自动控制原理 重庆大学 练习题库及答案

绪论重点：1．自动控制系统的工作原理；2．如何抽象实际控制系统的各个组成环节；3．反馈控制的基本概念；4．线性系统（线性定常系统、线性时变系统）非线性系统的定义和区别；5．自动控制理论的三个基本要求：稳定性、准确性和快速性。

控制系统的数学模型重点：1.时域数学模型--微分方程；2.拉氏变换；3.复域数学模型--传递函数；4.建立环节传递函数的基本方法；5.控制系统的动态结构图与传递函数；6.动态结构图的运算规则及其等效变换；7.信号流图与梅逊公式。

难点与成因分析：1.建立物理对象的微分方程由于自动化专业的本科学生普遍缺乏对机械、热力、化工、冶金等过程的深入了解，面对这类对象建立微分方程是个难题，讲述时2.动态结构图的等效变换由于动态结构图的等效变换与简化普遍只总结了一般原则，而没有具体可操作的步骤，面对变化多端的结构图，初学者难于下手。

应引导学生明确等效简化的目的是解除反馈回路的交叉，理清结构图的层次。

如图1中右图所示系统存在复杂的交叉回路，若将a点移至b点，同时将c点移至d点，同理，另一条交叉支路也作类似的移动，得到右图的简化结构图。

图1解除回路的交叉是简化结构图的目的3. 梅逊公式的理解梅逊公式中前向通道的增益K P 、系统特征式∆及第K 条前向通路的余子式K ∆之间的关系仅靠文字讲述，难于理解清楚。

需要辅以变化的图形帮助理解。

如下图所示。

图中红线表示第一条前向通道，它与所有的回路皆接触，不存在不接触回路，故11=∆。

第二条前向通道与一个回路不接触，回路增益44H G L -=，故4421H G +=∆。

第三条前向通道与所有回路皆接触，故13=∆。

第三章时域分析法重点：1.一、二阶系统的模型典型化及其阶跃响应的特点；二阶典型化系统的特征参数、极点位置和动态性能三者间的相互关系；，s t）计算方法；2.二阶系统的动态性能指标（r t，p t，%3.改善系统动态性能的基本措施；4.高阶系统主导极点的概念及高阶系统的工程分析方法；5.控制系统稳定性的基本概念，线性定常系统稳定的充要条件；6.劳斯判据判断系统的稳定性；7.控制系统的误差与稳态误差的定义；8.稳态误差与输入信号和系统类型之间的关系；9.计算稳态误差的终值定理法和误差系数法；10.减少或消除稳态误差的措施和方法。

重庆大学 自动控制原理 课程试卷2006 ~2007学年第1学期A 卷参考答案一、解答:(20%)1.首先将题中方程转化为拉普拉斯域的方程，同时画出相应的部分结构图模块，如下：（12分）22221221221()()()()[()()]m c sT s Q s Q s T s Q s Q s m c s =-⇒=- (a)111111111()()()()m c sT s Q s T s Q s m c s =⇒=(b)0222()()()T s T s Q s R -=(c)2111()()()T s T s Q s R -=(d)2()s2()s 1()s (b)综合以上四步，可以画出系统的结构图：（4分）2. 整理出系统的传递函数为：（4分）2221112111()(1)(1)s R m c s R m c s R m c s Φ=+++二、解答：（20％）1.系统闭环传递函数为：（13分）2()(1)t Ks s KK s K Φ=+++，与标准二阶传递函数222()2n n ns s s ωζωωΦ=++相比可得到2n K ω=，21n t KK ζω=+又因为%20%0.455813.5312p p n et δζω==−−→===−−→=所以：212.4694nK ω==，210.178n t K K ζω-==2.系统为I 型系统，在单位阶跃下0ss e =（7分）三、解答：（15分）1.（1）根轨迹起点为系统开环极点：1230,2p p p ===-根轨迹终点系统的开环零点：三个无穷开环零点； （2）分支数： n=3，分支数为3；（3）因为本系统中，m ＝0，n ＝3，所以渐近线共有3条， 渐近线的倾角：(21)(21)60,60,18030o o ok k n m ππϕ++===---渐近线交点：110022303n mi ji j k p z n m σ==-+-=-==---∑∑（4）根轨迹在实轴上的分布： -2 ~ -∞之间。

重庆大学 自动控制原理(1) 课程试卷2010 ~2011 学年 第1 学期开课学院：自动化学院 课程号： 17001030考试日期：考试方式：考试时间： 120 分钟一、（20分）水箱液位控制系统如图1所示。

系统运行过程中无论用水流量如何变化(由阀门Q 2操纵)，希望水面高度(液位)H 保持不变。

1、简述工作原理。

2、画出系统的原理方块图，并指明被控对象、检测元件、执行元件、被控量、给定值和干扰。

3、该系统是开环还是闭环控制系统？是定值还是随动控制系统？二、（20分）已知机械系统的各环节或元件的输入输出微分方程组为：12110210022,(),()11,,i i F F F F f x x F k x x z F y F x z y f k =+=-=-⎧⎪⎨===+⎪⎩ 其中 1212,,,f f k k 均为已知参数。

1. 根据所给出的微分方程组，写出经拉普拉斯变换得到的代数方程组；2. 绘制各环节或元件的方框图；3. 绘制出以i x 为输入，o x 为输出的系统动态结构图；4. 求出该系统的闭环传递函数。

三、（15分）控制系统结构如图 2所示。

试确定使阻尼比为0.5时的t k 值，并比较两个系统的性能指标。

四、（15分）系统开环传递函数为32(1)()56k s G s s s s+=++。

试概略绘出闭环系统根轨迹，并求系统稳定的k 值范围。

命题人：组题人：审题人：命题时间：教务处制学院专业、班 年级 学号 姓名公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝作弊封线密图1 液位控制系统示意图()a()b图 2 系统结构图五、（15分）系统开环幅相特性曲线如图4所示，其开环传递函数在s 右半平面上的极点个数为P ，试判别闭环系统的稳定性。

六、（15分）单位负反馈系统开环传递函数为()(1)kG s s s =+。

若要求系统开环截止频率 4.4 /s c rad ω≥，相角裕度45γ≥，在单位斜坡输入信号作用下，稳态误差0.1ss e ≤，试求无源超前网络参数。

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=n7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。

第一章绪论重点：1．自动控制系统的工作原理；2．如何抽象实际控制系统的各个组成环节；3．反馈控制的基本概念；4．线性系统（线性定常系统、线性时变系统）非线性系统的定义和区别；5．自动控制理论的三个基本要求：稳定性、准确性和快速性。

第二章控制系统的数学模型重点：1.时域数学模型--微分方程；2.拉氏变换；3.复域数学模型--传递函数；4.建立环节传递函数的基本方法；5.控制系统的动态结构图与传递函数；6.动态结构图的运算规则及其等效变换；7.信号流图与梅逊公式。

难点与成因分析：1.建立物理对象的微分方程由于自动化专业的本科学生普遍缺乏对机械、热力、化工、冶金等过程的深入了解，面对这类对象建立微分方程是个难题，讲述时2.动态结构图的等效变换由于动态结构图的等效变换与简化普遍只总结了一般原则，而没有具体可操作的步骤，面对变化多端的结构图，初学者难于下手。

应引导学生明确等效简化的目的是解除反馈回路的交叉，理清结构图的层次。

如图1中右图所示系统存在复杂的交叉回路，若将a点移至b点，同时将c点移至d点，同理，另一条交叉支路也作类似的移动，得到右图的简化结构图。

图1 解除回路的交叉是简化结构图的目的3. 梅逊公式的理解梅逊公式中前向通道的增益K P 、系统特征式∆及第K 条前向通路的余子式K ∆之间的关系仅靠文字讲述，难于理解清楚。

需要辅以变化的图形帮助理解。

如下图所示。

图中红线表示第一条前向通道，它与所有的回路皆接触，不存在不接触回路，故11=∆。

第二条前向通道与一个回路不接触，回路增益44H G L -=，故4421H G +=∆。

第三条前向通道与所有回路皆接触，故13=∆。

第三章 时域分析法重点：1. 一、二阶系统的模型典型化及其阶跃响应的特点；2. 二阶典型化系统的特征参数、极点位置和动态性能三者间的相互关系；3. 二阶系统的动态性能指标（r t ，p t ，%σ，s t ）计算方法；4. 改善系统动态性能的基本措施；5. 高阶系统主导极点的概念及高阶系统的工程分析方法；6. 控制系统稳定性的基本概念，线性定常系统稳定的充要条件；7. 劳斯判据判断系统的稳定性；8. 控制系统的误差与稳态误差的定义；9. 稳态误差与输入信号和系统类型之间的关系；10. 计算稳态误差的终值定理法和误差系数法；11. 减少或消除稳态误差的措施和方法。

PLC试题一、填空题1、电气控制图中，接触器的索引如果为：则表示在图中接触器KM1有 3 个主触点在图中 2 区；接触器KM1有1个辅助常闭触点在图中 13 区。

2、电气控制电路图中，接触器的索引如果为右所示，则表示在图中接触器KM1有 3 个主触点在图中 2 区；接触器KM1有 0 个辅助常闭触点。

3、热继电器是对电动机进行长期过载保护的电器。

4、电气控制图一般分为主电路和辅助电路两部分。

5、按国标规定，“停止”按钮必须是红色，“启动”按钮必须是绿色。

6、熔断器是短路保护的电器。

7、继电接触器控制系统中的互锁种类可以分为电气互锁和机械（按钮）互锁。

8、电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器布置图、电气安装接线图。

二、简答题1、交流电磁线圈误接入相应直流电源，或者直流电磁线圈误接入相应交流电源，将分别产生什么问题？为什么？答：直流电磁线圈匝数多，接到交流电源上，产生的感应电动势能平衡外部电压，器械不动作；交流电磁线圈匝数少，接到直流电源上，产生的感应电动势不足以平衡外部电压，易烧坏器械。

2、简述速度继电器的工作原理。

答：速度继电器的转子空套在电动机的转轴上，定子中嵌有磁性导条，一旦电动机转动，带动转子在定子中做切割磁力线运动，产生感应电流，继而产生电磁转矩，使定子向轴转动方向偏摆一定角度，从而使定子柄拨动触点系统动作。

当转速下降，转矩减小，定子柄在弹簧力的反作用力下复位，触点系统也复位。

三、设计题1、试设计一三相异步电动机的正反转控制电路，要求加入基本的保护环节。

参考电路：2、试设计一可以实现两地同时控制同一电动机起停的控制电路。

参考电路：PLC部分一、填空题1、说出下列指令的名称L D 逻辑取指令LDI 逻辑取反指令OUT 驱动线圈输出指令AND 单个常开触点的串联连接指令ANI 单个常闭触点的串联连接指令O R 单个常开触点的并联连接指令ORI 单个常闭触点的并联连接指令LDP 取脉冲上升沿指令LDF 取脉冲下降沿指令ANDP 与脉冲上升沿指令ANDF 与脉冲下降沿指令ORP 或脉冲上升沿指令ORF 或脉冲下降沿指令ORB 电路块的或操作指令ANB 电路块的与操作指令MPS 进栈指令MRD 读栈指令MPP 出栈指令M C 主控指令MCR 主控复位指令INV 取反指令SET 置位指令RST 复位指令PLS 输入信号上升沿产生微分输出指令PLF 输入信号下降沿产生微分输出指令NOP 空操作指令END 总程序结束指令RET 步进返回指令STL 步进梯形指令T O 从特殊功能模块写入指令FROM从特殊功能模块读出指令SFTR 位右移位指令SFTL 位左移位指令MOV 数据传送指令INC 加1指令DEC 减1指令CMP 比较指令ZCP 区间比较指令C J 条件跳转指令ZRST 区间复位指令ADD 二进制加法指令SUB 二进制减法指令2、PLC的输入/输出继电器采用 8 进制进行编号，其它所有软元件均采用 10 进制进行编号。

自动控制原理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 自动控制系统中，开环系统与闭环系统的主要区别在于（）。

A. 是否有反馈B. 控制器的类型C. 系统是否稳定D. 系统的响应速度答案：A2. 在控制系统中，若系统输出与期望输出之间存在偏差，则该系统（）。

A. 是闭环系统B. 是开环系统C. 没有反馈D. 是线性系统答案：B3. 下列哪个是控制系统的稳定性条件？（）A. 所有闭环极点都位于复平面的左半部分B. 所有开环极点都位于复平面的左半部分C. 所有闭环极点都位于复平面的右半部分D. 所有开环极点都位于复平面的右半部分答案：A4. PID控制器中的“P”代表（）。

A. 比例B. 积分C. 微分D. 前馈答案：A5. 在控制系统中，超调量通常用来衡量（）。

A. 系统的稳定性B. 系统的快速性C. 系统的准确性D. 系统的鲁棒性答案：C6. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s)，闭环传递函数为T(s)，则闭环传递函数T(s)是（）。

A. G(s)H(s)B. G(s)H(s)/[1+G(s)H(s)]C. 1/[1+G(s)H(s)]D. 1/G(s)H(s)答案：B7. 根轨迹法是一种用于（）的方法。

A. 系统稳定性分析B. 系统性能分析C. 系统设计D. 系统故障诊断答案：B8. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s)，闭环传递函数为T(s)，则T(s)的零点是（）。

A. G(s)的零点B. H(s)的零点C. G(s)和H(s)的零点D. G(s)和H(s)的极点答案：A9. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s)，闭环传递函数为T(s)，则T(s)的极点是（）。

A. G(s)的零点B. H(s)的零点C. 1+G(s)H(s)的零点D. G(s)和H(s)的极点答案：C10. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s)，闭环传递函数为T(s)，则系统的稳态误差与（）有关。

自动控制原理考试试卷及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪项不是自动控制系统的基本组成部分？A. 控制器B. 被控对象C. 执行机构D. 操作人员答案：D2. 在自动控制系统中，下列哪项属于反馈环节？A. 控制器B. 执行机构C. 被控对象D. 反馈元件答案：D3. 下列哪种控制方式属于闭环控制？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制答案：D4. 下列哪种控制方式属于开环控制？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分控制答案：A5. 在自动控制系统中，下列哪种控制规律不会产生稳态误差？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案：B6. 下列哪种控制方式适用于一阶惯性环节？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制答案：A7. 在自动控制系统中，下列哪种环节不会产生相位滞后？A. 比例环节B. 积分环节C. 微分环节D. 比例-积分环节答案：A8. 下列哪种控制方式可以使系统具有较好的稳定性和快速性？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案：D9. 在自动控制系统中，下列哪种环节可以使系统具有较好的阻尼效果？A. 比例环节B. 积分环节C. 微分环节D. 比例-积分环节答案：C10. 下列哪种控制方式可以使系统具有较好的跟踪性能？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案：D二、填空题（每题2分，共20分）1. 自动控制系统的基本组成部分有：控制器、被控对象、执行机构、________。

答案：反馈元件2. 在自动控制系统中，反馈环节的作用是________。

答案：减小系统的稳态误差3. 闭环控制系统的特点有：________、________、________。

答案：稳定性好、快速性好、准确性高4. 开环控制系统的缺点有：________、________、________。