2014春《自动控制原理》期末试卷B卷

江西理工大学考试试卷试卷编号：31B班级学号姓名一、简答题（16分）1．自动控制系统的基本要求和它们的内涵2．线性系统的稳定性的概念和系统稳定的充分必要条件3．什么是时间响应时间响应的瞬态响应反映哪方面的性能而稳态响应反映哪方面的性能4． 开环控制系统和闭环控制系统的主要特点是什么二、选择题（每题 2 分，共40分）1. 关于反馈的说法正确的是（ ）A. 反馈实质上就是信号的并联B. 正反馈就是输入信号与反馈信号相加C. 反馈都是人为加入的D. 反馈是输出以不同的方式对系统作用 2. 系统的单位脉冲响应函数为()0.1t t ω=，则系统的传递函数为（ ） A.20.1s B. 0.1s C. 21s D. 1s3. 线性定常系统的微分方程为'''()2()3()4()oo o i x t x t x t x t ++=，则该系统的极点为（ ）A. 1211s s =-+=--12s j s j ==-C. 1230s j s j s ==-=D. 以上都是4. 某传递函数1231()G s K K K s s=++，则它是由（ ）组成的。

A. 比例+积分环节B. 比例+微分环节C. 比例+惯性环节D. 比例+积分+微分环节5. 系统的单位脉冲响应函数为0.2()3t t e ω-=，则系统的传递函数为（ ）。

A. 3()0.2G s s =+ B. 0.6()0.2G s s =+ C. 0.2()3G s s =+ D. 0.6()3G s s =+ 6. 若二阶欠阻尼系统的无阻尼固有频率为n ω，则其有阻尼固有频率d ω（ ）。

A. n ω= B. n ω> C. n ω< D. 与n ω无关 7. 以下关于系统稳态偏差的说法正确的是（ ）。

A. 稳态偏差只取决于系统结构和参数B. 稳态偏差只取决于系统输入和干扰C. 稳态偏差与系统结构、参数、输入和干扰等有关D. 系统稳态偏差始终为0 8. 线性系统对输入信号的时间响应（ ）。

自控期末考试试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 自动控制系统中，开环系统是指：A. 系统有反馈回路B. 系统没有反馈回路C. 系统有前馈回路D. 系统有控制回路2. 系统稳定性分析中，根轨迹法的基本原理是：A. 系统根随参数变化的轨迹B. 系统根随时间变化的轨迹C. 参数随系统根变化的轨迹D. 时间随参数变化的轨迹3. PID控制器中，P代表：A. 比例B. 积分C. 微分D. 比例-积分4. 以下哪个不是控制系统的性能指标：A. 稳态误差B. 响应速度C. 稳定性D. 系统成本5. 状态空间法中，状态变量的选取原则是：A. 系统输入B. 系统输出C. 系统内部变量D. 系统外部变量6. 在控制系统中，超调量是指：A. 系统达到稳态时的误差B. 系统响应过程中的最大偏差C. 系统响应时间D. 系统稳态误差7. 闭环控制系统的传递函数是：A. G(s)H(s)B. G(s)/[1+G(s)H(s)]C. 1/[1+G(s)H(s)]D. G(s)*[1+H(s)]8. 控制系统的频率响应分析中，奈奎斯特判据的主要用途是：A. 确定系统稳定性B. 确定系统性能C. 确定系统响应速度D. 确定系统超调量9. 以下哪个不是控制系统的类型：A. 线性系统B. 非线性系统C. 离散系统D. 随机系统10. 系统设计中，最小相位系统是指：A. 系统相位随频率增加而增加B. 系统相位随频率增加而减少C. 系统相位为零D. 系统相位为常数二、简答题（每题10分，共30分）1. 解释什么是系统的时间响应，并列举至少三种常见的时间响应类型。

2. 描述PID控制器的设计过程，并解释各部分的作用。

3. 阐述状态空间法与传递函数法在控制系统分析中的不同应用。

三、计算题（每题25分，共50分）1. 给定一个二阶系统，其传递函数为：G(s) = (2s + 1) / (s^2 +3s + 2)。

计算该系统的单位阶跃响应，并画出其响应曲线。

2014年期终复习题第一章导论要点：控制的两大模式，反馈控制，控制系统结构。

1．马路上的交通控制灯是什么形式的控制，为何采用这种控制？家用空调机一般由温度检测仪，开关，电动机，压缩机等组成。

根据空调机的工作原理，作出空调机的运行框图，框图须包含上述四部分设备，注明参考输入和系统输出。

答：交通灯采用的是开环控制（可加程序控制）。

采用开环控制常常是因为输出难以检测、闭环成本过高或者难以设计一个控制规律等原因。

其中系统的干扰是外界温度侵入对室温的影响。

第二章：控制系统的数学模型要点：三种模型，传递函数。

方框图化简，信号流图和Mason 公式。

2． 有一系统方框图如下，（1）作出系统的信号流图；（2）求出系统的特征式；（3）求C （s ）。

答：（1）（2）这里共有四个圈： e d f g C b e →→→→→→e df h b e →→→→→e d h b e →→→→h bh →→1233124214411G G G H G G G H G G G H ∆=+++-（3）12341312421441(1)(1)()(),()()G G G G H G G G G H G G G H C s C s R s N s -++-==∆∆可得C （s ）。

本题注意点是12∆∆，不是1。

）RCed第三章时域分析要点：性能指标，误差系数，Routh 判据，欠阻尼二阶系统的计算。

3． 有单位反馈控制系统，前向传递函数为 。

（1）如果要求M p <10%,求K 的取值范围；（2）取K 实现M p =10%,时的值，输入为 的稳态误差；（3）取K 同（2），求输入为sin 2t 的稳态误差。

答：10()( 2.5)KG s s s =+。

2 2.5n n ωζω=（1）0.1p M e ==，得0.59ζ=，要求M p <10%，就是0.59ζ>。

得到04490.K <<。

（2）取0.449K =，开环增益为1.796，系统为1型，所以 1.796v K =，位置误差为0，输入为()32tr t =-+时的稳态误差为0.278。

自动控制原理期末试卷一、简答：（共30分，每小题10分）1、说明闭环控制系统的基本组成，并画出其典型结构方框图。

2、什么叫稳定裕量，在如下所示的图中标出相角稳定裕量和增益稳定裕量。

3、说明非线性控制系统中具有哪些运动特征（与线性控制系统相比较）。

二、已知系统结构图如图所示，试求出系统的传递函数。

(共10分)三、已知反馈系统的开环传递函数为)6)(3()1()(2+++=s s s s K s G 。

(共10分) （1）试确定使系统稳定的K 的取值范围。

（5分）（2）若要求系统对于输入r(t)= t 2作用下的静态误差e SS ≤0.5，试确定K 的取值范围。

（5分）四、已知最小相位系统开环对数幅頻特性图如图所示，写出相应的传递函数。

(共10分)五、已知单位负反馈系统的开环传递函数为 )1)(1()(21++=s T s T s Ks G 。

(共10分)（1）试概略画出G （s ）对应的Nyquist 图。

（5分） （2）由Nyquist 稳定判据给出闭环系统稳定的条件。

（5分） 六、已知系统的开环传递函数为)1()3(2)(+++=s s s s K s G ）（绘制负反馈的根轨迹图，并确定使系统处于欠阻尼的K 值范围。

(共15分) 七、某采样控制系统的结构如图所示，已知τ=1，求： （1）求系统的脉冲传递函数。

(10分) （2）求系统稳定的K 值范围。

(5分)答案一、 简答：（共30分，每小题10分）1、答案：闭环控制系统的基本组成：检测元件、比较元件、放大元件、执行元件、给定元件、校正元件及被控对象。

（共6分，除被控对象外，每一个元件给1分）典型结构方框图（4分，可以没有局部反馈）2、答案：稳定裕量是系统距离稳定 的边界所具有的余量（5分）。

相角稳定裕量（3分）。

增益稳定裕量（2分）。

3、答案：与线性控制系统相比非线性控制系统表现出如下的特征： （1）非线性控制系统的运动不满足态的迭加原理。

江 西 理 工 大 学 考 试 试 卷试卷编号：B一、简答题（16分）1． 自动控制系统的基本要求和它们的内涵？2． 线性系统的稳定性的概念和系统稳定的充分必要条件？3． 什么是时间响应？时间响应的瞬态响应反映哪方面的性能？而稳态响应反映哪方面的性能？4． 开环控制系统和闭环控制系统的主要特点是什么？二、选择题（每题 2 分，共40分）1. 关于反馈的说法正确的是（ ）A. 反馈实质上就是信号的并联B. 正反馈就是输入信号与反馈信号相加C. 反馈都是人为加入的D. 反馈是输出以不同的方式对系统作用 2. 系统的单位脉冲响应函数为()0.1t t ω=，则系统的传递函数为（ ） A.20.1s B. 0.1s C. 21s D. 1s3. 线性定常系统的微分方程为'''()2()3()4()oo o i x t x t x t x t ++=，则该系统的极点为班级 学号姓名（ ）A. 1211s s =-+=--B. 12s j s j ==-C. 1230s j s j s ==-=D. 以上都是4. 某传递函数1231()G s K K K s s=++，则它是由（ ）组成的。

A. 比例+积分环节B. 比例+微分环节C. 比例+惯性环节D. 比例+积分+微分环节5. 系统的单位脉冲响应函数为0.2()3t t e ω-=，则系统的传递函数为（ ）。

A. 3()0.2G s s =+ B. 0.6()0.2G s s =+ C. 0.2()3G s s =+ D. 0.6()3G s s =+ 6. 若二阶欠阻尼系统的无阻尼固有频率为n ω，则其有阻尼固有频率d ω（ ）。

A. n ω= B. n ω> C. n ω< D. 与n ω无关7. 以下关于系统稳态偏差的说法正确的是（ ）。

A. 稳态偏差只取决于系统结构和参数B. 稳态偏差只取决于系统输入和干扰C. 稳态偏差与系统结构、参数、输入和干扰等有关D. 系统稳态偏差始终为0 8. 线性系统对输入信号的时间响应（ ）。

1《自动控制原理》试卷（A 卷）一、 用运算放大器组成的有源电网络如图所示，试采用复数阻抗法写出它的传递函数。

（10分）（1图 ）（3图）二、假设某系统对于单位阶跃输入信号的响应为t te et y 10602.12.01)(---+= 。

(a) 求该系统的闭环传递函数。

(b) 确定该系统的阻尼系数。

（10分）三、试用梅逊增益公式求图中系统的闭环传递函数。

（写出步骤）（10分）四、控制系统的结构如图所示，设 r(t ) = t ⋅ 1(t ) ，p (t ) = 1(t )定义e (t ) = r(t ))(t y -，试求系统的稳态误差。

（10分）)(t p )(t r -++)(t y 1+s )1(1+s s +（4图）五、试确定题图所示系统参数K 和ξ的稳定域。

（写步骤）（10分）（5图）六、设单位反馈控制系统的开环传递函数为（1） 绘制根轨迹，并加以简要说明。

（2） 当系统的阻尼振荡频率s rad /1d =ω时试确定闭环主导极点的值与相应的增益值。

（15分）七、最小相位系统的开环对数幅频特性的渐近线如图所示，确定系统的开环传递函数。

（10分）八、已知最小相位系统校正前后系统的折线对数幅频特性如图所示，其中Lo(ω)为校正前特性，L开(ω)为校正后特性。

（1）试作出校正装置的对数幅频特性Lc(ω)(折线)；（2）试写出校正装置的传递函数Gc(s);（3）计算校正后系统的相位裕度γ。

（15分）cp为s右半平面上的开环根的个数，v为开九、设开环系统的奈氏曲线如下图所示，其中，环积分环节的个数，试判别闭环系统的稳定性。

(10分)（a）(b)2《自动控制原理》试卷（B 卷）一、 求下图所示系统的传递函数)(/)(0s U s U i 。

（10分）（1图） （3图）二、假设某系统对于单位阶跃输入信号的响应为t t e e t y 10602.12.01)(---+= 。

(a) 求该系统的闭环传递函数。

参考答案及评分标准一、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.1B.2C.5D.10 7. 二阶系统的传递函数52 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T1=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 ks G ，当k =（ C ）时，闭环系统临界稳定。

自动控制原理试卷与答案（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=nω ， 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 ee --=+，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 ϕωτωω--=--，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<v ；B 、系统不稳定；C 、 输入幅值过大；D 、闭环传递函数中有一个积分环节。

《自动控制原理》试卷（一）A一、)(/)(s R s C二、 系统结构图如图所示，τ取何值时，系统才能稳定 ？（10分）三、已知负反馈系统的开环传递函数为， 42)2()(2+++=s s s K s W k(1) 试画出以K 为参数系统的根轨迹；(2) 证明根轨迹的复数部分为圆弧 。

（15分）四、已知一单位闭环系统的开环传递函数为)15.0(100)(+=s s s W K ，现加入串联校正装置：101.011.0)(++=s s s W c ，试： （20分）（1） 判断此校正装置属于引前校正还是迟后校正？（2） 绘制校正前、后系统及校正装置的对数幅频特性。

（3） 计算校正后的相位裕量。

五、非线性系统结构如图所示，设输入r=0, 绘制起始点在0)0(,1)0(00==>=c cc c 的c c -平面上的相轨迹。

（15分）C )(s )(s o六、采样控制系统如图所示，已知： （15分）1．求出系统的开环脉冲传递函数。

2．当输入为)(1*)(1*)(1)(221t t t t t t r ++=时，求稳态误差ss e 。

七、用奈氏稳定判据判断如下图所示系统的稳定性。

其中，（1）─（3）为线性系统，（4）─（6）为非线性系统。

（15分）《自动控制原理》试卷（一）B一、 控制系统的结构如下图。

(1) 当F （s ）=0时，求系统闭环传递函数)()()(s R s C s =Φ；(2) 系统中H 2（s ）应满足什么关系，能使干扰F （s ）对输出C （s ）没有影响？（10分）二、． 设某控制系统方框图如图所示，要求闭环系统的特征值全部位于s ＝－1垂线之左，试确定参数K 的取值范围。

（10分）三、.一单位负反馈系统的开环传函为)15.0()125.0()(++=s s s K s W ，欲使该系统对单位阶跃函数的响应为一振幅按指数规律衰减的简谐振荡时间函数，试用根轨迹法确定K 值范围（要求首先绘制根轨迹，求出并在图上标注主要的特征点参数）。