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
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
《 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
传递函数及方框图的建立（典型环节） 一、实验目的 1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、SIMULINK 的使用 MATLAB 中SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。利用SIMULINK 功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。 1．运行MATLAB 软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink 命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK 仿真环境下。 2．选择File 菜单下New 下的Model 命令，新建一个simulink 仿真环境常规模板。 3．在simulink 仿真环境下，创建所需要的系统。 以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下: 1）进入线性系统模块库，构建传递函数。点击simulink 下的“Continuous ”，再将右边窗口中“Transfer Fen ”的图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口。 2）改变模块参数。在simulink 仿真环境“untitled ”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK ，即完成该模块的设置。 3）建立其它传递函数模块。按照上述方法，在不同的simulink 的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。例:比例环节用“Math ”右边窗口“Gain ”的图标。 4）选取阶跃信号输入函数。用鼠标点击simulink 下的“Source ”，将右边窗口中“Step ”图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。 5）选择输出方式。用鼠标点击simulink 下的“Sinks ”，就进入输出方式模块库，通常选用“Scope ”的示波器图标，将其用左键拖至新建的“untitled ”窗口。 6）选择反馈形式。为了形成闭环反馈系统，需选择“Math ” 模块库右边窗口“Sum ”图1-1 SIMULINK 仿真界面 图1-2 系统方框图
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、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 .
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 概述 (1) 一、实验目的 (1) 二、简述MATLAB语言的特点及其主要功能 (1) 三、控制系统仿真时常用的方法和指令 (2) 1、控制系统仿真时常用的方法 (2) a、数学仿真 (2) b、半物理仿真 (2) c、全物理仿真 (2) 2、控制系统仿真时常用的指令 (2) 1)、Bode图 (2) ①、绘制Bode图 (2) ②、系统的增益裕度和相角裕度 (2) 2）、Nichols图 (3) 3）、Nyquist图 (3) 4）、一般频率响应图 (3) 5）、频率响应的奇异值图 (3) 6）、绘制根轨迹 (4) 四、实验内容 (4) 五、心得体会 (22) 六、参考文献 (22)
概述 MATLAB 是一种直观、高效的计算机语言，同时也是一个科学计算平台。 它的伴随工具Simulink 是用来对真实世界的动力学系统建模、模拟仿真和分析的软件。我们可将综合性和设计性实验项目通过MATLAB 在计算机上仿真，使系统的观察实验的动态过程。目前，MATLAB 已经成为我们当代大学生必须掌握的基本技能，在设计研究单位和工业部门，MATLAB 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。在完成了验证性、综合性和设计性实验后，课程设计必不可少。课程设计是工科实践教学的一个重要的环节，目的是培养我们综合运用理论知识分析和解决实际问题的方法和能力,实现由知识向技能的初步化。所以课程设计是培养我们思维创造能力最有效的途径。 一、实验目的 1、培养理论联系实际的科学态度，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（矫正） 装置的作用及用法，能够利用不同的分析方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的仿真与调试。 4、锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。 二、简述MATLAB语言的特点及其主要功能 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
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
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 ω2， 阻尼比=ξ，20.7072 = 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1050.20.5s 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
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
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)
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=++
自动控制原理MATLAB仿真实验 实验一典型环节的MATLAB仿真 一、实验目的 1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、SIMULINK的使用 MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。 1．运行MATLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。 2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。 图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图
3．在simulink 仿真环境下，创建所需要的系统。 以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下: 1）进入线性系统模块库，构建传递函数。点击simulink 下的“Continuous ”，再将右边窗口中“Transfer Fen ”的图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口。 2）改变模块参数。在simulink 仿真环境“untitled ”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK ，即完成该模块的设置。 3）建立其它传递函数模块。按照上述方法，在不同的simulink 的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。例:比例环节用“Math ”右边窗口“Gain ”的图标。 4）选取阶跃信号输入函数。用鼠标点击simulink 下的“Source ”，将右边窗口中“Step ”图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。 5）选择输出方式。用鼠标点击simulink 下的“Sinks ”，就进入输出方式模块库，通常选用“Scope ”的示波器图标，将其用左键拖至新建的“untitled ”窗口。 6）选择反馈形式。为了形成闭环反馈系统，需选择“Math ” 模块库右边窗口“Sum ”图标，并用鼠标双击，将其设置为需要的反馈形式（改变正负号）。 7）连接各元件，用鼠标划线，构成闭环传递函数。 8）运行并观察响应曲线。用鼠标单击工具栏中的“”按钮，便能自动运行仿真环境下的系统框图模型。运行完之后用鼠标双击“Scope ”元件，即可看到响应曲线。 三、实验原理 1．比例环节的传递函数为 221211()2100,200Z R G s R K R K Z R =-=-=-== 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。
《 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？
实验一一阶惯性系统特性仿真分析 1 实验目的：熟悉仿真模块及参数设定方法，研究一阶惯性环节闭环传递函数参数T和K对系统单位阶跃响应性能的影响。 2 实验方法：利用SIMULINK建立系统结构图。见图1。 3 实验内容：按照仿真图要求，从SIMULINK库中取出相应的模块，并连接闭合的系统结构图。闭环传函G(s)=K/(Ts+1),K=1,T=0.2秒，观察阶跃相应曲线。重复改变T 分别为0.5秒、0.8秒观察阶跃相应曲线的变化。计算一阶系统的动态响应指标tr和ts。 4 实验步骤：启动计算机，运行Matlab软件，启动Simulink程序，按照内容要求组装控制系统，做好实验准备。 5 实验结果分析及结论： ①求出一界系统单位阶跃响应函数表达式，计算T=0.2,0.5,0.8时的响应指标tr和ts。 ② T逐渐增大时，上升时间tr和调节时间ts怎样变化？ ③ T逐渐减小时，系统的闭环极点怎样变化？ ④ T一定K增大时，系统的tr和ts怎样变化？闭环极点怎样变化？ ⑤一界系统一定稳定吗？为什么？ ⑥结论。 图1 一阶系统仿真
实验二二阶系统单位阶跃响应仿真分析 1 实验目的：学习利用SIMULINK库中的模块构成二阶系统的方法。分析二界系统的阻尼系数zhita对系统稳定性的影响。 2 实验方法：利用SIMULINK建立系统结构图。见图2。 3 实验内容：选择适当的仿真模块构成上述系统。令Wn=1。别选取zhita=1.5>1(过阻尼)、zhita=1(临界阻尼)、0 课程教学 大纲编号： 100102 课程名称： 自动控制原理 学分 4.5 试卷编号：100102021 考试方式： 闭卷考试 考试时间： 120 分钟 满分分值： 100 组卷年月： 2000/5 组卷教师： 向峥嵘 审定教师； 陈庆伟 一．（10分）是非题： 1． 闭环控制系统是自动控制系统，开环控制系统不是自动控制系统（ ）。 2．闭环控制系统的稳定性，与构成他的开环传递函数无关（ ），与闭环传递函数有关（ ）；以及与输入信号有关（ ）。 3．控制系统的稳态误差与系统的阶数有关（ ）；与系统的类型有关；（ ） 与系统的输入信号有关；（ ），以及与系统的放大倍数有关。（ ） 4．前向通道传递函数为)k (s k 02>的单位负反馈系统能无差的跟踪斜波信号 （ ）。 5．最小相位系统是稳定的控制系统（ ）。 二．（10分）填空题 图示系统的开环放大倍数为 ，静态位置误差为 ，静态速度误差为 ，误差传递函数) s (R )s (E 为 ，当输入信号4=)t (r 时，系统的稳态误差ss e 。 三．（10分）填空题 在频率校正法中，串联超前校正是利用串联矫正装置在系统的 频区产生相角 ，以提高系统的 ，且使幅值穿越频率c ω ，从而系统的响应速度 。串联滞后校正是利用校正装 在 频区产生的特性，以使c ω ，达到提高 的目的，校正后的系统响应速度 。 四．（10分）计算作图题 化简如图所示的结构图，并求闭环传递函数) s (R )s (C 。 五．（10分） 一个开环传递函数为 ) s (s k )s (G 1+= τ的单位负反馈系统，其单位阶跃响应曲线如图所示，试确定参数k 及τ。 六．（8分） 设单位负反馈系统的开环传递函数为) s .(s )s (G 110100+= ，试计算系统的响应控制信号t sin )t (r 5=时的稳态误差。 七．（10分） 设某系统的开环传递函数为)Ts (s k )s (H )s (G 1+=，现希望系统特征方程的所有根都 在a s -=这条线的左边区域内，试确定满足此要求k 的值和T 值的范围)a (0>。 自 动 控 制 理 论 2011年7月23日星期六 课程名称: 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 。 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。 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 ++=652，当输入为单位阶跃时，则其位置误差为（ ） A.2 B.0.2 C.0.5 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（ ） A.反馈校正 B.相位超前校正 C.相位滞后—超前校正 D.相位滞后校正 16.稳态误差e ss 与误差信号E (s )的函数关系为（ ） A.)(lim 0s E e s ss →= B.)(lim 0 s sE e s ss →= C.)(lim s E e s ss ∞→= D.)(lim s sE e s ss ∞ →= 17.在对控制系统稳态精度无明确要求时，为提高系统的稳定性，最方便的是（ ） A.减小增益 B.超前校正 C.滞后校正 D.滞后-超前 18.相位超前校正装置的奈氏曲线为（ ）自动控制原理试题及答案 (5)
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