∑??=i i i s s Q s H )()(1)(zidpngkongzhi
1 闭环系统（或反馈系统）的特征：采用负反馈，系统的被控变量对控制作用有直接影响，即被控变量对自己有控制作用 。
2 典型闭环系统的功能框图。
自动控制 在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程按照预定的规律运行。 自动控制系统 由控制器和被控对象组成，能够实现自动控制任务的系统。 被控制量 在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量。
控制量 作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星．也称控制输入。
扰动量 干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量，也称扰动输入或干扰掐入。
反馈 通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端，与输入信号相比较。反送到输入端的信号称为反馈信号。 负反馈 反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号。
负反馈控制原理 检测偏差用以消除偏差。将系统的输出信号引回插入端，与输入信号相减，形成偏差信号。然后根据偏差信号产生相应的控制作用，力图消除或减少偏差的过程。 开环控制系统 系统的输入和输出之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。开环控制又分为无扰动补偿和有扰动补偿两种。
闭环控制系统 凡是系统输出端与输入端存在反馈回路，即输出量对控制作用有直接影响的系统，叫作闭环控制系统。 自动控制原理课程中所讨论的主要是闭环负反馈控制系统。
复合控制系统 复合控制系统是一种将开环控制和闭环控制结合在一起的控制系统。它在闭环控制的基础上，用开环方式提供一个控制输入信号或扰动输入信号的顺馈通道，用以提高系统的精度。
自动控制系统组成 闭环负反馈控制系统的典型结构如图1．2所示。组成一个自动控制系统通常包括以下基本元件 ．给定元件 给出与被控制量希望位相对应的控制输入信号(给定信号)，这个控制输入信号的量纲要与主反馈信号的量纲相同。
给定元件通常不在闭环回路中。2．测量元件 测量元件也叫传感器，用于测量被控制量，产生与被控制量有一定函数关系的信号。被控制量成比例或与其导数成比例的信号。测量元件的精度直接影响控制系统的精度应使测量元件的精度高于系统的精度，还要有足够宽的频带。3．比较无件 用于比较控制量和反馈量并产生偏差信号。电桥、运算放大器可作为电信号的比较元件。有些比较元件与测量元件是结合在一起的，如测角位移的旋转变压器和自整
角机等。4．放大元件 对信号进行幅值或功率的放大，以及信号形式的变换．如交流变直流的相敏整流或直流变交流的相敏调制。5．执行元件 用于操纵被控对象，如机械位移系统中的电动机、液压伺服马达、温度控制系统中的加热装置。执行元件的选择应具有足够大的功率和足够宽的频带。6．校正元件 用于改善系统的动态和稳态性能。根据被控对象特点和性能指标的要求而设计。校正元件串联在由偏差信号到被控制信号间的前向通道中的称为串联校正；校正元件在反馈回路中的称为反馈校正。7．被控对象 控制系统所要控制的对象，例如水箱水位控制系统中的水箱、房间温度控制系统中的房间、火炮随动系统中的火炮、电动机转速控制系统中电机所带的负载等。设计控制系统时，认为被控对象是不可改变的，它的输出即为控制系统的被控制量。8．能源元件 为控制系统提供能源的元件，在方框图中通常不画出。
对控制系统的基本要求1．稳定性 稳定性是系统正常工作的必要条件。2．准确性 要求过渡过程结束后，系统的稳态精度比较高，稳态误差比较小．或者对某种典型输入信号的稳态误差为零。3．快速性 系统的响应速度快、过渡过程时间短、超调量小。系统的稳定性足够好、频带足够宽，才可能实现快速性的要求。
第一章：1、建立系统的微分方程，绘制动态框图并求传递函数。3、传递函数 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称为传递函数。传递函数的概念适用于线性定常单输入、单输出系统。求传递函数通常有两种方法：对系统的微分方程取拉氏变换，或化简系统的动态方框图。对于由电阻、电感、电容元件组成的电气网络，一般采用运算阻抗的方法求传递函数。4、结构图的变换与化简 化简方框图是求传递函数的常用方法。对方框图进行变换和化简时要遵循等效原则：对任一环节进行变换时，变换前后该环节的输人量、输出量及其相互关系应保持不变。化简方框图的主要方法就是将串联环节、并联环节和基本反馈环节用一个等效环节代替。化简方框图的关键是解除交叉结
构，即移动分支点或相加点，使被简化的环节中不存在与外部直接相连的分支点和相加点。5、利用梅森(Mason)公式求传递函数。
)(s Q i 第i 条前向通路传递函数的乘积。?流图的特征式= 1 - 所有回路传递函数乘积之和+每两个互不接触回路传递函数乘
积之和-每三个 (1)
∑∑∑-+b
c
c
b
a
a
L
L L ..........条前向通路接触的回路中处除去与第从余子式i ,??i
第三章：1、一阶系统对典型输入信号的输出响应。（单位）阶跃函数（Step function ）0,)(1≥t t ;（单位）斜坡函数（Ramp
t
Mp 超调量
允许误差
10.90.50.1t r
t p
t s
图3-2表示性能指标td,tr,tp,Mp 和ts 的单位阶跃响应曲线
t d
h(t)
0.02或0.05
)
(∞h )(∞h )
(∞h )(∞h %
100)
()()(%?∞∞-=
h h t h p σ图3-4指数
响应曲线
1
63.2%
86.5%
95%
98.2%
99.3%
T
2T 3T
4T
5T
0.632
t
c (t)=1-e
c (t)
2
2
2
2)(n n n
w s w s w s ++=ξφ0<ξ10<<ξ1=ξ1
>ξ0=ξfunction ）速度 0,≥t t ;（单位）加速度函数（Acceleration function ）抛物线
0,2
12
≥t t ;（单位）脉冲函数（Impulse function ） 0,)(=t t δ;正弦函数（Simusoidal function ）Asinut ，当输入作用具有周期性变化时。
2、动态性能指标： 1.延迟时间d t ：（Delay Time ）响应曲线第一次达到稳态值的一半所需的时间，叫延迟时间。
2.上升时间:r t （Rise Time ）响应曲线从稳态值的10%上升到90%，
所需的时间。〔5%上升到95%，或从0上升到100%，对于欠阻尼二阶系统，通常采用0～100%的上升时间，对于过阻尼系统，通常采用10～90%的上升时间〕，上升时间越短，响应速度越快。 3.峰值时间p t （Peak Time ）：响应曲线达到过调量的第一个峰值所需要的时间。
4.调节时间:s t （Settling Time ）：在响应曲线的稳态线上，用稳
态值的百分数（通常取5%或2%）作一个允许误差范围，响应曲线达到并永远保持在这一允许误差范围内，所需的时间。 5.最大超调量:p M （Maximum Overshoot ）：指响应的最大偏离量h(tp)于终值)(∞h 之差的百分比，即%σ
13- r t 或p t 评价系统的响应速度；s t 同时反映响应速度和阻尼程度的综合性指标。
%σ评价系统的阻尼程度。
3、一阶系统的时域分析
单位阶跃响应 单位阶跃函数的拉氏变换为S s R 1)(=，则系统的输出由式为 1
1
1111)()()(+-=?+==TS S S TS s R s s C φ
对上式取拉氏反变换，得
T
t
e
t c -
-=1)( 0≥t （3-4）
注：R(s)的极点形成系统响应的稳态分量。
响应曲线在0≥t 时的斜率为T
1
，如果系统输出响应的速度恒
为T
1
，则只要t ＝T 时，输出c(t)就能达到其终值。如图3-4所
示。
由于c(t)的终值为1，因而系统阶跃输入时的稳态误差为零。 动态性能指标：
T t d 69.0=T t r 20.2=误差带）%5(3T t s =％不存在和σp t
4、二阶系统时间响应及其动态性能指标计算。
典型传递函数
二阶系统的单位阶跃响应
两个正实部的特征根 不稳定系统
闭环极点为共扼复根，位于右半S 平面，这时的系统叫做欠阻尼系统
为两个相等的根,临界阻尼系统 两个不相等的根，过阻尼系统
虚轴上，瞬态响应变为等幅振荡，无阻尼系统
n
d t ωξξ2
2.06.01++=
1
0<<ξd
t 欠阻尼情况 二阶系统一般取7.0,8.0~4.0=ξ 。其它的动态性能指标，有的可用n ωξ和精确表示，如p p r M t t ,,,有的很难用n ωξ和准确表示，如s d t t ,,可采用近似算法。当01<<ξ时，特征根
s 1.2=2
1ξ
ξ-±-n n jw w ,
22
1,1arctan
ξξ
ξθ-=-=n d w w
⑴ 时，亦可用n
d t ωξ
7.01+=
⑵r t （上升时间）
d
r t ωβ
π-=
ξ
一定，即β一定，↓↑→→r t n ω ,响应速度越快
⑶)(峰值时间p t
d
p t ωπ
=
↓→↑p t 距离越远）（闭环极点力负实轴的一定时，n ωξ
⑷ 的计算，超调量p M or %σ
超调量在峰值时间发生，故)(p t h 即为最大输出
%100%100)
()
()(%2
1?=?∞∞-=
--
ξπξσe h h t h p
⑸调节时间S t 的计算 选取误差带
n
S n
S t t ξωξω5
.35
.305
.0=
≤
=?
n
S n
S t t ξωξω5
.45
.402
.0=
≤
=?
当ξ较小 4.0≤ξ
)
02.0(4
)
05.0(3
=?=
=?=
n
S n
S t t ξωξω
系统的单位阶跃响应为
C(t)=1-
)sin(112
θξξ+--t w e d t w n
动态性能指标计算公式为 上升时间 2
1ξ
θ
πθ
π--=
-=
n d
r w w t
峰值时间 d n d
p T w w t 2
112
=--=
=
ξθ
ππ
其中T d 是有阻尼振荡周期，且T d =
d d
d f w f ,21π=是有阻尼振荡频率。 超调量
%1002
1?=--
ξξπ
δe
p
调整时间 )02.0(4)05.0(3=?==?=
n
s n s w t w t ξξ或 振荡次数 N=p d s T t δπξξln 5.115.12-=-= （?=0.05） 或 N=p
d s T t δπξξln 2122-=-= （?=0.02） 5、系统稳定性分析
特征根必须全部分布在S 平面的左半部，即具有负实部。已知系统的特征方程时，可采用Routh 稳定判据或Hurwitz 稳定判据判定系统的稳定性。特征多项式各项系数均大于零(或同符号)是系统稳定的必要条件。
Routh 判据：由特征方程各项系数列出Routh 表，如果表中第一列各项严格为正，则系统稳定；第一列出现负数，则系统不稳定，且第一列各项数值符号改变的次数就是正实部特征根的数目。
Hurwitz 判据：由特征方程各项系数构成的各阶Hurwitz 行列式全部为正，则系统稳定。劳斯稳定判据是根据所列劳斯表第一列系数符号的变化，去判别特征方程式根在S 平面上的具体分布，过程如下：
① 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。
② 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。
在应用劳斯判据时，有可能会碰到以下两种特殊情况。
·劳斯表某一行中的第一项等于零，而该行的其余各项不等于零或没有余项，这种情况的出现使劳斯表无法继续往下排列。解决的办法是以一个很小的正数ε来代替为零的这项，据此算出其余的各项，完成劳斯表的排列。 ·劳斯表中出现全零行
则表示相应方程中含有一些大小相等符号相反的实根或共轭虚根。这种情况，可利用系数全为零行的上一行系数构造一个辅助多项式，并以这个辅助多项式导数的系数来代替表中系数为全零的行。完成劳斯表的排列。
6、稳态误差的计算
令系统开环传递函数为m n s T s s K s H s G j n j i m
i ≥++=
∏∏-==,)1()1()()(1
1ν
ν
τ
)
(22100
:复合系统不会碰到。系统在控制工程中一般种类型的
很难使之稳定，所以这型以上的系统，实际上时，型系统型系统
型系统节数为系统中含有的积分环II >??
?
??II =I ==ννννν
)
663()
()(lim 0
-=→s R s H K s p
)
683(lim
)()(lim 1
00-==-→→νS K
s G s SH K s s v
)
703(lim )()(lim 2
020-==-→→v s s a S K
s H s G S K
误差系数 类型 静态位置误差系数 p
K
速度 v K
加速度 a K
0型 K 0 0 Ⅰ型 ∞ K 0 Ⅱ型 ∞
∞
K
ss e
输入 类型
0)(R t r =
t v t
r 0)(=
2021)(t a t r =
0型
K R +10
∞
∞
Ⅰ型
K v 0
∞
Ⅱ型 0
K a 0
第二章：知识点
1、根轨迹中，开环传递函数G （s ）H(s)的标准形式是
2、根轨迹方程是
．
相角条件：绘制根轨迹的充要条件
幅值条件：
3、根轨迹法的绘制规则。
4、能用根轨迹法分析系统的主要性能，掌握闭环主导极点与动态性能指标之间的关系。能定性分析闭环主导极点以外的零、极点对动态性能的影响。
第三章：知识点
1、频率特性基本概念和其几何表示法。 频率特性的定义如下：
稳定的线性定常系统，其对正弦函数输入的稳态响应，称为频率响应。输出与输入的振幅比，称为系统的幅频特性。它描述了系统对不同频率的正弦函数输入信号在稳态情况下的衰减(或放大)特性；输出与输入的相位差，称为系统的相频特性。相频特性描述了系统的稳态输出对不同频率的正弦输入信号在相应上产生的相角迟后（对应?（ω）〈 0〉或相角超前（对应
0)(>ω?）的特性；幅频特性及相频特性，或者说，在正弦输入下，线性定常系数或环节、其输出的稳态分量的复数比、称
为系统或环节的频率特性，记为)(ωj Φ，用式子表示
频率特性与传递函数间的关系
)(s j Φ=Φ）（ω ωj s =
图形表示法
工程上常用图形来表示频率特性，常用的有
1． 极坐标图 也称奈斯特(Nyquist)图、幅相频率特性图
2．伯德(Rode)图 伯德图又称为数频率特性图、它由两张图组成：—张是对数幅频图，另一张是对数相频图，两张图的横向坐标相同，表示频率ω
2、典型环节的频率特性和开环系统的典型环节分解及其频率特征曲线的绘制。
3、系统开环频率特性绘制 极坐标图
Re Im
=ωω
∞
型系统
0型系统
1型系统
2∞0
ω
ω
ω
Re
∞
=ω0
1
=-m n 2
=-m n 3
=-m n
伯德图
4、奈奎斯特稳定判据
这一判据可表示为：P R Z +=
=Z 函数)()(1)(s G s H s F +=在右半s 平面内的零点数 =R 对-1+j0点顺时针包围的次数
=P 函数)()(s G s H 在右半s 平面内的极点数
如果P 不等于零，对于稳定的控制系统，必须0=Z 或P R -=，这意味着必须反时针方向包围-1+j0点P 次。
如果函数)()(s G s H 在右半s 平面内无任何极点，则R Z =。因此，为了保证系统稳定，)()(ωωj H j G 的轨迹必须不包围-1+j0点。
伯德图 设N 为对数幅频特性曲线在0dB 以上的频段内，对数相频特性对-180度线正.负穿越次数之差，则z=P-2N.z=0时闭环系统稳定。
5、 稳定裕度
1.）稳定裕度相角裕度为 )()(180c c j H j G ωωγ+?=
2.）幅值裕度为)
()(1
x x j H j G h ωω=
6、闭环系统频域性能指标和时域指标的转换。 自测题
第一章 自动控制的一般概念
1．自动控制是在人不直接 的情况下，利用外部装置使被控对象的某个参数（被控量）按 的要求变化。 2．由被控 和自动 按一定的方式连接起来，完成一定的自动控制任务，并具有预定性能的动力学系统，称为自动控制系统。
3．闭环控制系统的特点是：在控制器与被控对象之间不仅有正向控制作用，而且还有 控制作用。此种系统 高，但稳定性较差。
4．开环控制系统的特点是：在控制器与被控对象之间只有 作用，没有反馈控制作用。此种系统 低，但稳定性较高。
5．在经典控制理论中，广泛使用的分析方法有__________和__________。
6．温度控制系统是一种 控制系统，一般对系统的 指标要求比较严格。 7．对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：________、快速性和________。 8．火炮跟踪系统是一种 控制系统，一般对系统的 指标要求较高。 9．反馈控制系统是根据给定值和__________的偏差进行调节的控制系统。 第二章 自动控制的数学模型
1．数学模型的形式很多，常用的有微分方程、_____________和状态方程等。
2．线性定常系统的传递函数，是在__________条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。
3．传递函数只取决于系统的 参数，与外作用无关。
4．根据欧拉公式和拉普拉斯变换的线性法则，可以示出的拉氏变换为 ，的拉氏变换为 。 5．根据拉普拉斯变换的定义，单位斜坡函数t 的拉普拉斯变换为 ，指数函数的拉普拉斯变换为 。
6．二阶振荡环节的标准传递函数是 。
7．多个环节的并联连接，其等效传递函数等于各环节传递函数的________。 8．正弦函数sin ωt 的拉氏变换为__________。函数的拉氏变换为__________。 9．利用__________公式可以根据复杂的信号流图直接求出系统总的传递函数。
10．比较点从输入端移到输出端，“加倒数”；引出点从输入端移到输出端，“加本身”。（ ） 11．比较点从输出端移到输入端，“加本身”；引出点从输出端移到输入端，“加倒数”。（ ） 12．梅逊公式可用来求系统的输入量到系统中任何内部变量的传递函数。（ ） 13．梅逊公式可用来求系统任意两个内部变量C1(s)到C2(s)之间的传递函数。（ ）
13．正弦函数sin 的拉氏变换是（ ）
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？（ ） 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．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（ ） A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节 16．对复杂的信号流图直接求出系统的传递函数可以采用( )
A.终值定理
B.初值定理
C.梅森公式
D.方框图变换 17．采用系统的输入、输出微分方程对系统进行数学描述是（ ） A.系统各变量的动态描述 B.系统的外部描述
C.系统的内部描述
D.系统的内部和外部描述 18．拉氏变换将时间函数变换成（ ） A ．正弦函数 B ．单位阶跃函数 C ．单位脉冲函数 D ．复变函数
19．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下（ ）
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
20．方框图化简时，并联连接方框总的输出量为各方框输出量的（ ） A ．乘积 B ．代数和 C ．加权平均 D ．平均值 21．由电子线路构成的控制器如图，它是（ ）
A ． PI 控制器
B ． PD 控制器
C ． PI
D 控制器 D ． P 控制器
22．PID 控制器的传递函数形式是（ ）
A ．5+3s
B ．5+3/s
C ．5+3s+3/s
D ．5+1/(s+1) 23．PID 控制器中，积分控制的作用是（ ）
A ．克服对象的延迟和惯性
B ．能使控制过程为无差控制
C ．减少控制过程的动态偏差
D ．使过程较快达到稳定 24．终值定理的数学表达式为（ ）
A ．
B ．
C ．
D ． ω
+s A 1.
2
2.
ωω+s B 2
2.
ω+s s C 2
21.
ω+s D )
(lim )(lim )(0s X t x x s t →∞→==∞)(lim )(lim )(s X t x x s t ∞→∞→==∞)(lim )(lim )(0s sX t x x x t ∞→→==∞)(lim )(lim )(0
s sX t x x s t →∞→==∞
25．梅森公式为（ ）
A ．
B ．
C ． 26．函数 的拉氏变换是（ ）
[例1]．求出下图所示电路的传递函数、比例系数和时间常数。
[例2]．求出下图所示电路的传递函数、比例系数和时间常数。
[例3]．求出下图所示电路的传递函数、分度系数和时间常数。 解：应用复阻抗法得
[例4]．求出下图所示电路的传递函数、分度系数和时间常数。
第三章 时域分析法 三、自测题
1．线性定常系统的响应曲线仅取决于输入信号的______________和系统的特性，与输入信号施加的时间无关。 2．一阶系统1/（TS+1）的单位阶跃响应为 。
3．二阶系统两个重要参数是 ，系统的输出响应特性完全由这两个参数来描述。
4．二阶系统的主要指标有超调量MP%、调节时间ts 和稳态输出C(∞)，其中MP%和ts 是系统的 指标，C(∞)是系统的 指标。
5．在单位斜坡输入信号的作用下，0型系统的稳态误差ess=__________。 6．时域动态指标主要有上升时间、峰值时间、最大超调量和__________。 7．线性系统稳定性是系统__________特性，与系统的__________无关。 8．时域性能指标中所定义的最大超调量Mp 的数学表达式是__________。 9．系统输出响应的稳态值与___________之间的偏差称为稳态误差ess 。
22)(1
ω++a s 2
2)(ωω
++a s A 、
22)(ω++a s a
2
2)(ω+++a s a s ∑=?n
k k k p 1∑=??n k k k p 11∑=??n k k 1
1∑??
k
k p 1
D 、t e at ωcos -
10．二阶系统的阻尼比ξ在______范围时，响应曲线为非周期过程。 11．在单位斜坡输入信号作用下，Ⅱ型系统的稳态误差ess=______。 12．响应曲线达到过调量的________所需的时间，称为峰值时间tp 。 13．在单位斜坡输入信号作用下，I 型系统的稳态误差ess=__________。
14．二阶闭环控制系统稳定的充分必要条件是该系统的特征多项式的系数_____________。 15．引入附加零点，可以改善系统的_____________性能。
16．如果增加系统开环传递函数中积分环节的个数，则闭环系统的稳态精度将提高，相对稳定性将________________。 17．为了便于求解和研究控制系统的输出响应，输入信号一般采用__________输入信号。 18．当系统的输入具有突变性质时，可选择阶跃函数为典型输入信号。（ ） 19．暂态响应是指当时间t 趋于无穷大时，系统的输出状态。（ ） 20．在欠阻尼0＜δ＜1情况下工作时，若δ过小，则超调量大。（ ） 21．远离虚轴的极点对系统的影响很小。（ ）
22．当系统的输入是随时间增长变化时，可选择斜坡函数为典型输入信号。（ ） 23．稳态响应是指系统从刚加入输入信号后，到系统输出量达到稳定值前（ ） 24．闭环系统稳定的充要条件是系统所有特征根必须位于S 平面的左半平（ ） 25．若要求系统快速性好，则闭环极点应靠近虚轴。（ ）
1．控制系统的上升时间tr 、调整时间ts 等反映出系统的( ) A.相对稳定性 B.绝对稳定 C.快速性 D.平稳性 2．时域分析中最常用的典型输入信号是（ ） A.脉冲函数 B.斜坡函数 C.阶跃函数 D.正弦函数
3．一阶系统G(s)=K/(TS+1)的放大系数K 愈小，则系统的输出响应的稳态值（ ） A.不变 B.不定 C.愈小 D.愈大
4．一阶系统G(s)= K/(TS+1)的时间常数T 越大，则系统的输出响应达到稳态值的时间( ) A ．越长 B ．越短 C ．不变 D ．不定
5．二阶系统当0<δ<1时，如果增加δ，则输出响应的最大超调量将Mp （ ） A.增加 B.减小 C.不变 D.不定
6．当二阶系统特征方程的根为具有负实部的复数根时，系统的阻尼比为（ ） A ．δ<0 B ．δ＝0 C ．0<δ<1 D ．δ≥1
7．已知单位反馈控制系统在阶跃函数作用下，稳态误差ess 为常数，则此系统为（ ） A ．0型系统 B ．I 型系统 C ．Ⅱ型系统 D ．Ⅲ型系统
8．若一系统的特征方程式为(s+1)2(s －2)2+3＝0，则此系统是（ ） A ．稳定的 B ．临界稳定的 C ．不稳定的 D ．条件稳定的
9．一般讲，如果开环系统增加积分环节，则其闭环系统的相对稳定性将( )
A.变好
B.变坏
C.不变
D.不定 10．控制系统的稳态误差ess 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
11．已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为 ， 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
12．下列判别系统稳定性的方法中，哪一个是在频域里判别系统稳定性的判据（ ） A.劳斯判据 B.赫尔维茨判据 C.奈奎斯特判据 D.根轨迹法
13．已知系统的特征方程为(s+1)(s+2)(s+3)=s+4，则此系统的稳定性为（ ） A ．稳定 B ．临界稳定 C ．不稳定 D ．无法判断 14．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( ) A ．代数方程 B ．特征方程 C ．差分方程 D ．状态方程
15．设一单位反馈控制系统的开环传递函数为G0(s)= ，要求KV=20，则K=( )
A ．10
B ．20
C ．30
D ．40
16．设G (s )H (s )= ，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 17．过阻尼系统的动态性能指标是调整时间ts 和( )
)5)(1()1(10)(+-+=
s s s s s G )2(4+s s K )5)(2()10(+++s s s k
))(()
(2
11p s p s z s K +++A ．峰值时间tp B ．最大超调量Mp C ．上升时间tr D ．衰减比Mp ／Mp ′
18．设控制系统的开环传递函数为G(s)= ，该系统为( )
A ．0型系统
B ．1型系统
C ．2型系统
D ．3型系统
[例1]已知系统的结构如下图所示，单位阶跃响应的超调量σ%=16.3%，峰值时间tp=1s 。试求：
(1)开环传递函数G(s)；(2)闭环传递函数Φ(s)；
10s(s+1)τs
k
R(s)
C(s)
(3)根据已知性能指标Mp%、 tp 确定参数K 及τ； (4)计算等速输入（恒速值R=1.5）时系统的稳态误差。 [例2]已知控制系统的结构如下图所示。
（1）当b=0时，试确定单位阶跃输入时系统的阻尼系数、自然频率、最大超调量，以及由单位斜波输入所引起的稳态误差。
（2）确定系统的阻尼比等于0.8时的速度反馈常数b 的值，并确定在单位输入时的最大超调量和单位斜波输入所引起的稳态误差。
（3）怎样使第（2）问的δ=0.8保持不变而使其稳态误差等于第（1）问的稳态误差值？
16
s(s+4)
R(s)
C(s)
b s
E(s)
（3）怎样使第（2）问的δ=0.8保持不变而使其稳态误差等于第（1）问的稳态误差值？
用比例加微分串联校正可以达到目的，如上图所示。 第四章 根轨迹法
1．若根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间，则这两个极点之间必定存在 点。 2．根轨迹图必对称于根平面的__________。
3．如果实轴上某一段右边的开环实数零点、极点总个数为_____________，则这一段就是根轨迹的一部分。
4已知-2+j 0点在开环传递函数为G(s)H(s)= 的系统的根轨迹上，则该点对应的k 值为_________________。
5．确定根轨迹大致走向，用以下哪个条件一般就够了?( )
A.特征方程
B.幅角条件
C.幅值条件
D.幅值条件+幅角条件 6．计算根轨迹渐近线倾角的公式为（ ）
A . B. C. D.
7．根轨迹渐近线与实轴的交点公式为( )
A. B. C. D. 8．开环传递函数G(s)H(s)=其中p2>z1>p1>0，则实轴上的根轨迹为（ ）
A.（-∞，-p2],[-z1,-p1]
B.(- ∞,-p2]
C.[-p1,+ ∞)
D.[-z1,-p1] 9．实轴上根轨迹右端的开环实数零点、极点的个数之和为（ ）
A ．零
B ．大于零
C ．奇数
D ．偶数 10．当二阶系统的根分布在右半根平面时，系统的阻尼比ξ为（ ） A ．ξ<0 B ．ξ=0 C ．0<ξ 1 D ．ξ>1
11．当二阶系统的根分布在根平面的虚轴上时，系统的阻尼比为（ ）
)2)(1(10++s s s )204)(4(2
+++s s s s k m n )12(++=π?l m n )12(-+-=π?l m n )12(++=π?l m
n )12(-+=π?l m n Z P m i i n j j ++∑
∑==11n
m Z P m
i i
n j j --∑
∑==1
1m n P Z n j j m i i --∑∑==11m n Z P m
i i n j j --∑
∑==1
1
A ．ξ<0
B ．ξ=0
C ．0<ξ<1
D ．ξ≥1
12．开环传递函数为 , 其根轨迹的起点为( )
A ．0，-3
B ．-1，-2
C ．0，-6
D ．-2，-4
13．开环传递函数为 ，则根轨迹上的点为( )
A ．-6+j
B ．-3+j
C ．-j
D ．j
14．设开环传递函数为G(s)H(s)＝ ， 其根轨迹渐近线与实轴的交点为（ ）
A ．0
B ．－1
C ．－2
D ．－3
15．开环传递函数为 的根轨迹的弯曲部分轨迹是（ ）
A ．半圆
B ．整圆
C ．抛物线
D ．不规则曲线 16.、开环传递函数为 ，其根轨迹渐近线与实轴的交点为（ ）
A ．-5/3
B ．-3/5
C ．3/5
D ．5/3
17．设开环传递函数为G(s)= ，在根轨迹的分离点处，其对应的k 值应为（ ）
A ．1/4
B ．1/2
C ．1
D ．4 第五章 频率分析法
1．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__________。 2．积分环节的幅相频率特性图为 ；而微分环节的幅相频率特性图为 。
3．一阶惯性环节G(s)=1/(1+T s) 的相频特性为ψ(ω)=__ _____________，比例微分环节G(s)=1+T s 的相频特性为ψ(ω)=_____ __________。
4．常用的频率特性图示方法有极坐标图示法和__________图示法。 5．频率特性的极坐标图又称_____________图。
6．利用代数方法判别闭环控制系统稳定性的方法有____________和赫尔维茨判据两种。 7．设系统的频率特性为，则称为 。
8．ω从0变化到+∞时，惯性环节的频率特性极坐标图在___________象限，形状为___________圆。 9．频率特性可以由微分方程或传递函数求得，还可以用___________方法测定。 10．0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为______dB/dec ，高度为20lgKp 。 11．型系统极坐标图的奈氏曲线的起点是在相角为______的无限远处。
12．积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线，直线的斜率为_______dB ／dec 。
13．惯性环节G(s)＝1/(Ts+1)的对数幅频渐近特性在高频段范围内是一条斜率为－20dB ／dec ，且与ω轴相交于ω＝_______________的渐近线。
14．设积分环节的传递函数为G(s)=K/s ，则其频率特性幅值M(ω)=（ ）A. K/ω B. K/ω2 C.1/ω D. 1/ω2 15．ω从0变化到+∞时，迟延环节频率特性极坐标图为（ ）A.圆 B.半圆 C.椭圆 D.双曲线 16．二阶振荡环节的相频特性ψ(ω)，当时ω→ ∞ ，其相位移ψ(ω)为( ) A ．-270° B ．-180° C ．-90° D ．0°
17．某校正环节传递函数Gc(s)= ，则其频率特性的奈氏图终点坐标为（ ） A.(0,j0) B.(1,j0) C.(1,j1) D.(10,j0)
18．利用奈奎斯特图可以分析闭环控制系统的（ ）A.稳态性能B.动态性能 C.稳态和动态性能 D.抗扰性能 19．若某系统的传递函数为G(s)= K/(Ts+1) ，则其频率特性的实部R(ω)是（ ）
A ．
B ．-
C ．
D ．-
20．设某系统开环传递函数为G(s)= ，则其频率特性奈氏图起点坐标为( )
)35.0()
25.0)(15.0()(+++=
s s s k s G )6()(+=
s s K s G )
3)(2()
1(+++s s s s k )
2()
5()()(++=s s s k s H s G )
106)(1()()(2++-=s s s k
s H s G )
1(+s s k
1101100++s s 221T K ω+2
21T K
ω+T K ω+1T K ω+1)
1)(10(102+++s s s
A ．(-10，j0)
B ．(-1，j0)
C ．(1，j0)
D ．(10，j0)
21．设微分环节的频率特性为G(j ω) ，当频率ω从0变化至∞时，其极坐标平面上的奈氏曲线是（ ） A ．正虚轴 B ．负虚轴 C ．正实轴 D ．负实轴
22．设某系统的传递函数G(s)=10/(s+1)，则其频率特性的实部（ ）
A ．
B ．
C ． D.
23．设惯性环节的频率特性为G(j ω)=10/(j ω+1) ，当频率ω从0变化至∞时，则其幅相频率特性曲线是一个半圆，位于极坐标平面的（ ）A ．第一象限 B ．第二象限 C ．第三象限 D ．第四象限
20．设某系统开环传递函数为G(s)= ，则其频率特性奈氏图起点坐标为( )
A ．(-10，j0)
B ．(-1，j0)
C ．(1，j0)
D ．(10，j0)
21．设微分环节的频率特性为G(j ω) ，当频率ω从0变化至∞时，其极坐标平面上的奈氏曲线是（ ） A ．正虚轴 B ．负虚轴 C ．正实轴 D ．负实轴
22．设某系统的传递函数G(s)=10/(s+1)，则其频率特性的实部（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
23．设惯性环节的频率特性为G(j ω)=10/(j ω+1) ，当频率ω从0变化至∞时，则其幅相频率特性曲线是一个半圆，位于极坐标平面的（ ）A ．第一象限 B ．第二象限 C ．第三象限 D ．第四象限 24．2型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率为（ ）
A ．－60d
B ／dec B ．－40dB ／dec
C ．－20dB ／dec
D ．0dB ／dec 25．1型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为（ ） A.-40(dB/dec) B.-20(dB/dec)C.0(dB/dec) D.+20(dB/dec)
26．已知某单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)＝ ，则相位裕量γ的值为（ ） A ．30° B ．45° C ．60° D ．90°
27．设二阶振荡环节的传递函数G （s ）= ，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
28．设某闭环传递函数为 ，则其频带宽度为（ ）
A ．0～10rad ／s
B ．0～5rad ／s
C ．0～1rad ／s
D ．0～0.1rad ／s 第六章 线性系统的校正
1．滞后校正装置最大滞后角的频率= 。2．PI 控制器是一种相位___________的校正装置。 3．滞后—超前校正装置奈氏图的形状为一个______。4．根轨迹与虚轴相交，表明系统的闭环特征方程根中有________。 5．从相位考虑，PD 调节器是一种________校正装置。6．串联校正装置可分为超前校正、滞后校正和__________。 7．就相角而言，PI 调节器是一种_______________校正装置。
8．超前校正装置的主要作用是在中频段产生足够大的_____________，以补偿原系统过大的滞后相角。 9．采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益会下降a （ ）
10．滞后校正网络具有低通滤波器的特性，因而当它与系统的不可变部分串联相连时，会使系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率减小（ ）
1．超前校正装置的最大超前相角可趋近（ ）A ．－90° B ．－45° C ．45° D ．90°
2．在串联校正中，校正装置通常（ ）A ．串联在前向通道的高能量段 B ．串联在前向通道的低能量段 C ．串联在反馈通道的高能量段 D ．串联在反馈通道的低能量段 3．滞后——超前校正装置的相角是，随着的增大（ ）
A.先超前再滞后
B.先滞后再超前
C.不超前也不滞后
D.同时超前滞后
4．滞后—超前校正装置的奈氏曲线为( )A.圆 B.上半圆C.下半圆D.45°弧线 5．滞后校正装置的最大滞后相位趋近（ ）A.-90°B. -45°C.45°D.90°
2110ω+2110ω+-T ω+110T ω+-110
)
1)(10(10
2+++s s s 2110ω+2110ω+-T ω+110T ω+-110)1(24+s s 16
416
2++s s 1
1.010
)()(+=s s R s Y S
T +1β
6．某串联校正装置的传递函数为Gc(S)=K (0<β<1)，则该装置是（ ）
A.超前校正装置
B.滞后校正装置
C.滞后——超前校正装置
D.超前——滞后校正装置
7．某串联校正装置的传递函数为Gc(s)=k ， 该校正装置（ ）
A ．滞后校正装置
B ．超前校正装置
C ．滞后—超前校正装置
D ．超前—滞后校正装置
8．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 9．滞后校正装置的最大滞后相角可趋近（ ）A ．-90°B ．-45°C ．45°D ．90°
10．对超前校正装置 ，当φm =38°时，β值为（ ）A ．2.5 B ．3 C ．4.17 D ．5 1,11>++ββTs Ts Ts
Ts
s G c ++=
11)(β
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：
红色为重点（2016年考题） 第一章 1-2 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。 解当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机反转带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如下图所示。 1-4 题1-4图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。试绘制系统方块图，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？ 解工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。 其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。 系统方块图如下图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。
1-5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、被控量及各部件的作用，画出系统方框图。 解加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压Uc的平方成正比，Uc增高，炉温就上升，Uc 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压Uf。Uf作为系统的反馈电压与给定电压Ur进行比较，得出偏差电压Ue，经电压放大器、功率放大器放大成au后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T°C，热电偶的输出电压Uf正好等于给定电压Ur。此时，Ue=Ur-Uf=0，故U1=Ua=0，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使Uc保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T°C由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程,控制的结果是使炉膛温度回升，直至T°C的实际值等于期望值为止。 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压ru（表征炉温的希望值）。系统方框图见下图。 注意:方框图中被控对象和被控量放在最右边,检测的是被控量,非被控对象. 第二章 2-2 设机械系统如图2—57所示，其中x i为输入位移，x o为输出位移。试分别列写各系统的微分方程式及传递函数。
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
一、 设计任务书 设计任务是考虑到飞机的姿态控制问题，姿态控制转换简化模型如图所示，当飞机以4倍音速在100000英尺高空飞行，姿态控制系统的参数分别为： 4,0.1,0.1,0.11 1====a a a K ωεωτ 设计一个校正网络(),s G c 使系统的阶跃响应超调量小于5%，调节时间小于5s （按2%准则）
2、计算机辅助设计 （1）simulink仿真框图 Simulink仿真框图 双击scope显示图像，观察阶跃相应是否达到指标
放大图像观察超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求 （2）绘制bode 图
校正前的bode图 校正后的bode图
（3）绘制阶跃相应曲线 校正前的阶跃相应曲线 校正后的阶跃相应曲线
三、校正装置电路图 前面为放大装置放大25倍，后面为超前补偿电路，它自身的K 为0.1，相乘之 后为指标中的2.5，校正装置电路完成1 60 ) 16( 5.2++= s s G c 。 四、设计结论 设计的补偿网络为1 60 ) 16( 5.2++=s s G c 。经过仿真得出超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足 要求。 五、设计后的心得体会 实际的控制系统和我们在书中看到的标准系统差别很大，参数的要求比书 中要求相对要苛刻，在设计校正网络的过程中，遇到很多困难超前滞后用根轨迹法无法求出，只能用simulink 画出仿真框图，通过经过一定的计算大概确定某些参数，通过不断地尝试修改，才能最终得到满足指标要求的阶跃相应曲线，很多时候现实中的参数没有书中的参数给的那么简单，会遇到很多难以想象的复杂状况，所以我们学习控制原理关键是学习怎么处理，如何应用好软件来配合完成系统的设计，现代控制理论不能单纯的通过简单的计算得出结论的，需要我们熟练运用软件来辅助设计，这样我们才能设计好一个校正网络。
《自动控制原理》模拟试卷四 一、填空题（每空1分，共20分） 1、 对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面， 即： _____ 、快速性和 _____________ 2、 控制系统的 _______________________________________ 称为传递函数。一阶系统传函标 准形式是 __________________ ，二阶系统传函标准形式是 ____________________ 。 3、 在经典控制理论中，可采用 _____________ 、根轨迹法或 _____________ 等方法判断线性 控制系统稳定性。 4、 控制系统的数学模型，取决于系统 _________ 和 , 与外作用及初始条件无关。 5、 线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为 _______________ ，横坐标为 __________ 。 6、 奈奎斯特稳定判据中， Z = P - R ，其中P 是指 ________________________________ ，Z 是 指 __________________________ ， R 指 _________________________________ 。 7、 在二阶系统的单位阶跃响应图中， t s 定义为 _________________ 。匚%是 _________________ 8、 PI 控制规律的时域表达式是 _________________________ 。P I D 控制规律的传递函数表达 式是 ________________________________ 。 ，则其开环幅频特性为 s （T 1s 1）（T 2S 1） 性为 ________________________ 二、判断选择题（每题2分，共16分） 1、关于线性系统稳态误差，正确的说法是： （） A 、 一型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差 C 增大系统开环增益 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。 2、适合应用传递函数描述的系统是 （ ）。 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。 9、设系统的开环传递函数为 __________ ，相频特 稳态误差计算的通用公式是 e ss .. S 2R (S ) lim —— s 刃 1 G(s)H(s) 3、若某负反馈控制系统的开环传递函数为 ，则该系统的闭环特征方程为 s （s 1） ）。 A 、s(s 1) =0 B 、 s(s 1) 5 = 0 C 、s(s 1) 1 =0 D 、与是否为单位反馈系统有关
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(),()4sin3r 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)
测试题说明：所有的客观题都是以填空的形式给到大家，考试时的考核类型可能为填空、选择、判断等，考核内容和以下题目大致相似，大家好好复习！ 考试题型为：选择（2分*10题=20分），填空（1分*25=25分），大题（55分） 选择填空大部分从以下题目中提炼总结，考核形式可能会有所改变，大题题型基本和下面题目的题型相似，但是题目会有所变化(比如传递函数更换、参数更换、要求做些调整等等) 禁止考试时抄小抄，一旦发现，试卷0分，请参加大补考！ 没有交全作业或实验报告的同学、上课经常不到的同学平时成绩会比较低，因此要好好复习。 第一章测试题 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. 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。 4. 自动控制系统可以分为定值控制系统、 随动 控制系统和程序控制系统。 锅炉汽包水位控制系统属于 定值 控制系统，跟踪卫星的雷达天线控制系统属于 随动 控制系统。 5. 自动控制系统的基本要求是 稳定性 、 快速性或动态性能 、 准确 性或稳态性能 。 第二章测试题 1. 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。 2. 控制系统的 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。 3. 某系统的传递函数为) 16)(13(18 )(++= s s s G ，其极点是 s1=-1/3, s2=-1/6 。
自动控制原理大作业 1.题目 在通常情况下，自动导航小车（AGV ）是一种用来搬运物品的自动化设备。大多数AGV 都需要有某种形式的导轨，但迄今为止，还没有完全解决导航系统的驾驶稳定性问题。因此，自动导航小车在行驶过程中有时会出现轻微的“蛇行”现象，这表明导航系统还不稳定。 大多数的AGV 在说明书中都声明其最大行驶速度可以达到1m/s ，但实际速度通常只有0.5m/s ,只有在干扰较小的实验室中，才能达到最高速度。随着速度的增加，要保证小车得稳定和平稳运行将变得越来越困难。 AGV 的导航系统框图如图9所示，其中12=40ms =21ms ττ， 。为使系统响应斜坡输入的稳态误差仅为1%，要求系统的稳态速度误差系数为100。试设计合适的滞后校正网络，试系统的相位裕度达到50o ，并估计校正后系统的超调量及峰值时间。 ()R s () Y s 2.分析与校正主要过程
2.1确定开环放大倍数K 100) 1021.0)(104.0(lim )(lim =++==s s s sK s sG K v （s →0） 解得K=100 ) 1021.0)(104.0(100++=s s s G s 2.2分析未校正系统的频域特性 根据Bode 图： 穿越频率s rad c /2.49=ω 相位裕度?---=?-?--=99.18)2.49021.0(arctan )2.4904.0(arctan 9018011γ 未校正系统频率特性曲线
由图可知实际穿越频率为s rad c /5.34=ω 2.3根据相角裕度的要求选择校正后的穿越频率1c ω 现在进行计算： ???--=+=---55550)021.0(arctan )04.0(arctan 901801111c c ωω 则取s rad c /101=ω可满足要求 2.4确定滞后校正网络的校正函数 由于1120 1~101c ωω）（= 因此取s rad c /1101 11== ωω）（，则由Bode 图可以列出
期末考试-复习重点 自动控制原理1 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（ ） 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（ ）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（ ） 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.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（ ） 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（ ） 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（ ） 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（ ） 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.45° B.-45° C.90° D.-90° 10.最小相位系统的开环增益越大，其（ ） 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.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 =（ ）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（ ） 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 ++= 65 2 ，当输入为单位阶跃时，则其位置误差为（ ） A.2 B.0.2 C.0.5 D.0.05 15.若已知某串联校正装置的传递函数为1 101 )(++= s s s G c ，则它是一种（ ）
自动控制理论 （A/B 卷 闭卷） 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 与反馈量的差 值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 的前馈复合控制和按 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 （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 ， 该系统的特征方程为 ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 。 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 。 6、根轨迹起始于 ，终止于 。 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 。 8、PI 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 ，由于积分环节的引入，可以改善系
统的 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反 馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上 升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( ) A 、 型别2 自动控制原理 大作业 (设计任务书) 姓名: 院系: 班级: 学号: 5、 参考图 5 所示的系统。试设计一个滞后-超前校正装置,使得稳态速度误差常数为20 秒-1,相位裕度为60度,幅值裕度不小于8 分贝。利用MATLAB 画出 已校正系统的单位阶跃与单位斜坡响应曲线。 + 一.人工设计过程 1、计算数据确定校正装置传递函数 为满足设计要求,这里将超前滞后装置的形式选为 ) 1)(()1)(1()(2 12 1T s T s T s T s K s G c c ββ++++ = 于就是,校正后系统的开环传递函数为)()(s G s G c 。这样就有 )5)(1()(lim )()(lim 00++==→→s s s K s sG s G s sG K c c s c s v 205 ==c K 所以 100=c K 这里我们令100=K ,1=c K ,则为校正系统开环传函) 5)(1(100 )(++=s s s s G 首先绘制未校正系统的Bode 图 由图1可知,增益已调整但尚校正的系统的相角裕度为? 23.6504-,这表明系统就是不稳定的。超前滞后校正装置设计的下一步就是选择一个新的增益穿越频率。由)(ωj G 的相角曲线可知,相角穿越频率为2rad/s,将新的增益穿越频率仍选为2rad/s,但要求2=ωrad/s 处的超前相角为? 60。单个超前滞后装置能够轻易提供这一超前角。 一旦选定增益频率为2rad/s,就可以确定超前滞后校正装置中的相角滞后部分的转角频率。将转角频率2/1T =ω选得低于新的增益穿越频率1个十倍频程,即选择2.0=ωrad/s 。要获得另一个转角频率)/(12T βω=,需要知道β的数值, 《 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？ 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。 1． 试将下列系统的结构图化简（本题10分） （说明：本题考查对 第二章第三节 系统结构图化简及等效变换的掌握程度，该类题目有两种求解方法。第一种求解方法可参见课本44~47页的例题2-11、2-12、2-13等。第二种方法可利用46页公式2-82，两种方法结果一样。） — 2. 已知单位反馈系统的开环传递函数如下，试确定使系统稳定的开环放大系数K 的取值范围。（本题10分） ()(2)(4) = ++K K G s s s s （说明：本题考查对 第三章第一节 劳斯稳定判据的理解和应用，可参见课本67页例题3-6。一样的求解思路） 1）试判断该系统属于几型系统。 2）系统的开环放大系数K 是多少？ 3）试判断该系统是否稳定。 4）试求在输入信号2 ()2+4+5=r t t t 作用下，系统的稳态误差是多少。 （说明：本题考查对第三章第六节 稳态误差相关知识的理解和计算。可参见课本105页表3-6的总结及例题3-16。） 答：(1) 由系统开环函数可知系统为Ⅰ型系统 (2) 由 G （s ）= )15)(125.0(5 .2)15)(4(s 10++= ++s s s s s 可知向前积分环节有一个，系统是Ⅰ型系统，且开环放大系数K= 2.5。 4. 某二阶系统的结构图如图(a)所示，该系统的单位阶跃响应如图(b)所示。（本题20 分） 1）试计算该系统的性能指标：稳态值、超调量； 2）试确定系统参数K 1，K 2和a 。 答：1）由系统的单位阶跃响应曲线（图b ）可以得出 ??? ? ???? =-===∞%33334%1.0t 3）（σp C 12及转折后斜率的变化量。可参看例题5-3。一样的求解思路） 答：1）将传递函数变形为 )125.0)(1(100 )s (++= s s G 其对应的频率特性表达式 )125.0)(1(100 )(++= ωωj j s G 2017年自动控制原理期末考试卷与答案 一、填空题（每空 1 分，共20分） 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 。 2、控制系统的 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。 3、在经典控制理论中，可采用 劳斯判据(或：时域分析法)、根轨迹法或奈奎斯特判据(或：频域分析法) 等方法判断线性控制系统稳定性。 4、控制系统的数学模型，取决于系统 结构 和 参数, 与外作用及初始条件无关。 5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为20lg ()A ω(或：()L ω)，横坐标为lg ω 。 6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指 开环传函中具有正实部的极点的个数，Z 是指 闭环传函中具有正实部的极点的个数，R 指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。 7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 调整时间 。%σ是超调量 。 8、设系统的开环传递函数为12(1)(1) K s T s T s ++频特性为 01112()90()() tg T tg T ?ωωω--=---。 9、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。 10、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 + ++。 11、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。 12、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 13、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。 14、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 哈工大自动控制原理大 作业 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】 Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文） 课程名称：自控控制原理大作业 设计题目：控制系统的矫正 院系：自动化测试与控制系 班级： 设计者： 学号： 指导教师：强盛 设计时间： 2016.12.21 哈尔滨工业大学 题目8 8. 在德国柏林，磁悬浮列车已经开始试验运行，长度为 1600m的M-Bahn号实验线路系统代表了目前磁悬浮列车的发展水平。自动化的磁悬浮列车可以在较短的时间内正常运行，而且具有较高的能量利用率。车体悬浮控制系统的框图模型如图 8 所示，试设计一 个合适的校正网络，使系统的相位裕度满足45°≤ γ ≤55°，并估算校正后系统的阶跃响应。 图 8 题 8 中磁悬浮列车悬浮控制系统 一、人工设计 利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出 校正装置的传递函数。验算校正后系统是否满足性能指标要求。 1)未校正系统的开环频率特性函数应为： γ0(γγ)= 1 γ2(γ+10) 2)未校正系统的幅频特性曲线图如下： 由图中可以得出: γγ=√γ=0.316 rad/s 对应的相位裕度为: γ(γγ)=180°?180°?arctan( γγ 10 )=?1.81° G c(s) 1 3)超前校正提供(m)=50° 4)γ?1 γ+1 =γγγ50°解得 a=7.5 5)?10γγγ=?8.75γγ,得到γγ=0.523 rad/s 6)1 γ=√γγγ=1.43 rad/s 1 γγ =0.19 rad/s 7)γγ(γ)=1+5.3γ 1+0.7γ 二、计算机辅助设计 利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试 g = tf(1,[1 10 0 0]); gc = tf([5.3 1],[0.7 1]); ge = tf([5.3 1],conv([0.7 1],[1 10 0 0])); bode(g,gc,ge); grid legend('uncompensated','compensator','compensated') [kg,r,wg,wc]=margin(ge) 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。 《自动控制原理》模拟试卷三 一、填空题（每空1分，共15分） 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为_______________________ ，被控量 为_____________ 。 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________________ ;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________________ ;含有测速发电机的 电动机速度控制系统，属于______________ 。 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____________ 。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析 中采用_______________ ；在频域分析中采用___________________ 。 4、传递函数是指在—初始条件下、线性定常控制系统的__________________ 与____________________________ 之比。 5、设系统的开环传递函数为K 2 （ s 1） ，则其开环幅频特性 s 仃s 1） 为_____________ ，相频特性为__________________________ 。 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对应时域性能指标________________ ，它们反映了系统动态过程 的____________ 。 二、选择题（每题2分，共20分） 1、关于传递函数，错误的说法是（） 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。 2、下列哪种措施对改善系统的精度没有效果（）。 A、增加积分环节 B 、提高系统的开环增益K C、增加微分环节 D 、引入扰动补偿 3、高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，则系统的（）。 A、准确度越高 B、准确度越低 C、响应速度越快 D、响应速度越慢 50 《 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？ ２017年自动控制原理期末考试卷与答案 一、填空题（每空 1 分,共2０分) 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 。 2、控制系统的 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。 3、在经典控制理论中，可采用 劳斯判据（或：时域分析法)、根轨迹法或奈奎斯特判据(或:频域分析法) 等方法判断线性控制系统稳定性。 ４、控制系统的数学模型,取决于系统 结构 和 参数, 与外作用及初始条件无关。 5、线性系统的对数幅频特性,纵坐标取值为20lg ()A ω（或:()L ω)，横坐标为lg ω 。 ６、奈奎斯特稳定判据中，Ｚ = P - R ,其中P 是指 开环传函中具有正实部的极点的个数，Z 是指 闭环传函中具有正实部的极点的个数,R 指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j ０ )整圈数。 7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 调整时间 。%σ是超调量 。 ８、设系统的开环传递函数为12(1)(1) K s T s T s ++,频特性为 01112()90()() tg T tg T ?ωωω--=---。 ９、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。 1０、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 + ++。 11、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。 １2、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 13、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。 14、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哈工大自动控制原理 大作业
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