4分）
六、控制系统两种结构方案如图所示。(12分)
１）如何调整K 1，K 2和K 3，使系统获得良好动态性能？ ２）比较两种方案的特点。
)
s
七、已知单位反馈系统传递函数为12()(1)(1)
K
G s s T s T s =
++，（14分）
１）试绘制概略根轨迹。
２）分析各参数变化对系统性能的影响。
八、非线性控制系统如图所示。设输入为阶跃信号，绘制系统的相轨迹并说明测速反馈的作用。（12分）
九、简述ＰＩＤ参数整定方法。（6分）
2010-2011（A ）
一、填空题（共5题，2分/题，共10分）
1.闭环对于 上的扰动有调节作用。
2.对控制系统的一般要求是 。
3.加给定（前置）滤波器的作用是 。
4.上升时间反映了系统 能力。
5.对于二阶系统，闭环谐振峰值越大，则超调量越 。 二、选择题（共5题，2分/题，共10分）
1.基于Matlab 下可对控制系统直接进行分析与设计的二次平台是（ ） A. simulink B. fdatool C. cftool D. sisotool
2.关于二阶系统开环放大倍数与调节时间，下列叙述正确的是（ ） A. K 值增加，调节时间增大； B. K 值增加，调节时间减少；
C. K 值增加，调节时间不变；
D. 以上都不对 3.关于三频段的概念，下列叙述错误的是（ ）
A. 为保证系统的稳定性，中频段斜率应为-20dB/dec ，并应具有足够的宽度；
B. 为保证快速性，截止频率应足够高，可按闭环带宽选择，兼顾抗扰性能；
C. 高频段反映抗扰性能，越高越陡越好；
D. 低频段反映稳态性能，越高越陡越好。
4.设非线性系统中，线性环节如下，则用描述函数法分析时准确度最高的是（ ） A.)11.0(1)(+=
s s s G B.)1(2)(+=s s s G C.)11.0)(1()15.1(2)(+++=s s s s s G D. 1
1
)(+=s s G
5.下列关于稳态误差的描述，错误的是（ ）
A. 稳态误差取决于扰动作用点之前的积分环节数目及增益大小；
B. 系统的型别越高，稳态误差越小；
C. 利用复合控制，可提高稳态精度，实现部分补偿；
D. 线性系统的稳态误差仅取决于系统本身的结构与参数。
三、画出下列二端口网络结构图，并求传递函数.(8分)
R
R
C C
四、设有零阶保持器的离散系统如图所示，采样周期T ＝1，K = 1，试求：（10分）
1）系统的闭环脉冲传递函数；（4分）
2）判定系统的稳定性；（2分）
3）校正为最少拍系统。（4分） 五、已知控制系统结构如图所示，（10分）
试从稳定性、稳态误差、动态性能几个方面说明测速反馈的作用。 六、已知系统的开环传递函数为]
316)4[()(2*
++=
s s K s G ，试绘制概略根轨迹。（12分）
七、非线性控制系统如图所示。设输入为阶跃信号，绘制系统的相轨迹并说明测速反馈的
作用。（10分）
八、已知转速电流双闭环调速系统如图所示，（每小问4分，共16分）
１）画出系统的静态结构图,说明速度反馈系数与电流反馈系数的整定方法； ２）若在ASR 与ACR 中存在有零漂，对系统会产生何种影响，如何处理；
３）设ASR 与ACR 均为带限幅的调节器，画出在系统启动过程中（突加较大的阶跃给定）转速变化曲线并简要说明；
４）说明使用模拟与数字PI 控制器时可能的注意事项。
TA:电流互感器UPE:电力电子装置
九、已知系统的开环传递函数为)
12.0)(11.0()(++=
s s s K
s G ，（14分）
1）绘制奈氏曲线，求稳定的K 值；（6分）
2）若给定K=10，绘制bode 图，求截止频率与相角裕度。（8分）
2010-2011（B ）
一、填空题（共5题，2分/题，共10分）
1.控制系统的基本控制方式有反馈控制、开环控制与 。
2.采用超前校正时，截止频率会（上升、下降） 。
3.超调量反映系统的 。
4.已知系统的传递函数为1
1
)(G +=
Ts s ，当输入为t sin 时，其输出为)45sin(?-t A ， 则T = 秒，A = 。 二、求图示系统的传递函数。（10分）
三、稳定性分析（共2题，5分/题，共10分）
1.已知系统的特征方程如下，应用劳斯稳定判据判定稳定性。
02420105)(234=++++=s s s s s D
2.设二阶非线性系统0x xx x ++=，判定系统奇点的类型并给出Matlab 仿真程序。 四、已知渐进对数幅频特性曲线如图所示，求开环传递函数，并求截止频率、相角裕度。 （16分）
五、设带理想继电特性的非线性控制系统如图所示。设系统的初始状态为零，利用相轨迹法分析系统在阶跃信号作用下的运动过程（10分）。
六、已知系统的开环传递函数为()()(1)(2)
K
G s H s s s s =
++，绘制概略根轨迹。（14分）
七、设有零阶保持器的离散系统如图所示，采样周期T ＝10，K = 1，试求：（10分）
1）系统的闭环脉冲传递函数；（6分）
2）判定系统的稳定性；（4分）
八、已知控制系统结构如图所示，（10分）
试从稳定性、稳态误差、动态性能几个方面说明测速反馈的作用。
九、用三频段的概念说明PID 控制规律对系统的影响，并简单说明参数整定的方法。（10分）
2006-2007（A ）卷答案
一、１．稳快准
２．一对靠得很近的零极点 ３．扰动作用点之前的前向通道 ４．快速性（也可答截止频率）
５．克服非线性因素影响（也可答快速性） 二、１．B ２．B ３．A ４．D ５．A 三、对对对对错 四、 第一图
1123412322343312341123112341123234312341
1211111
11p G G G G L G G H L G G H L G G G G H L L L G G G G P p G G H G G H G G G G H ==-=-=-?=---?==
?=?+++ 分
分 分 分 分
注：题目较简单，可一步写出结果，也可以采用框图的等效变换 第二图
12122()
()11()
1()(1)1(1)11
1(1)110.3680.2641(1)(0.368)0.3680.264
()10.632
G z z G z G z z s s z s s s z z z z z z z --Φ=
+??
=-Z ??+??
??=-Z -+??+??
+=--+Φ=-+ 分
分 分 分 分
五、Bode 图如下：
ω
2310(1)2()()1(1)(1)
20
12201s G s H s s
s s ωωω+=++===１ 分 分
（此两步也可在图中体现）
图中：转折频率标注正确得1分；基准斜率标注正确得1分；各段斜率绘制正确各得1分，截止频率正确得1分
以上两种方法任选一种。 求相角裕度：2分
()90tan tan
tan 2
20
180()
c c ac ac ac ω
ω
?ωω
γ?ω=---+=+
不要求求出最终结果。
六、（１）设
00d n ct d U n U U U U n ↓?↓?↓??↑?↑?↑?↑
1分 1分 1分 1分
（２） 0max max
U
n α= 1分
PI 限幅影响：１）限幅时为开环，偏差不起作用； 1分 ２）U ?反号，PI 退饱和，n 出现超调； 1分 ３）可能使系统收敛于极限环（或对系统的稳定性有好处） 1分 （３）实质：用偏差控制偏差 2分
特点：１）对反馈环内的前向通道上的扰动有调节作用 １分 ２）精度取决于给定精度与反馈检测的精度 １分 七
、11
2
2
/1
(
)
1(1
n k G s k s s k β
βζωββ=
==
==
+（1分） （１分）（１）β＝０，系统临界稳定（１分），β>０，系统稳定（１分），β增加，阻尼上升，相
对稳定性增强（１分）。
（２）β增加，阻尼上升，超调量下降（１分），自振频率不变（1分），调节时间下降（1分）。
（３）系统为I 型（１分）。1/v K K k β==（１分），1//ssv v e a K a k β==（１分），β增加，稳态误差增加（１分）。 八、（１）
123102311[1,0][3,2]1211251
212
(2,3)1a p p p z l n m d π
?πσ==-=-=----+==±--+==-∈--零极点： 分实轴上的根轨迹： 分
渐近线： 分 分
分离点： 估算， 分
根轨迹图：3分
（２） num=[1,1]; den=[1 5 6 0]; (1分) rlocus(num,den); (1分)
12
20log
c
L ωω=1220log 40log
1
L K =-5
/c rad s
ω=()1
c A ω=100.5()1
c
c c c
A ωωωω?=
=?3c ω求
分
九、１．
1212()1(1)(1)
()()90tan tan (0)(0)90()0()270K
G j j j T j T A a T a T A A ωωωωω?ωωω??=++=
=-?--=∞=-?∞=∞=-? 分
１分 1分 １分
正确绘图：２分。
12121212
()180tan tan 901()11
x x x a T a T KT T A T T K T T ?ωωωωω=-?
+=?==+<
+令 分
有 1分稳定时 1分
２．
00
00/1/(0)0(0)M e m e M
e Te e KM I Te e KM II e e e KM KM T
II e Te T
e e R αα+>?==
?
-
+-=
?=≠-+-==+== （１分）开关线方程： （１分）区
微分方程： （１分）区
令，，故不存在奇点。（１分）
等倾线方程：区 （１分）
初始条件： （１分）正确绘图：（１分）
系统运动：经过几次振荡（１分），系统到达稳态，理论误差为０。（１分）
2006-2007（B ）卷答案
一、填空题（每空2分，共10分）
1.控制系统的基本控制方式有反馈控制、开环控制与 复合控制 。
2.采用超前校正时，截止频率会（上升、下降） 上升 。
3.超调量反映系统的 过渡过程平稳性（或相对稳定性） 。
4.已知系统的传递函数为1
1
)(G +=
Ts s ，当输入为t sin 时，其输出为)45sin(?-t A ， 则T = １ 秒，
A = １ 二、求图示系统的传递函数。（10分）
112341122433231231211234111223431234
11111
21p G G G G L G G L G G L G G L L L L L G G G G P p G G G G G G G G G G ==-=-=-?=---+?==
?=?++++ 分
分 １分 １分 3分 １分 分
注：也可用结构图等效变换的方法。
三、电子信息专业做第１题，自动化专业做第２题。（10分）
1.已知系统的特征方程如下，应用劳斯稳定判据判定稳定性。
02420105)(234=++++=s s s s s D
劳斯表：（4分） 110245200
6 24 0() 24
ε
第一列元素不变号（１分），故系统有纯虚根（１分），临界稳定（１分），属不稳定（１分）。 线虚根：1,22s j =±。（２分）
2.设二阶非线性系统0x xx x ++=，判定系统奇点的类型并给出Matlab 仿真程序。 求奇点：令0,0x x ==,奇点为(0,0)。 线性化：
000
1,2(,)(0,0)1,(0,0)00
x x x x x x f x x xx x f f x x x x
x
f f x x s j =====--???=
?+
???''=-=?+?==± １分 １分
１分 １分
故奇点为中心点。 １分
四、已知渐进对数幅频特性曲线如图所示，求开环传递函数，并求截止频率、相角裕度。 （16分）
由图可知，开环传递函数中包含一个积分、两个惯性和一个比例环节。（４分）
故有：()(1)(0.11)
K
G s s s s =++ （３分）
由图有：
15
K
=，故K ＝５。 （3分） 求截止频率：5
(
)1/c c c c
A s ωωωω===? （４分） 求相角裕度：
()18090tan tan 0.1c c c
a a γ?ωωω=+?
=?-- （２分）
五、试比较二阶系统引入测速反馈与比例微分环节时对系统的影响。（14分）
比例微分环节
K 值不变的情况下，不改变系统的稳态精度（１分），但可在满足动态性能指标的情况下，提高K 值的可选范围（１分）；
可单独调整系统的阻尼系数（１分），根据需要调节微分时间常数。可在提高快速性的同时，降低超调量（１分）；
提供附加的零点（１分），零点越靠近虚轴，对系统的影响越强烈（１分）； 影响系统的中频段，可在提高截止频率的同时，提高相角裕度（１分）。 测速反馈
斜坡输入作用下系统的稳态误差会增大（１分）； 可单独调整阻尼系数（１分），不提供附加的零点（１分）； 提高系统对内回路扰动的调节能力（１分），提高系统的快速性（１分）； 降低性能指标对参数的敏感度（１分），提高系统的鲁棒性（１分）。
六、已知系统的开环传递函数为()()(1)(2)
K
G s H s s s s =++，绘制概略根轨迹。（14分）
极点：p 1=0,p 2=-1,p 3=-2 （１分）
实轴上的根轨迹：[-∞,-3],[-2,-1] （１分） 渐进线：倾角 215,33
l n m ππ
?π+=
=±- （１分）
交点坐标 6
2n m
σ-=
=-- （１分） 分离点：估算，[2,1]d ∈-- （１分） 与虚轴交点：（５分）
3232
()3202030D s s s s K s j K ω
ωωωω=+++==?-+=?
=?-+=??
令 得
正确绘图：４分
七、设有零阶保持器的离散系统如图所示，采样周期T ＝1，K = 1，试求：（14分）
1）系统的闭环脉冲传递函数；（6分）
2）判定系统的稳定性；
（4分）
3）说明零阶保持器及采样周期T 对系统的影响。（4分） 系统开环脉冲传递函数
1
2
1221()(1)2(1)111(1)110.3680.2641(1)(0.368)()0.3680.264
()2
1()0.632
G z z s s z s s s z z z G z z z G z z z --??=
-Z ??+??
??
=-Z -+??+??+=--+Φ==+-+ 分
分 分 分
判定稳定性：特征式2()0.632D z z z =-+（１分），利用朱利判据（１分） (1)0.6320
(1) 2.6320>D D =>-=> １0.632
故系统稳定（２分）。
注：也可用特征根或劳斯判据。
零阶保持器：１）低通特性，恢复连续信号（１分）。 ２）相角滞后与时间滞后（１分）。 采样周期T ：１）足够小，满足抽样定理（１分）。 ２）T 越大，稳定性与动态性能变差（１分）。
八、利用集成运放组成PID 控制器，给出带输出限幅的电路图，说明PID 控制规律的作用。（12分）
正确绘图：6分
PID 控制规律：PI 影响系统低频段，改善系统的稳态性能 （６分） PD 影响系统的中频段，改善系统的稳定性
及动态性能
PID 兼具PI 与PD 的优点
2011-2012(A )
一、填空题（共5题，2分/题，共10分）
1.二阶系统的自振频率指阻尼系数为 时的振荡频率。
2.反馈控制的实质是 。
3.中频段应具有足够的宽度，是为了保证系统具有足够的 。
4.已知开环传递函数为)
3)(1()
2(6)()(+++=
s s s s s H s G ，则开环放大倍数等于 。
5.已知系统的微分方程为???-=+=2
12211x x x x x x
，则奇点为 。
二、选择题（共5题，2分/题，共10分）
1.用于建立多项式模型的函数为（ ）
A. tf
B. zpk
C. ss
D. lti 2. 设系统开环传递函数为
(1)
K
s Ts +，则系统为（ ）
A. 0型；
B. I 型；
C. II 型；
D. III 型 3.关于PD 控制规律，下列叙述错误的是（ ）
A. 影响系统的中频段，提高相角裕度，提高截止频率；
B. 影响系统的高频段，高频衰减被削弱；
C. 可同时改善系统的稳定性及快速性；
D. 对高频噪声有放大作用，可配合大惯性环节同时使用。 4.一阶惯性环节的时间常数为T ，则上升时间等于（ ） A. 2.2T B. 3-4T C. 0.632T D. T 5.下列关于劳斯稳定判据的描述，错误的是（ ）
A. 不仅能判定系统的稳定性，还能指出有多少个不稳定的根；
B. 只适用于最小相位的系统；
C. 借助于双线映射，可判断离散系统的稳定性；
D. 借助于坐标平移，可判断系统的相对稳定性。 三、求如图所示系统等效传递函数。(8分)
Y(s)
四、设有零阶保持器的离散系统如图所示，采样周期T ＝0.1s ，K = 1，试求：（
10分）
1）系统的闭环脉冲传递函数；（4分）
2）判定系统的稳定性；（2分） 3）校正为最少拍系统。（4分）
五、已知控制系统结构如图所示，（10分）
（1）当T=0时，试求系统的阻尼比ξ，无阻尼自然振荡角频率ωn 和单位斜坡函数输入时系统的稳态误差；（3分）
（2）当ξ=0.7，试求系统中的T 值和单位斜坡函数输入时系统的稳态误差；（3分） （3）说明测速反馈的作用。（4分） 六、已知系统的开环传递函数为2
*)1()(s s K s G +=
，（12分）
1）试绘制概略根轨迹。（8分）
2）若给出超调量与调节时间的要求，作图示意闭环极点如何选取。（4分）
七、非线性控制系统如图所示。设M=1，K=10，系统是否存在自激振荡？，若存在，则求出振荡幅值与频率。（10分）
八、已知转速电流双闭环调速系统如图所示，（16分）
１）画出系统的静态结构图；（4分） ２）说明电流内环的作用；（4分）
３）若在仿真时（设调节器均带限幅）超调量比较大，如何调整？说明理由。（8分）
TA:电流互感器UPE:电力电子装置
成绩： 自动控制原理 课程设计报告 学生姓名：黄国盛 班级：工化144 学号：201421714406 指导老师：刘芹 设计时间：2016.11.28-2016.12.2
目录 1.设计任务与要求 (1) 2.设计方法及步骤 (1) 2.1系统的开环增益 (1) 2.2校正前的系统 (1) 2.2.1校正前系统的Bode图和阶跃响应曲线 (1) 2.2.2MATLAB程序 (2) 3.3校正方案选择和设计 (3) 3.3.1校正方案选择及结构图 (3) 3.3.2校正装置参数计算 (3) 3.3.3MATLAB程序 (4) 3.4校正后的系统 (4) 3.4.1校正后系统的Bode图和阶跃响应曲线 (4) 3.4.2MATLAB程序 (6) 3.5系统模拟电路图 (6) 3.5.1未校正系统模拟电路图 (6) 3.5.2校正后系统模拟电路图 (7) 3.5.3校正前、后系统阶跃响应曲线 (8) 4.课程设计小结和心得 (9) 5.参考文献 (10)
1.设计任务与要求 题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 ()() 00.51K G s s s =+用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。 任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能 指标： （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差0.05ss e rad <； （2）系统校正后，相位裕量45γ> 。 （3）截止频率6/c rad s ω>。 2.设计方法及步骤 2.1系统的开环增益 由稳态误差要求得：20≥K ，取20=K ；得s G 1s 5.0201)s(0.5s 20)s (20+=+=2.2校正前的系统 2.2.1校正前系统的Bode 图和阶跃响应曲线 图2.2.1-1校正前系统的Bode 图
学习中心 姓 名 学 号 电子科技大学网络与继续教育学院 《自动控制原理》模拟试题一 一、简答题（共25分） 1、简述闭环系统的特点，并绘制闭环系统的结构框图。( 8分) 2、简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。( 10分) 3、串联校正的特点及其分类？( 7分) 二、已知某单位负反馈系统的开环传递函数为) 42()(2++= s s s K s G K ，试确定使系统产生持续振荡的K 值，并求振荡频率ω。( 15分) 三、设某系统的结构及其单位阶跃响应如图所示。试确定系统参数,1K 2K 和a 。( 15分) 四、某最小相角系统的开环对数幅频特性如图示。要求（20分） 1）写出系统开环传递函数； 2）利用相角裕度判断系统的稳定性； 3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。 五、设单位反馈系统的开环传递函数为 ) 1()(+=s s K s G
试设计一串联超前校正装置，使系统满足如下指标：（25分） （1）在单位斜坡输入下的稳态误差151 ss e ； （2）截止频率ωc ≥7.5(rad/s)； （3）相角裕度γ≥45°。 模拟试题一参考答案： 一、简答题 1、简述闭环系统的特点，并绘制闭环系统的结构框图。 解： 闭环系统的结构框图如图： 闭环系统的特点： 闭环控制系统的最大特点是检测偏差、 纠正偏差。 1) 由于增加了反馈通道, 系统的控制精度得到了提高。 2) 由于存在系统的反馈, 可以较好地抑制系统各环节中可能存在的扰动和由于器件的老化而引起的结构和参数的不确定性。 3) 反馈环节的存在可以较好地改善系统的动态性能。 2、简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 解：
《 自动控制原理 》典型考试试题 （时间120分钟） 院/系 专业 姓名 学号 第二章：主要是化简系统结构图求系统的传递函数，可以用化简，也可以用梅逊公式来求 一、（共15分）已知系统的结构图如图所示。请写出系统在输入r(t)和扰动n(t)同时作用下的输出C(s)的表达式。 G4 H1G3 G1 G 2 N(s)C(s) R(s) - -+ + + 二 、（共15分）已知系统的结构图如图所示。 试求传递函数 )()(s R s C ，) () (s N s C 。 三、（共15分）已知系统的结构图如图所示。 试确定系统的闭环传递函数C(s)/R(s)。 G1 G2 R(s) - + + C(s) - + 四、（共15分）系统结构图如图所示，求X(s)的表达式
G4(s)G6(s) G5(s)G1(s) G2(s) N(s) C(s) R(s) -- G3(s) X(s) 五、（共15分）已知系统的结构图如图所示。 试确定系统的闭环传递函数C(s)/R(s)和C(s)/D(s)。 G1 G2 R(s) - + + C(s) -+ D(s) G3G4 六、（共15分）系统的结构图如图所示，试求该系统的闭环传递函数 ) () (s R s C 。 七、（15分）试用结构图等效化简求题图所示各系统的传递函数 ) () (s R s C
一、（共15分）某控制系统的方框图如图所示，欲保证阻尼比ξ=0.7和响应单位斜坡函数的稳态误差为ss e =0.25,试确定系统参数K 、τ。 二、（共10分）设图（a ）所示系统的单位阶跃响应如图（b ）所示。试确定系统参数,1K 2K 和a 。 三、（共15分）已知系统结构图如下所示。求系统在输入r(t)=t 和扰动信号d(t)=1(t)作用下的稳态误差和稳态输出)(∞C 2/(1+0.1s) R(s) - C(s) 4/s(s+2) E(s) D(s) 四、（共10分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为： 2()(2)(4)(625) K G s s s s s = ++++ 试确定引起闭环系统等幅振荡时的K 值和相应的振荡频率ω 五、（15分）设单位反馈系统的开环传递函数为 1 2 ) 1()(23++++=s s s s K s G α 若系统以2rad/s 频率持续振荡，试确定相应的K 和α值 第三章：主要包括稳、准、快3个方面 稳定性有2题，绝对稳定性判断，主要是用劳斯判据，特别是临界稳定中出现全零行问题。 相对稳定性判断，主要是稳定度问题，就是要求所有极点均在s=-a 垂线左测问题，就是将s=w-a 代入D(s)=0中，再判断稳定 快速性主要是要记住二阶系统在0<ξ<1时的单位阶跃响应公式以及指标求取的公式。 准确性主要是稳态误差的公式以及动态误差级数两方面
自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩
单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。
一、 填空题 1、线性定常连续控制系统按其输入量的变化规律特性可分为_恒值控制_系统、随动系统和_程序控制_系统。 2、传递函数为 [12(s+10)] / {(s+2)[(s/3)+1](s+30)} 的系统的零点为_-10_， 极点为_-2__， 增益为_____2_______。 3、构成方框图的四种基本符号是： 信号线、比较点、传递环节的方框和引出点 。 4、我们将 一对靠得很近的闭环零、极点 称为偶极子。 5、自动控制系统的基本控制方式有反馈控制方式、_开环控制方式和_复合控制方式_。 6、已知一系统单位脉冲响应为t e t g 5.16)(-=，则该系统的传递函数为 。 7、自动控制系统包含_被控对象_和自动控制装置两大部分。 8、线性系统数学模型的其中五种形式是微分方程、传递函数、__差分方程_、脉冲传递函数_、__方框图和信号流图_。 9、_相角条件_是确定平面上根轨迹的充分必要条件，而用_幅值条件__确定根轨迹上各 点的根轨迹增益k*的值。当n-m ≥_2_时, 开环n 个极点之和等于闭环n 个极点之和。 10、已知一系统单位脉冲响应为 t e t g 25.13)(-=，则系统的传递函数为_ _。 11、当∞→ω时比例微分环节的相位是： A.90 A.ο 90 B.ο 90- C.ο45 D.ο 45- 12、对自动控制的性能要求可归纳为_稳定性__、_快速性_和准确性三个方面， 在阶跃 响应性能指标中，调节时间体现的是这三个方面中的_快速性___，而稳态误差体现的是_稳定性和准确性_。 13、当且仅当离散特征方程的全部特征根均分布在Z 平面上的_单位圆 _内，即所有特征根的模均小于___1____,相应的线性定常离散系统才是稳定的。 14、下列系统中属于开环控制系统的是 D.普通数控加工系统
自动控制原理复习提纲 一、单选题 1．根据控制元件的特性，控制系统可分为（ B ）。 A.反馈控制系统和前馈控制系统 B.线性控制系统和非线性控制系统 C.恒值控制系统和随动控制系统 D.连续控制系统和离散控制系统 2．系统的动态性能包括（ D ）。 A ．稳定性、准确性 B ．快速性、稳定性 C ．稳定性、平稳性 D ．平稳性、快速性 3．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.输入信号与初始条件 4. 如下图所示系统的闭环传递函数Gk(s) =（ C ）。 A. 133212321()G G G H G G G H +++ B. 12 3212321()G G G H G G G H ++++ C. 123231()1G G G H G H ++ D. 123 321232 ()1()G G G G H G G G H ++++ 5．设系统的传递函数为1 5251 )(2++=s s s G ，则系统的阻尼比为（ A ）。 A.0.5 B. 1 C.0.2 D. 1.2 6.适合应用传递函数描述的系统是（ A ）。 A.单输入、单输出的线性定常系统 B.单输入、单输出的线性时变系统 C.单输入、单输出的定常系统 D.非线性系统 7.二阶系统的传递函数为1 441 2 ++s s ,则其无阻尼固有频率n ω和阻尼比ξ依次为（ B ）。 A.1,0.5 B.0.5,1 C.2,1 D.1,2 8. 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 9.增大系统的开环增益，将使系统跟随稳态误差( B )。
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
模拟试题(自动控制原理) 1. 本试卷共六大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷； 第一部分：选择题 一、单项选择题（本大题共15小题，每小题3分，共45分） 2.衡量系统稳态精度的重要指标时（ C ）。 A．稳定性 B．快速性 C．准确性 D．安全性 2.火炮自动瞄准系统的输入信号是任意函数，这就要求被控量高精度地跟随给定值变化，这种控制系统叫（ C ）。 A.恒值调节系统 B.离散系统 C.随动控制系统 D.数字控制系统 3.某典型环节的传递函数是，则该环节是（ D ）。 A．积分环节 B．比例环节 C．微分环节 D．惯性环节 4. 关于传递函数，错误的说法是（ D ）。 A.传递函数只适用于线性定常系统 B.传递函数完全取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数没有影响 C.传递函数一般是为复变量s的真分式 D.闭环传递函数的零点决定了系统的稳定性 5.高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，则系统的( C )。 A．准确度越高B．准确度越低 C．响应速度越慢 D．响应速度越快 6.系统渐近线与实轴正方向夹角为（ B ）。 A、90° B、90°、270° C、270° D、无法确定 7.已知单位负反馈系统的开环传开环传递函数为，则当K为下列哪个选项时系统不稳定（ D ）。 A.5 B. 10 C. 13 D. 16 8.对于绘制根轨迹的基本法则，以下说法不正确的是（ C ）。 A.根轨迹对称于实轴 B.根轨迹的分支数等于系统的阶数 C. 根轨迹以开环零点为起点，以开环极点为终点 D. 根轨迹与虚轴相交意味着闭环特征方程出现纯虚根 9.某闭环系统的开环传递函数为，则该系统为（ D ）。 A.0型系统，开环放大系数K=8 B.0型系统，开环放大系数K=2 C.I型系统，开环放大系数K=8 D.I型系统，开环放大系数K=2 10.系统的开环传递函数如下所以，其中属于最小相位系统的是（ A ）。 11.关于线性系统稳态误差，正确的说法是( A )。 A.增加系统前向通道中的积分环节个数可以提高系统的无稳态误差的等级 B.I型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差 C.减小系统开环增益K可以减小稳态误差 D.增加积分环节可以消除稳态误差，而且不会影响系统稳定性 12.已知单位反馈系统的开环传递函数为，则根据频率特性的物理意义，该闭环系统输入信号为r(t)=sin3t 时系统的稳态输出为（ B ）。 A. 0.354sin3t B.0.354sin(3t-450) C. 0.354sin(3t+450) D.0.354sin(t-450)
洛阳理工学院 2010/2011 学年第二学期自动控制原理期末考试试题卷（B） 适用班级：B 考试日期时间：适用班级： 一、判断题。正确的打√，错误的打×。(每小题1分，共10分) 1.传递函数是线性定常系统的一种内部描述模型。（） 2.劳斯判据是判断线性定常系统稳定性的一种代数判据。（） 3.频域分析法是根据闭环系统的频率特性研究闭环系统性能的一种图解方法。( ) 4.频率响应是系统在正弦输入信号下的全部响应。（） 5.绘制系统Bode图时，低频段曲线由系统中的比例环节（放大环节）和微积分环节决定( ) 6.对于线性定常系统，若开环传递函数不包括积分和微分环节，则当0 ω=时，开环幅相特性曲线（Nyquist图）从正虚轴开始。（） 7.开环控制系统的控制器和控制对象之间只有正向作用，系统输出量不会对控制器产生任何影响。（） 8.Ⅰ型系统，当过渡过程结束后，系统对斜坡输入信号的跟踪误差为零。（） 9.控制系统分析方法中，经典控制理论的分析方法有频域分析法、根轨迹分析法、时域分析法。（） 10.已知某校正网络传递函数为 1 () 1 s G s as + = + ，当满足a>1条件时，则该校正网络为滞后校正网络。（） 二、单选题(每小题2分，共20分) 1.下述（）属于对闭环控制系统的基本要求。 （A）稳定性（B）准确性（C）快速性（D）前面三个都是 2.分析线性控制系统动态性能时，最常用的典型输入信号是（）。 （A）单位脉冲函数（B）单位阶跃函数 （C）单位斜坡函数（D）单位加速度函数 3.典型二阶系统阻尼比等于1时，称该系统处于（）状态。 （A）无阻尼（B）欠阻尼（C）临界阻尼（D）系统不稳定或临界稳定 4.稳定最小相位系统的Nyquist图，其增益（幅值）裕度（）。 （A）0 hdB<（B）0 hdB>（C）1 hdB<（D）1 hdB> 5.单位反馈控制系统的开环传递函数为 4 () (5) G s s s = + ，则系统在()2 r t t =输入作用下，其稳态误差为（）。 （A）10 4 （B） 5 4 （C） 4 5 （D）0 6.一个线性系统的稳定性取决于（）。 （A）系统的输入（B）系统本身的结构和参数
扬州大学水利与能源动力工程学院 课程实习报告 课程名称：自动控制原理及专业软件课程实习 题目名称：三阶系统分析与校正 年级专业及班级：建电1402 姓名：王杰 学号： 141504230 指导教师：许慧 评定成绩： 教师评语： 指导老师签名： 2016 年 12月 27日
一、课程实习的目的 （1）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力； （2）掌握自动控制原理的时域分析法、根轨迹法、频域分析法，以及各种校正装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标； （3）学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试； （4）学会使用硬件搭建控制系统； （5）锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力，为今后从事控制相关工作打下较好的基础。 二、课程实习任务 某系统开环传递函数 G(s)=K/s(0.1s+1）（0.2s+1） 分析系统是否满足性能指标： （1)系统响应斜坡信号r(t)=t,稳态误差小于等于0.01； （2）相角裕度y>=40度； 如不满足，试为其设计一个pid校正装置。 三、课程实习内容 （1）未校正系统的分析： 1）利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图 2）绘画根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）。 3）作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。 4）绘出系统开环传函的bode图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。 （2）利用频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算。并与Matlab计算值比较。 （3）选定合适的校正方案（串联滞后/串联超前/串联滞后-超前），理论分析并计算校正环节的参数，并确定何种装置实现。
《 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？
A 卷 一、填空题（每空 1 分，共10分） 1、 在水箱水温控制系统中，受控对象为 ，被控量为 。 2、 对自动控制的性能要求可归纳为___________、快速性和准确性三个方面， 在阶跃响应性能指标中，调节时间体现的是这三个方面中的______________，而稳态误差体现的是______________。 3、 闭环系统的根轨迹起始于开环传递函数的 ，终止于开环传递函数的 或无穷远。 4、 PID 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ，其相应的传递函数为 。 5、 香农采样定理指出：如采样器的输入信号e(t)具有有限宽带，且有直到ωh 的频率分量，则使信号e(t) 完满地从采样信号e*(t) 中恢复过来的采样周期T 要满足下列条件：________________。 二、选择题（每题 2 分，共10分） 1、 设系统的传递函数为G （S ）＝1 52512++s s ，则系统的阻尼比为（ ）。 A ．21 B ．1 C ．51 D ．25 1 2、 非单位负反馈系统，其前向通道传递函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，则从输入端定义的误差E(S)为 ( ) A 、 ()()()E S R S G S =? B 、()()()()E S R S G S H S =?? C 、()()()()E S R S G S H S =?- D 、()()()() E S R S G S H S =- 3、 伯德图中的低频段反映了系统的（ ）。 A ．稳态性能 B ．动态性能 C ．抗高频干扰能力 D ．.以上都不是 4、 已知某些系统的开环传递函数如下，属于最小相位系统的是( )。 A 、 (2)(1)K s s s -+ B 、(1)(5K s s s +-+） C 、2(1)K s s s +－ D 、(1)(2) K s s s -- 5、 已知系统的开环传递函数为 100(0.11)(5)s s ++，则该系统的开环增益为 ( )。 A 、 100 B 、1000 C 、20 D 、不能确定
B卷 2015—2016学年第1学期 《自动控制原理》 （闭卷，适用于：测控） 参考答案与评分标准
一、填空题（20分，每空1分） 1. 自动控制系统由控制器和 被控对象 组成。 2. 就控制方式而言，如果系统中不存在输出到输入的反馈，输出量不参与控制，则称为 开环控制系统 ；如果系统中存在输出到输入的反馈，输出量参与控制，则称为 闭环控制系统。 3. 设单位反馈系统的开环传递函数100 (s)H(s),(0.1s 1) G s = +试求当输入信号 (t)t r α=时，系统的稳态误差为_______ 。 4. 两个传递函数分别为1(s)G 与2(s)G 的环节，以并联方式连接，其等效传递函数 为(s),G 则(s)_____________G =。 5. 若某系统的单位脉冲响应为0.5(t)20e t g -=，则该系统的传递函数为 _______________。 6. 控制系统输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值称为传递函数。 一阶系统传递函数的标准形式为______________,二阶系统传递函数标准形式为___________________。 7. 若要求系统响应的快速性好，则闭环极点应距离虚轴越 __远__（远/近）越好。 8. 二阶系统的传递函数25 (s),25 G s s = ++则该系统是_欠_(过/欠/临界)阻尼系统。 9. 常用的三种频率特性曲线是 Nyquist 曲线（极坐标图） 、 Bode 曲线 、和 Nichols 曲线 。 10. PI 控制规律的时域表达式是_____________________，PID 控制规律的传递函数表达式是_____________________。 11. 离散控制系统的稳定性，与系统的结构和参数 有关 (有关/无关），与采样周期 有关 (有关/无关)。 12. 非线性系统常用的三种分析方法是 描述函数法 、 相平面 和逆系统方法。 12(s)G (s) G +20 0.5s +1 1 Ts +2 22 2n n n s s ω?ωω++/100α0(t)K (t)(t)dt t p p i K m e e T =+ ?1 (s)K (1s) c p i G T s τ=++
绪论 (1) 一课程设计的目的及题目 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的题目 (2) 二课程设计的任务及要求 (3) 2.1课程设计的任务 (3) 2.2课程设计的要求 (3) 三校正函数的设计 (4) 3.1理论知识 (4) 3.2设计部分 (5) 四传递函数特征根的计算 (8) 4.1校正前系统的传递函数的特征根 (8) 4.2校正后系统的传递函数的特征根 (10) 五系统动态性能的分析 (11) 5.1校正前系统的动态性能分析 (11) 5.2校正后系统的动态性能分析 (15) 六系统的根轨迹分析 (19) 6.1校正前系统的根轨迹分析 (19) 6.2校正后系统的根轨迹分析 (21) 七系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.1校正前系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.2校正后系统的奈奎斯特曲线图......... 错误!未定义书签。4 八系统的对数幅频特性及对数相频特性...... 错误!未定义书签。 8.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (25) 8.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性 (27) 总结................................... 错误!未定义书签。8 参考文献................................ 错误!未定义书签。
在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。 常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例-积分-微分）调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。
自动控制原理模拟试题6 一、简答（本题共6道小题，每题5分，共30分） 1、画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 2、通过二阶系统的根轨迹说明，增加开环零点和增加开环极点对系统根轨迹走向的影响。 3、已知某环节的频率特性曲线如下，求当x(t)=10sin5t 输入该环节的时候，系统的输出解析表达式是什么？ 4、通常希望系统的开环对数频率特性，在低频段和高频段有较大的斜率，为什么？ 5、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。 6、最小相位系统的Nyquist 图如下所示，画出图示系统对应的 Bode 图，并判断系统的稳定性。 二、改错（本题共5道小题，每题5分，共25分） 1. 微分方程的拉氏变换可以得到系统的传递函数，系统传递函数的拉氏反变换是微分方程。 2. 传递函数描述系统的固有特性。其系数和阶次都是实数，只与系统内部结构参数有关而与输入量初始条件等外部因素无关。 3. 频率法不仅研究一个系统对不同频率的正弦波输入时的响应特性，也研究系统对阶跃信号的响应特性。 4. 系统开环对数频率特性的中频段的长度对相位裕量有很大影响，中频段越长，相位裕量越小。 W k (j 40 20 - π/2 - π ?(ω)
5. Nyquist 图中()1k W j ω>的部分对应Bode 图中0dB 线以下的区段，Nyquist 图中的实 轴对应Bode 图中的π-线。 三、 设单位反馈系统的开环传递函数（本题20分） i s T s K s T K K s G m m f f 1)1(1)(0?+?+?= 输入信号为 )(1)()(t bt a t r ?+= 其中0K , m K , f K , i, f T , m T 均为正数 ，a 和b 为已知正常数。如果要求闭环系统稳 定，并且稳态误差ss e <0ε, 其中0ε>0, 试求系统各参数满足的条件。 四、试用梅逊增益公式求下图中各系统信号流图的传递函 数C(s)/R(s)。（15分） 五、（本题20分） 设单位反馈控制系统的开环传递函数 )102.0)(101.0()(++=s s s K s G 要求： (1) 画出准确根轨迹(至少校验三点，包括与虚轴交点)； (2) 确定系统的临界稳定开环增益K ｃ； （3）当一个闭环极点是－5的时候，确定此时的其他极点。 六、已知最小相位系统的对数幅频渐近特性曲线如图所示， 1） 试确定系统的开环传递函数； 2） 求解系统的相位裕量，并判断稳定性； 3）
物理科学与工程技术学院 课程设计说明书 课题名称：自动控制原理 设计题目：自动控制与检测原理 专业班级：11级自动化 学生姓名：袁 学号：1134307138
自动控制系统 为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。 自动检测 检测是指为确定产品、零件、组件、部件或原材料是否满足设计规定的 质量标准和技术要求目标值而进行的测试、测量等质量检测活动。检测有3个目标：①实际测定产品（含零、部件）的规定质量特性及其指标的量值。② 根据测得值的偏离状况，判定产品的质量水平（等级）,确定废次品。③认定测量方法的正确性和对测量活动简化是否会影响对规定特征的控制 自动检测是指在计算机控制的基础上，对系统、设备进行性能检测和故障诊断。他是性能检测、连续监测、故障检测和故障定位的总称。现代自动检测技术是计算机技术、微电子技术、测量技术、传感技术等学科共同发展的产物。凡是需要进行性能测试和故障诊断的系统、设备，均可以采用自动检测技术
课程内容——设计一个雷达天线伺服控制系统 1 雷达天线伺服控制系统简介 1.1 概述 用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。它是由若干元件和部件组成的并具有功率放大作用的一种自动控制系统。位置随动系统的输入和输出信号都是位置量，且指令位置是随机变化的，并要求输出位置能够朝着减小直至消除位置偏差的方向，及时准确地跟随指令位置的变化。位置指令与被控量可以是直线位移或角位移。随着工程技术的发展，出现了各种类型的位置随动系统。由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，并成功应用在雷达天线。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。因此可根据这个特征将它划分为两个类型，一类是模拟式随动系统，另一类是数字式随动系统。本设计——雷达天线伺服控制系统实际上就是随动系统在雷达天线上的应用。系统的原理图如图1-1 所示。
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G1(s)与G2(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G1(s)与G2(s)表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， ω， 则无阻尼自然频率= n 7 其相应的传递函数为，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++ arctan 180arctan T τωω--。 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。 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。 是指闭环传系统的性能要求可以概括为三个方面，即：稳定性、准确性和快速性，其中最基本的要求是稳定性。 2、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为()G s ，则该系统的开环传递函数为()G s 。 3、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理 论中系统数学模型有微分方程、传递函数等。 4、判断一个闭环线性控制系统是否稳定，可采用劳思判据、根轨迹、奈奎斯特判据等方法。
目录 设计任务 (3) 设计要求 (3) 设计步骤 (3) 未校正前系统的性能分析 (3) 1.1开环增益 K (3) 1.2校正前系统的各种波形图 (4) 1.3由图可知校正前系统的频域性能指标 (7) 1.4特征根 (7) 1.5判断系统稳定性 (7) 1.6分析三种曲线的关系 (7) 1.7求出系统校正前动态性能指标及稳态误差 (7) 1.8绘制系统校正前的根轨迹图 (7) 1.9绘制系统校正前的Nyquist图 (9) 校正后的系统的性能分析 (10) 2.1滞后超前校正 (10) 2.2校正前系统的各种波形图 (11) 2.3由图可知校正前系统的频域性能指标 (15) 2.4特征根 (15) 2.5判断系统稳定性 (15) 2.6分析三种曲线的关系 (15) 2.7求出系统校正前动态性能指标及稳态误差 (15) 2.8绘制系统校正前的根轨迹图和Nyquist图 (16) 心得体会 (18) 主要参考文献 (18)
一、设计任务 已知单位负反馈系统的开环传递函数0 ()(0.11)(0.011) K G S S S S =++，试用频率 法设计串联滞后——超前校正装置。 （1）使系统的相位裕度045γ> （2）静态速度误差系数250/v K rad s ≥ （3）幅值穿越频率30/C rad s ω≥ 二、设计要求 （1）首先，根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正，使其满足工作要求。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数T ，α等的值。 （2）利用MATLAB 函数求出校正前与校正后系统的特征根，并判断其系统是否稳定，为什么? （3）利用MATLAB 作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系？求出系统校正前与校正后的 动态性能指标σ%、tr 、tp 、ts 以及稳态误差的值，并分析其有何变化？ （4）绘制系统校正前与校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇合点及与虚轴交 点的坐标和相应点的增益K *值，得出系统稳定时增益K * 的变化范围。绘制系统校正前与校正后的Nyquist 图，判断系统的稳定性，并说明理由？ （5）绘制系统校正前与校正后的Bode 图，计算系统的幅值裕量，相位裕量，幅值穿越频率和相位穿越频率。判断系统的稳定性，并说明理由？ 三、设计步骤 开环传递函数0 ()(0.11)(0.011) K G S S S S = ++ 1、未校正前系统的性能分析 1.1开环增益0K 已知系统中只有一个积分环节，所以属于I 型系统 由静态速度误差系数 250/v K rad s ≥ 可选取 v K =600rad/s s rad K S S S K S S H S SG K s s V /600) 101.0)(11.0(lim )()(lim 00 ==++==→→
学习中心 姓 名 学 号 西安电子科技大学网络与继续教育学院 《自动控制原理》模拟试题一 一、简答题（共25分） 1、简述闭环系统的特点，并绘制闭环系统的结构框图。( 8分) 2、简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。( 10分) 3、串联校正的特点及其分类( 7分) 二、已知某单位负反馈系统的开环传递函数为) 42()(2++=s s s K s G K ，试确定使系 统产生持续振荡的K 值，并求振荡频率ω。( 15分) 三、设某系统的结构及其单位阶跃响应如图所示。试确定系统参数,1K 2K 和a 。( 15分) 四、某最小相角系统的开环对数幅频特性如图示。要求（20分） 1）写出系统开环传递函数； 2）利用相角裕度判断系统的稳定性； 3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。 五、设单位反馈系统的开环传递函数为 ) 1()(+= s s K s G 试设计一串联超前校正装置，使系统满足如下指标：（25分） （1）在单位斜坡输入下的稳态误差151 模拟试题一参考答案： 一、简答题 1、简述闭环系统的特点，并绘制闭环系统的结构框图。 解： 闭环系统的结构框图如图： 闭环系统的特点： 闭环控制系统的最大特点是检测偏差、 纠正偏差。 1) 由于增加了反馈通道, 系统的控制精度得到了提高。 2) 由于存在系统的反馈, 可以较好地抑制系统各环节中可能存在的扰动和由于器件的老化而引起的结构和参数的不确定性。 3) 反馈环节的存在可以较好地改善系统的动态性能。 2、简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 解： 3、串联校正的特点及其分类 答：串联校正简单, 较易实现。设于前向通道中能量低的位置，减少功耗。主要形式有相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正。 二、已知某单位负反馈系统的开环传递函数为) 42()(2 ++=s s s K s G K ，试确定使系统产生持续振荡的K 值，并求振荡频率ω。
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