2014华南理工大学自动控制原理考研真题与答案

一、(10分)解：传递函数G(s):根据梅逊公式 1()()()ni ii P C s G s R s =∆==∆∑ （2分） 4条回路:123()()()L G s G s H s =-, 24()()L G s H s =-，3123()()(),L G s G s G s =- 414()()L G s G s =- 无互不接触回路。

（2分） 特征式：423412314111()()()()()()()()()()i i L G s G s H s G s H s G s G s G s G s G s =∆=-=++++∑（2分）2条前向通道: 11231()()(), 1P G s G s G s =∆= ；2142()(), 1P G s G s =∆= （2分）12314112223412314()()()()()()()()1()()()()()()()()()()G s G s G s G s G s PP C s G s R s G s G s H s G s H s G s G s G s G s G s +∆+∆∴===∆++++（2分）二、（10分）解：开环传递函数2(1)()K as G s s+=（2分） 闭环传递函数222222()(1)21n n n KK s s K as s Kas K s s s ωφξωω===++++++（2分）已知%0.2eπξσ-==，3p t s ==所以，0.46ξ====（2分）K,a 分别为：21.4n K ω==， （2分）2 1.090.781.4n a K ξω=== （2分） 三、 (14分)解：(1)Ⅰ型系统在跟踪单位斜坡输入信号时，稳态误差为 1ss ve K =（2分） 而静态速度误差系数 0(0.51)lim ()()lim (1)(21)v s s K s K s G s H s s K s s s →→+=⋅=⋅=++ （2分）稳态误差为 11ss v e K K==。

433华南理工大学2004年攻读硕士学位研究生入学考试试卷（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回）科目名称：自控基础综合适用专业：控制理论与控制工程、交通信息工程及控制、系统分析与集成、检测技术与自动化装置、系统工程、模式识别与智共页第一部分 自动控制原理(必答题,共100分)1　已知某自整角机随动系统如图－１所示。

其中，自整角机检测装置、交流放大器的传递函数分别为，交流伺服电动机和减速器的传递21K K 和函数为，交流测速发电机的传递函数为，)1()()(30+=Ts s K s U s a θ4)()(K s s U f =Ω减速器的减速比为。

要求： （共20分）)1( 21<=Z Z i i 1　绘出系统的结构图；　　2　求出系统的传递函数；)()(s s i o θθ　3　求出系统在给定速度输入信号作用下的稳态误差。

t t i 2)(=θss e２、已知单位反馈系统的开环传递函数为：，当)0( , )()2()(2>++=a a s s s K s G g a取不同数值时，变化时的系统根轨迹可能有二个分离点、一个分∞~0由g K 离点，或无分离点（的点除外）。

要求： （共20分）0=s 1　绘出几种有代表性的根轨迹大致图形；　2　图解讨论的取值对系统稳定性的影响。

a ３、某单位反馈系统（最小相位系统）在时的开环幅相频率特性1=K )(ωj G 曲线如图－２所示。

要求： （共20分）　1　判断该系统的稳定性；　2　确定使系统稳定时开环放大系数K 的取值范围（设）。

0>K。

（完整版）⾃动控制原理试题答案∑??=i i i s s Q s H )()(1)(zidpngkongzhi1 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。

课程名称: 自动控制理论 （A/B 卷 闭卷）试卷A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 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。

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自动控制原理：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.1 B 。

2 C.5 D 。

107. 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。

813华南理工大学2014年攻读硕士学位研究生入学考试试卷（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回）科目名称：自动控制原理适用专业：机械制造及其自动化；机械电子工程；机械设计及理论；测试计量技术及仪器；机械工程(专硕)；仪器仪表工程(专硕)共4页一．填空题（24分，每空2分）1.在控制系统中，线性系统是满足原理的系统。

2.按系统有无反馈，通常可将控制系统分为和。

3.传递函数21s的相角为。

4.频率响应的输入信号为。

5.已知某二阶系统的单位阶跃响应输入为衰减的振荡过程，那么可以推断其阻尼比ξ的范围为。

6.已知一个单位负反馈系统，其开环传递函数()()14k G s s s =+，在单位阶跃输入作用下的稳态误差是。

7.一个系统的微分方程为()()()()65y t yt y t u t ++=，该微分方程所代表的系统的阶数和性质是。

8.对于一个物理可实现系统，传递函数分母s 的阶次n 和分子阶次m 的关系是。

9.一阶系统11Ts +的单位阶跃响应的时域表达式是。

10.设惯性环节的频率特性为()()201G j j ωω=+，当频率ω从0变化到∞时，则幅相频特性曲线是一个半圆，该半圆位于极坐标平面的第象限。

11.稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与的类型有关。

813华南理工大学2015年攻读硕士学位研究生入学考试试卷（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回）科目名称：自动控制原理适用专业：机械工程；测试计量技术及仪器；机械工程(专业学位)；仪器仪表工程(专业学位)共5页一．填空题(24分,每空2分)1．对一个自动控制系统的基本要求可归结为三个方面,即:。

2．一阶系统11Ts +的单位脉冲响应的时域表达式为。

3．根轨迹的起点和终点分别为。

4．设某一环节的频率特性为1()1G j j ωω=-+，当频率ω从0变化到∞，该环节的幅相曲线位于极坐标平面第象限的一个半圆。

华南理工大学《自动控制原理》-历年真题填空问答参考答案2005年：一．填空1.控制系统从信号传送的特点或结构形式来看，可分为开环控制和闭环控制系统。

2.闭环控制系统，对主反馈而言，只有按负反馈原理组成的闭环控制系统才能实现自动控制。

因为这种系统能使偏差越来越小，甚至被消除。

3.工程上把控制性能的要求归纳为稳定性快速性和准确性三个方面。

4.利用Routh判据判断闭环系统稳定的充分必要条件是系统特征方程的全部系数（不缺项）均为正数，且Routh 表第一列元素都是正数。

5.二阶系统，其阻尼系数等于1时，单位阶跃响应是单调衰减过程，若阻尼系数大于零小于1，单位阶跃响应是衰减的振荡过程。

6.减小或消除控制系统的稳态误差，通常可以通过增大系统的开环放大系数或增加前向通道积分环节个数来达到，但往往又会使系统的动态性能变差，甚至导致系统不稳定。

二．简答题1.线性定常系统的传递函数定义是什么？传递函数与什么有关？答：线性定常系统，在初始条件为0的条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为该系统的传递函数。

传递函数表达式中各系数的值完全取决于系统的结构和参数。

2.自动控制系统稳定的定义是什么？系统稳定性与闭环极点有何关系？答：假设系统处于某一起始的平衡状态，在外作用的影响下它离开了平衡状态，当外作用消失后，经过足够长的时间它能回复到原来的平衡状态，则称该系统是稳定的。

系统稳定的充要条件是：系统的闭环极点均为负实数或（和）具有负实部的共轭复数，即系统所有闭环极点均位于复平面的虚轴左半部。

2006年一．填空1.在闭环控制系统中，通过检测元件将输出量转变成与给定信号进行比较的信号，这个信号称为反馈信号。

2.若前向通道的传递函数为()G s，反馈通道的传递函数为()H s，则开环传递函数为()()G s H s。

3.齿轮副中，以主动轮角速度ω为输入，以被动轮转角θ为输出，则这个装置为积分环节。

4.若环节的传递函数为Ks ，则其对数幅频特性()Lω在零分贝点处的频率数值为K 。

自动控制原理试卷A(1)2． （10分）已知某系统初始条件为零，其单位阶跃响应为)0(8.08.11)(94≥+-=--t e e t h t t ，试求系统的传递函数及单位脉冲响应。

3.（12分）当ω从0到+∞变化时的系统开环频率特性()()ωωj j H G 如题4图所示。

K 表示开环增益。

P 表示开环系统极点在右半平面上的数目。

v 表示系统含有的积分环节的个数。

试确定闭环系统稳定的K 值的范围。

4．（12分）已知系统结构图如下，试求系统的传递函数)(,)(s E s C0,3==p v （a ）0,0==p v （b ） 2,0==p v （c ） 题4图 题2图6．（15分）某最小相位系统用串联校正，校正前后对数幅频特性渐近线分别如图中曲线(1)、(2)所示，试求校正前后和校正装置的传递函数)(),(),(21s G s G s G c ，并指出Gc （S ）是什么类型的校正。

8．（12分）非线性系统线性部分的开环频率特性曲线与非线性元件负倒数描述曲线如下图所示，试判断系统稳定性，并指出)(1x N和G （j ω）的交点是否为自振点。

自动控制原理试卷A （2）1．（10分）已知某单位负反馈系统的开环传递函数为)5(4)(+=S S s G ，求该系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应。

2．（10分）设单位负反馈系统的开环传递函数为)0()(3>=K SKs G ，若选定奈氏路径如图（a ）（b ）所示，试分别画出系统与图（a ）和图（b ）所对应的奈氏曲线，并根据所对应的奈氏曲线分析系统的稳定性。

3．（10分）系统闭环传递函数为2222)(nn n s s G ωξωω++=，若要使系统在欠阻尼情况下的单位阶跃响应的超调量小于16.3%，调节时间小于6s ，峰值时间小于6.28s ，试在S 平面上绘出满足要求的闭环极点可能位于的区域。

（8分） 4.（10分）试回答下列问题： （1） 串联超前校正为什么可以改善系统的暂态性能？ （2） 从抑制扰动对系统的影响这一角度考虑，最好采用哪种校正方式？ 5．（15分）对单位负反馈系统进行串联校正，校正前开环传递函数)12()(2++=S S S Ks G ，试绘制K 由0→+∞变化的根轨迹。

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《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s T K 2.0,10==： （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）s e sT --1 2s K s 5.0 )(s R)(s E )(s C c21se r _ u1 2 0《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）。