哈工大自动控制理论考卷及答案

哈工大自动控制原理03秋试题及答案1自动控制原理试题(A)及答案 2003春一．R-L-C 四网络如图所示，设信号源内阻为零，试绘制关于输入电压)(t u i ，输出电阻2R 两端压)(0t u 的结构图及求传递函数。

答：12122122)()(R s L R CR s CLR CLRsCLR ++++二. 已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为)1()(0+=Ts s K s G 试选择参数K 和T 的值以同时满足下列两组指标。

（1）当t t r =)( 时，系统稳态误差%2≤ss e ；（2）当)(1)(t t r =时，系统的动态性能指标为%20≤σ，s t s 1.0≤（取%5±误差带）答：456.0≥ξ，30≥n ξω，T=0.016s ，K=60>50，三．控制系统的方块图如下，如系统以s /rad 5=ω的角频率等幅振荡，试确定此时的K 和τ的数值。

答案: K=10, 2.0=τ四．控制系统框图如下试绘制以τ为变量的根轨迹图。

)11.0(100)(1.0+=-s s es G s2现有三种串联校正装置均为最小相位的，它们对数幅频特性渐近线如下图，求解（1）若要使系统的稳态误差不变，而减小超调量，加快系统的动态响应速度，应选哪种装置？为什么？系统相位裕度量最大可能增加多少？（2）若减小系统的稳态误差，并保持超调量和动态响应速度不变，应选用哪种校正装置？为什么？系统的稳态误差可减小多少？答案:(1) 选(A) o c 54.45=? (2)选(C) ; 是校正前的1/5六．已知非线性系统的结构图如图。

0)(=t r ，0>k ，0≥T ，M=2，求：（1） T=0时，写出ee - 平面上相轨迹的等倾线方程。

（2）用描述函数法分析0>T 时系统自由运动，若能自激震荡，试确定K 与T 的值使振幅和频率分别为X=2，3=ω。

XMX N π4)(=答：（1） 4+-=αkMee>0 ； 4+=αkMee<0; (2) T=0,443; k=15.54七．设输入函数为单位速度信号，试按最少拍指标设计下图所示系统的数字控制器)(z D 。

1、分别通过方框图等效化简及梅森增益公式求取图所示系统的传递函数C(s)/F(s).方法2：12()P G s =, 2121()()()P G s G s H s =- 122()()L G s H s =, 2123()()()L G s G s H s =- 221231()()()()()G s H s G s G s H s ∆=-+11∆=, 21∆= 212122123()()()()()()1()()()()()G s G s G s H s C s F s G s H s G s G s H s -=-+2、解：（1）系统开环传递函数为：2()(6)k G s s s =+考虑到系统为单位负反馈系统，得其璧还传递函数为：232()()1()(6)6G s k k s G s s s ks s kΦ===+++++（2）若增加一个开环零点-4，则系统的开环传递函数为：2(4)()(6)k s G s s s +'=+ 属于1800根轨迹1)起始点（开环零极点）：01=p ，20p =，36p =-，14z =-；2=-m n ；2)分支数为n=3 3）连续并对称4）渐近线：2=-m n 条31111i ji j a p z n mσ==-=-=--∑∑(21)90,12a k k πφ+==±=±5）实轴上根轨迹：在实轴上区域[-6，-4]是根轨迹。

负实零点对系统稳定性的影响：对比两图可知，加入开环零点后，系统由一个不稳定系统变成了稳定系统（k 〉0的情况下） 3、解：方法（一）（15分）1）根据系统响应单位速度信号的稳态误差%1≤ss e ，11100v ssK se -≥=。

取1100v K s -=。

则0100()(0.041)G s s s =+。

2）取20c ω=。

[代入0()c G j ω∠，则0000()180()90arctg (0.04)51c c c G j γωωω=+∠=︒-=0000()()(510)51(510)4146)40c c γωγω=-+=-=>因此满足动态性能要求，可以采用滞后校正----可省略]。

自动控制理论_哈尔滨工业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对于惯性环节【图片】，下列说法错误的是（）。

参考答案:其微分方程为。

2.负反馈系统的开环极点为-1、-4（两重极点），开环零点为-2；若该系统具有一对实部为-3.75的共轭复极点，那么该系统的另外一个极点为（）。

参考答案:-1.53.某单位负反馈控制系统的开环传递函数为【图片】，若使该系统在单位斜坡信号作用下的稳态误差小于0.2 ，那么K的范围应为（）。

参考答案:44.传递函数为【图片】，在阶跃输入下，输出响应的形式为（）。

参考答案:单调上升5.系统的开环传递函数是指（）。

参考答案:所指定的闭环回路主反馈点断开后，反馈信号和偏差信号之比6.设单位反馈系统的开环传递函数为【图片】，当K由0增大时，闭环系统（）。

参考答案:由不稳定到稳定7.控制系统的稳态响应是指【图片】时（）。

参考答案:系统对某一输入信号的固定响应8.系统的开环传递函数为【图片】，当增大K时，闭环系统阶跃响应的超调量（），调整时间（）。

（调整时间近似取【图片】）参考答案:增加；不变9.已知单位反馈系统的开环传递函数为【图片】，其闭环系统稳定的条件是（）。

参考答案:K>1510.控制系统如图所示，若使系统在斜坡输入下的稳态误差为零，【图片】应取为（）。

（定义误差e(t)=r(t)-c(t)）【图片】参考答案:1/K11.已知单位反馈系统的开环传递函数为【图片】，当输入信号为【图片】时，闭环系统输出的稳态误差为（）。

参考答案:0.212.求取控制系统的时域响应的方法有（）。

参考答案:求取系统的输出，并求其拉氏反变换_求得其微分方程的通解和特解之和_求得暂态分量和稳态分量之和_求得零输入响应和零状态响应之和13.减小或消除系统稳态误差的方法主要有（）。

参考答案:增大系统的开环增益_引入适当的前馈环节_在前向通道中串联积分环节14.如果一个线性系统是稳定，那么（）。

令 , ,
则根据系统框图可得
代入 ，得
另 ，得到系统的干扰输出
则误差表达式为
若积分环节加在扰动点之前则
， ,
可求得 。
若积分环节加在扰动点之后，则
, ,
可求得
由此可见在扰动点之前的前向通道加入积分环节，才能消除阶跃扰动产生的稳态误差。
3.23
设
则系统的闭环传递函数为：
误差为
将 及 得
闭环特征方程为
又因为 故系统稳定，与参数a，b无关。
若
则有系统的稳态误差
则求出待定系数为
3.29
当a=0时系统的闭环传递函数为：
则根据
得 。
当 ，根据系统的闭环传递函数为
则根据
得a=0.25
3.30
由图3.30所示的单位阶跃响应 ，可得系统的超调量和峰值时间为
又有参数间的关系：
因为系统的开环传递函数为 ，则系统的闭环传递函数为
则
得到参数为
3.34
列Routh表可得
3.12
由系统框图可知系统的开环传递函数为
因为是单位反馈，可得系统的特征方程为
如果要求闭环传递函数的特征根全部位于s=-1垂线之左，可令s=z-1，并代入特征方程，得
建立Routh表
Z3115
z21140K-27
z1 0
z040K-27
令第一列的元素全部为正，可得不等式组
解得K的取值范围为
3.14
由系统框图可以求得系统的开环传递函数为
3.1
图3.1（b）所示的单位阶跃响应具有等幅振荡特性，说明系统的阻尼比 。这与系统主反馈取“-”及内反馈取“0”相对应，因为在这种情况下该二阶系统的传递函数为
图3.1（c）所示单位阶跃响应具有发散特性，说明系统不稳定。这与系统的主反馈取“-”及内反馈取“+”相对应，因为在这种情况下，该二阶系统的传递函数为：

A.
2
3s 2 6s 2
C.
2
2s2 6s 3
B.
1
3s 2 6s 2
D.
1
2s2 6s 3
7. 引出点前移越过一个方块图单元时，应在引出线支路上（ ）
A.并联越过的方块图单元
B.并联越过的方块图单元的倒数
C.串联越过的方块图单元
D.串联越过的方块图单元的倒数
8.
设一阶系统的传递 G (s)
6. 梅逊公式主要用来（ ）
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
7. 已知二阶系统单位阶跃响应曲线呈现出等幅振荡，则其阻尼比可能为（ ）
A.0.6
B.0.707
C.0
D.1
8. 在系统对输入信号的时域响应中，其调整时间的长短是与（ ）指标密切相关。
A.允许的稳态误差
B.允许的超调量
41.求图示方块图的传递函数，以 Xi (s)为输入，X0 (s)为输出。
Xi(s) + - + -
+
G1 H2
-
G2
G4
G3 H3
+ + X0(s)
42.建立图示系统的数学模型，并以传递函H数1 形式表示。
x0
k1
k2
fi
M
D
43.欲使图所示系统的单位阶跃响应的最大超调量为 20%，峰值时间为 2 秒，试确定 K 和 K1 值。
37.一阶惯性系统当输入为单位阶跃函数时，如何用实验方法确定时间常数 T ？其调整时间
ts 和时间常数 T 有何关系，为什么？ 38.什么是主导极点？主导极点起什么作用，请举例说明。

一、单项选择题（共18分）【注:易丢分题，个别拔高题】1-5：AACBD 【第5题提示：据频率特性定义】； 6-9：D C B B 二、填空题（共16分）【注:易丢分题，个别拔高题】1.被控对象；2．0，0；3．0.1；4．10(1)()(0.11)s G s s s +=+5．1【提示：令分母=0用劳斯判据】；6．0=e ；7．1221()()()1()RG z G z C z G HG z =+（其中，21G HG 之间、1RG 之间顺序可交换）三、计算题（共16分）22123()()C s N s122()()L G s H s =, 2123()()()L G s G s H s =-221231()()()()()G s H s G s G s H s ∆=-+，11∆=, 21∆=212122123()()()()()()1()()()()()G s G s G s H s C s N s G s H s G s G s H s -=-+ 2.解：原系统的闭环传递函数为()(1)(21)Ks s s s KΦτ=+⋅++因误差)()()(t c t r t e -=，将原系统等效成单位负反馈系统【注:拔高题---考的是误差定义】，则等效后的单位负反馈系统的误差传递函数为22(1)()1()(21)e s K ss s s s KτΦΦ+-=-=++22002(1)1lim ()()lim 0(21)ss e s s s K s e s s R s s s s K s τ→→+-=Φ=⋅⋅=++10K K τ-=，则1Kτ= 四、计算题（共15分） 解：1.系统根轨迹方程()()()514.8K s G s s s +==--，故绘制180°根轨迹【注:不可缺】。

1) 120, 4.8p p ==，2n =；15z =-，1m =； 2)实轴上的根轨迹为~5-∞-以及0~4.8；3)根轨迹与实轴的分离点：()4.8[]05s s dK dds ds s -=-=+则210240s s +-=，实轴上的分离点122,12x x s s ==-。

第一章测试1【单选题】(2分)对自动控制系统的基本要求是（）、快速性、准确性。

（）是保证控制系统正常工作的先决条件。

A.稳定性；准确性B.稳态误差；快速性C.稳态性能；稳定性D.稳定性；稳定性2【单选题】(2分)传递函数只适用于单输入单输出（）系统。

A.线性定常；B.线性时变；C.非线性定常；D.非线性时变。

3【单选题】(2分)从元器件职能看热水器水温控制系统，蒸汽阀门是（）元件，温度传感器是（）元件。

A.执行，比较。

B.执行，测量；C.比较，给定；D.放大，测量；4【单选题】(2分)扰动控制技术只适用于（）的场合。

A.扰动可知的B.扰动未知C.系统参数已知的D.扰动可以测量5【单选题】(2分)闭环控制又称为（）。

A.前馈控制B.黑箱控制C.反馈控制D.补偿控制6【单选题】(2分)下列不属于自动控制系统基本控制方式的是（）。

A.闭环控制B.程序控制C.复合控制D.开环控制7【判断题】(2分)同一物理系统，当输入输出变量不同时，描述系统传递函数的分母可能不同。

A.错B.对8【判断题】(2分)复合控制有两种基本形式，按输入补偿的复合控制和按扰动补偿的复合控制。

A.错B.对9【判断题】(2分)相比开环直流电动机转速系统，闭环直流电动机转速系统成本高、结构复杂，但抗干扰能力强。

五、(共 15 分)已知某单位反馈系统的开环传递函数为 G(s) Kr :
s(s 3)2
1、绘制该系统以根轨迹增益 Kr 为变量的根轨迹（求出：渐近线、分离点、 与虚轴的交点等）；（8 分）
2、确定使系统满足 0 1的开环增益 K 的取值范围。（7 分）
六、（共 22 分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线 L0 () 如图 5 所示：
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 ( s 1) s2 (Ts 1)
，则其开环幅频特性
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
三、(8 分)写出下图所示系统的传递函数 C(s) （结构图化简，梅逊公式均
R(s)
可）。
7
四、（共 20 分）设系统闭环传递函数
(s)
C(s) R(s)
T
2s2
1 2Ts
1
，试求：
1、 0.2 ；T 0.08s ； 0.8 ；T 0.08s 时单位阶跃响应的超调量 % 、
调节时间 ts 及峰值时间 t p 。（7 分） 2、 0.4 ；T 0.04s 和 0.4 ；T 0.16s 时单位阶跃响应的超调量 % 、
A、 K (2 s) s(s 1)
B
、
K (s 1) s(s 5）
C
、K s(s2－s 1)
D、 K (1 s) s(2 s)
8、若系统增加合适的开环零点，则下列说法不正确的是 ( )。

哈工大 春 季学期自 动 控 制 理 论 试 题一．试用化简方块图的方法，求系统的传递函数)()(S R S Y 。

[15分]第 1 页 （共 9 页）草 纸（草纸内不得答题）二．系统结构图为[15分]求：1，为使闭环系统稳定，确定K的取值范围。

2，当K为何值时，系统出现等幅振荡，并确定等幅振荡的频率。

、草纸（草纸内不得答题）三．系统结构图如下，当要求系统的单位阶跃响应()y t 具有超调量%20=P σ，调节时间 2.2S t =秒（0.02∆=）。

求：（1）确定前置放大器K 的放大倍数及内反馈系数τ的值。

（2）在动态指标所确定的1K 及τ下，当输入信号分别为)(1)(t t r =、t t r =)(、221)(t t r =时，系统的稳态误差?)(=∞SS e 。

[15分]、草 纸（草纸内不得答题）试绘出系统根轨迹的大致图形，并从根轨迹图上回答下述问题：1）系统根轨迹放大系数（根迹增益）的稳定范围，临界稳定时的振荡频率。

2）系统根轨迹放大系数为何值时，系统的阶跃响应含振荡分量。

3）系统根轨迹放大系数为何值时，系统的阶跃响应呈单调形式。

第4 页（共9 页）、草纸（草纸内不得答题）技术指标要求：相角稳定裕量：050≥γ；剪切频率：15≥C ω秒-1。

当t t r =)(时，01.0)(=∞SS e 。

试求?)(=s G C(注：系统的固有特性、校正特性及校正后的特性均应画在给出的对数坐标纸上。

)、草 纸（草纸内不得答题）非线性部分的描述函数XX N π4)(=。

试分析系统的稳定性，如存在自持振荡，请计算出振荡的频率和振幅。

第 7 页 （共 9 页）、草 纸（草纸内不得答题）七．回答下列各问 [17分] 1．在下述图中，各控制系统的开环幅相频率特性如图所示，P 为各开环传递函数在s 平面右半部的极点数，试判断各闭环系统的稳定性。

[4分]P=2P=0P=1P=02．a 、b 两最小相位系统其开环渐近对数幅频特性如图所示 [4分]ωa) b)试述a 、b 两系统的超调量、调节时间有何变化？并说明理由。

哈工大自动化试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 自动化系统中，下列哪个不是控制系统的基本组成部分？A. 传感器B. 执行器C. 变频器D. 操作员答案：D2. 在自动化技术中，PID控制器的“P”代表什么？A. 比例（Proportional）B. 积分（Integral）C. 微分（Derivative）D. 优先级（Priority）答案：A3. 自动化设备在运行过程中，通常需要进行哪些类型的维护？A. 定期维护B. 预防性维护C. 应急维护D. 所有以上选项答案：D4. 在自动化系统中，传感器的主要作用是什么？A. 执行操作B. 检测物理量C. 供电D. 数据存储答案：B5. 以下哪个不是自动化系统中常用的输入设备？A. 按钮B. 触摸屏C. 打印机D. 扫描仪答案：C6. 自动化系统中的执行器通常用于实现什么功能？A. 数据处理B. 驱动机械部件C. 存储数据D. 显示信息答案：B7. 在自动化技术中，什么是开环控制系统？A. 系统没有反馈环节B. 系统有反馈环节C. 系统使用PID控制器D. 系统使用变频驱动器答案：A8. 自动化系统中的PLC代表什么？A. 可编程逻辑控制器B. 电源线控制器C. 个人学习计算机D. 打印逻辑控制器答案：A9. 在自动化系统中，以下哪个设备通常用于数据采集？A. 变频器B. 传感器C. 执行器D. 显示器答案：B10. 自动化系统中的SCADA系统主要用于什么？A. 视频监控B. 数据采集与监控C. 机器学习D. 网络通信答案：B二、填空题（每题2分，共20分）11. 自动化系统中的DCS指的是_________控制系统。

答案：分布式控制系统12. 在自动化技术中，闭环控制系统也被称为_________控制系统。

答案：反馈13. 自动化设备的性能可以通过其_________和稳定性来衡量。

答案：响应速度14. 一个典型的自动化生产线包括输入、处理、_________和输出四个基本环节。

c -1 οG (s )N (A ) D D哈尔滨工程大学试卷考试科目:自动控制理论(一)三. (15 分)稳定性判据(1) 已知系统特征方程为s 4 + 5s 3 + 5s 2 + 5s + 5 = 0 ，判断该系统的稳定性， 若闭环系统不稳定，指出在[S ] 平面右半部的极点个数。

(要有劳斯计算表) (2) 已知最小相位系统的对数幅频渐近特性曲线(图 4)，求系统的开环传递函数G (s ) ，判断闭环系统的稳定性。

(要说明理由)db注意：解题要有主要步骤。

一. (20 分)计算传递函数(1) (10 分) 计算图 1 所示四端网络的传递函数40 0 -200 0.05-20 50图 4ω-20G (s ) = U c (s )。

R四. (15 分)已知控制系统的特征方程为 (s + 1)(s 2 + 6s + 10) + k (s + 7) = 0 ， U r (s )C 1 C 2 要求：(1) 绘制k ： 0 → ∞ 的根轨迹(要有主要步骤)；u r ↓↓u cR图 1(2) 指明使闭环系统稳定的k 的取值范围；(3) 给出使所有闭环极点在s = -1的左边的k 的取值范围。

五. (15 分)设单位负反馈系统的开环传递函数为(2) (10 分)已知系统的方框图如图 2 所示，R (s)C (s)G 0 (s ) =k， s (s + 1)(0.0625s + 1)+G 2 + -- 5 +-设计串联校正环节G c (s ) ，使校正后的系统满足下列性能指标：开环增益 K v ≥ 10s ；剪切频率ω ≥ 2.4 rad / s ；相角裕度γ ≥ 52 。

图 2试求闭环传递函数Φ(s ) =C (s )。

(提示：应用信号流图及梅森公式。

) R (s )二. (20 分)已知控制系统如图 3 所示，+C (s) 六. (15 分)非线性系统分析(1) (6 分)已知线性系统运动方程e &+ b e &+ ce = 0 ， 分别给出系统在相平面中具有(a)稳定焦点、(b)不稳定节点和(c)鞍点时，参数 b 和 c 的取值范围。

《自动控制理论》参考资料一、单选（本大题共60小题，每小题1分，共60分）在每小题列出的备选项中只有一个符合题目要求的，请将其选出并将“答题卡”的相应代码涂黑，错涂、多涂或未涂均无分1.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。

2.关于线性系统稳态误差，正确的说法是：（C）A.一型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差B.增大系统开环增益K可以减小稳态误差C.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D.减小系统开环增益K可以减小稳态误差3.在各种校正方式中，______是最常见的一种，常加在系统中能量最小的地方。

(B )A.并联校正B.串联校正C.局部反馈校正D.前馈校正4.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5.欲改善系统动性能，一般采用(A )。

A.增加附加零点B.增加附加极点C.同时增加附加零点，极点D.A,B,C均不行而用其它方法6.若某负反馈控制系统的开环传递函数为5/[s(s+5)] ，则该系统的闭环特征方程为（B）A.s(s+1)=0B.s(s+1)+5=0C.s(s+1)+1=0D.与是否为单位反馈系统有关7.已知串联校正装置的传递函数为0.2(s+5)/(s+10)，则它是（C）A.相位迟后校正B.迟后超前校正C.相位超前校正D.A、B、C都不是8.与开环控制系统相比较，闭环控制系统通常对（B）进行直接或间接的测量，通过反馈环节去影响控制信号。

A.输入量B.输出量C.扰动量D.设定量9..单位反馈系统的开环传递函数G(s)=16/(s(s+4*sqrt(2)))，其幅值裕度h等于（D）A.0B.4sqrt(2)DbC.16dBD.无穷10.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（D）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)11.若系统增加合适的开环零点，则下列说法不正确的是（B）。

哈工大08年自控真题试卷哈尔滨工业大学（以下简称哈工大）是中国著名的高等学府之一，其自动控制专业一直备受瞩目。

本文将对哈工大2008年的自动控制专业真题试卷进行分析和讨论，以期帮助读者更好地了解该专业的考试内容和要求。

首先，我们来看一道典型的选择题：1. 以下哪个不属于控制系统的基本组成部分？A. 传感器B. 控制器C. 执行器D. 信号处理器这道题考察的是对控制系统基本组成部分的理解。

正确答案是D，信号处理器不是控制系统的基本组成部分。

传感器用于感知系统的输入信号，控制器用于对输入信号进行处理和决策，执行器用于执行控制命令。

而信号处理器则是对信号进行处理和转换的设备，它并不是控制系统的必需部分。

接下来，我们来看一道计算题：2. 设有一个一阶惯性环节的传递函数为G(s)=K/(Ts+1)，当输入信号为单位阶跃函数时，输出信号的稳态值为多少？这道题考察的是对一阶惯性环节的稳态响应的计算。

一阶惯性环节的传递函数形式为G(s)=K/(Ts+1)，其中K为增益，T为时间常数。

当输入信号为单位阶跃函数时，输出信号的稳态值为K。

因此，答案为K。

在哈工大的自动控制专业中，除了选择题和计算题，还有一些较为复杂的应用题。

下面我们来看一道应用题：3. 设有一个控制系统如下图所示，其中G1(s)和G2(s)分别为一阶惯性环节和比例环节，试设计一个合适的控制器使得系统的超调量小于5%。

这道题考察的是对控制系统的设计能力。

首先，我们需要根据系统的传递函数来确定系统的特性，然后根据要求设计合适的控制器。

具体的设计步骤和计算方法在这里省略，但需要注意的是，为了使系统的超调量小于5%，我们可以采用合适的控制器参数来调整系统的响应特性。

通过以上的例题分析，我们可以看出，哈工大的自动控制专业真题试卷涵盖了基础理论知识、计算能力和应用能力等方面。

这些试题既考察了学生对控制系统基本概念的理解，又考察了学生对控制系统设计和分析的能力。

因此，对于自动控制专业的学生来说，掌握这些知识和技能是非常重要的。

3、求下图有源网络的传递函数 ，并指出该网络属于哪类典型环节？（5分）。
二、线性系统的时域分析（共25分）
1、设系统的特征方程为： 试应用劳斯稳定判据确定欲使系统稳定的 的取值范围。（5分）
2、已知控制系统的结构图如下图所示，单位阶跃响应的超调量 ，峰值时间 s分）
2、确定使系统稳定的 值范围（2分）。
3、确定使系统的阶跃响应不出现超调的最大 值（3分）。
四、线性系统的频域分析（共10分）
1、已知最小相位系统的Bode图如下图所示。求该系统的传递函数 。（5分）
2、已知某系统当开环增益 时的开环频率特性Nyquist图如下图所示。该系统在右半平面的极点数 ，试分析当开环增益 变化时其取值对闭环稳定性的影响。（5分）
3、阐述消除自持振荡的方法。
（注：非线性控制系统的描述函数为： ）
（2）计算输入信号为 时的稳态误差。（5分）
3、复合控制系统的结构图如下图所示，前馈环节的传递函数 ，当输入 为单位加速度信号时（即 ），为使系统的稳态误差为0，试确定前馈环节的参数 和 。（10分）
三、线性系统的根轨迹（共15分）
某系统的结构图如下图所示。要求：
1、绘制系统的根轨迹草图（10分）。
哈尔滨工程大学本科生考试试卷
（2007~2008学年第一学期）
课程编号：0400003（1）课程名称：自动控制理论（一）
一、控制系统的数学模型（共20分）
1、已知控制系统结构图如下图所示。试通过结构图等效变换求系统的传递函数 。（7分）（要求：有化简过程）。
2、已知控制系统结构图如下图所示。绘制该系统的信号流图，并用梅森增益公式求系统的传递函数 。（8分）
五、线性系统的校正（共15分）
设单位反馈系统的开环传递函数为 ，试采用滞后-超前校正装置进行串联校正，要求：

哈工大 2007 年 秋 季学期自动控制元件及线路试 题题号 一 二 三 四五 六 七 八 九 十 卷面分 平时分 总分 满分值 20 20 810 20 10 12 得分值班学号 姓名一.(20分) 1.两台完全相同的永磁直流电动机的轴连在一起组成电动机-发电机组。

每台电机，电阻8a R =Ω，电感0.02H a L =，转动惯量32210kg m J -=⨯⋅。

（1）电动机电压120V m U =，电流10.25A m I =。

发电机不接负载，此时机组转速120rad/s ω=。

求发电机电枢电压1g U 和每台电机的空载阻转距f T 。

（2）电动机电压230V m U =，发电机电枢端接负载电阻160L R =Ω。

求机组转速2ω，电动机电流2m I ，发电机电枢电流2g I 。

（3）求电机本身的机电时间常数m τ、电磁时间常数e τ和传递函数（转角为输出量）。

2．输入信号是电枢电压a u ，输出信号是电机转角θ。

绘出直流电动机动态框图，标出)(s I a ，),(),(s T s E em a 及扰动力矩)(s T c 。

3．绘出直流电动机电枢控制的 机械特性曲线，标出理想空载 转速和堵转转矩，标出电动机、 发电机和反接制动状态。

4.在右侧3条去磁曲线上添写适当的材料名称。

5.为了获得大转矩，直流力矩电机电枢形状为（ ）。

设电枢体积、磁密、电流和导线总长度不变，用物理知识给予解释。

6.直流电机电枢绕组一般放在定子上还是转子上？ 为什么这么安排？二．（20分）1.绘出异步电动机的等效电路并说明如何利用等效电路求电机电磁转矩。

2. 电机绕组通入交流电t I i ωsin 2=。

单相集中绕组产生（ ）磁场。

任一固定时刻，磁势在空间的分布波形是什么形状？（ ）。

单相分布绕组产生（ ）磁场。

任一时刻磁势在空间的分布波形是什么形状？（ ） 注：磁场（椭圆旋转，圆形旋转，脉振，其它）；分布波形（正余弦波，方波，阶梯波，三角波，其它）3. 一台三相异步电机额定转速是940r/min ，这是几极电机？说明理由并求转差率。

哈尔滨工业大学2007年春季学期本科生《现代控制理论基础》考试试卷（A 卷）标准答案一、填空题（本题含有10个小题，每小题2分，共20分）1．是。

2．保持不变。

3．h k -F 。

4．完全能，状态完全能观测。

5．独立。

6．2×6。

7．能控，能观（测）。

8．4。

9．对偶。

10．2-n 。

二、选择题（本题含有10个小题，每小题4分，共40分）1．（D ）2．（B ）3．（D ）4．（A ）5．（B ）6．（C ）7．（A ）8．（D ）9．（C ）10．（A ）三、解答题（本题含有5个小题，每小题8分，共40分）1．写出系统u m n ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡=1221x x &，2R ∈x ，R u ∈状态完全能控的充分必要条件。

[解] ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=m b 1，⎥⎦⎤⎢⎣⎡=221n A ，⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡=n m m m n Ab 2121221。

能控性矩阵为[]⎥⎦⎤⎢⎣⎡---==n m m m Ab b M 2121，22det m m n M --=，当0det ≠M 时，2=rankM 。

所以完全能控的充要条件为：022≠--m m n2．设一个系统可用传递函数表示为3722)()(23+++=s s s s U s Y ，写出该系统的一个状态空间表达形式。

[解法1] 根据传递函数得)(2)(3)(7)(2)(23s U s Y s sY s Y s s Y s =+++，在不考虑初始条件的情况下，取拉氏反变换得u y y y y 2372=+++&&&&&&。

取状态变量y x =1，y x &=2，y x &&=3，则有⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+---===1321332212273x y ux x x x x x x x &&&或写成[]⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡321321321001200273100010x x x y u x x x x x x &&& [解法2] 根据传递函数得)(2)(3)(7)(2)(23s U s Y s sY s Y s s Y s =+++，在不考虑初始条件的情况下，取拉氏反变换得u y y y y 2372=+++&&&&&&，写成u y y y y =+++2/32/72/22/&&&&&&。

自动控制理论(哈尔滨工程大学)智慧树知到课后章节答案2023年下哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第一章测试1.对自动控制系统的基本要求是（）、快速性、准确性。

（）是保证控制系统正常工作的先决条件。

A:稳态性能；稳定性B:稳定性；准确性C:稳定性；稳定性D:稳态误差；快速性答案:稳定性；稳定性2.传递函数只适用于单输入单输出（）系统。

A:非线性定常；B:非线性时变。

C:线性时变；D:线性定常；答案:线性定常；3.从元器件职能看热水器水温控制系统，蒸汽阀门是（）元件，温度传感器是（）元件。

A:放大，测量；B:执行，比较。

C:执行，测量；D:比较，给定；答案:执行，测量；4.扰动控制技术只适用于（）的场合。

A:扰动未知B:扰动可以测量C:系统参数已知的D:扰动可知的答案:扰动可以测量5.闭环控制又称为（）。

A:补偿控制B:反馈控制C:黑箱控制D:前馈控制答案:反馈控制6.下列不属于自动控制系统基本控制方式的是（）。

A:开环控制B:程序控制C:闭环控制D:复合控制答案:程序控制7.同一物理系统，当输入输出变量不同时，描述系统传递函数的分母可能不同。

A:对 B:错答案:错8.复合控制有两种基本形式，按输入补偿的复合控制和按扰动补偿的复合控制。

A:对 B:错答案:对9.相比开环直流电动机转速系统，闭环直流电动机转速系统成本高、结构复杂，但抗干扰能力强。

A:错 B:对答案:对10.一个好的控制系统对模型的参数变化敏感。

A:错 B:对答案:错第二章测试1.已知系统的微分方程为，则系统的传递函数是（）A:C:D:答案:2.传递函数的表达形式有有理分式形式、零极点形式和（）。

A:首1形式B:时间常数形式C:参数形式D:分数形式答案:时间常数形式3.关于传递函数，以下（）的说法是不正确的。

A:只与系统自身的结构参数有关，与系统输入、输出的形式无关；B:适用于线性定常的单输入、单输出系统；C:是系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比；D:是复变量s的有理分式函数；答案:是系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比；4.如图所示反馈控制系统的典型结构图，A:B:C:D:答案:5.如图的系统信号流图中有（）个单独闭合回路。