自控原理复习练习题

自动控制原理练习题1. 小车倒车入库问题考虑一个小车倒车入库问题，假设小车以恒定的速度直线倒车。

已知小车的初始位置为P，目标是将小车倒车入停车位Q。

设停车位Q 相对于初始位置P的偏移量为d，方向为与小车移动方向相反的方向。

请回答以下问题：a) 在没有任何控制的情况下，小车如何倒车入库？b) 如何利用反馈控制使得小车能够准确倒车入库？c) 请解释闭环控制与开环控制之间的区别，并分析在这个倒车入库问题中应该选择哪种控制方法？2. PID控制器PID控制器是一种广泛应用于工业控制系统中的控制器。

它通过对错误信号的比例、积分和微分三个部分进行加权求和来调节控制器的输出。

请回答以下问题：a) 请解释PID控制器中比例、积分和微分三个部分的作用和原理。

b) 在实际应用中，如何确定PID控制器的参数？c) 请列举PID控制器的优点和缺点，并举例说明其应用领域。

3. 反馈系统的稳定性在控制系统中，稳定性是一个重要的性能指标。

稳定性可以通过系统的极点位置来判断。

请回答以下问题：a) 什么是系统的极点？它们与系统的稳定性有什么关系？b) 请解释零极点分布对系统稳定性的影响。

c) 如何利用极点配置来设计稳定的控制系统？4. 系统传递函数和频率响应系统的传递函数和频率响应是分析和设计控制系统的重要工具。

请回答以下问题：a) 什么是系统的传递函数？如何从系统的微分方程中推导出传递函数？b) 什么是系统的频率响应？如何利用频率响应来分析系统的稳定性和性能？c) 请解释Bode图和Nyquist图分别代表了什么，并举例说明它们的应用。

5. 状态空间表示和观测器设计状态空间表示是一种用于描述控制系统动态行为的方法。

观测器是一种用于估计系统状态的补偿器。

请回答以下问题：a) 什么是状态空间表示？如何将系统微分方程转化为状态空间表示？b) 什么是观测器？它的作用是什么？如何设计一个观测器？c) 请解释最优观测器与线性二次估计问题的关系，并简要介绍最优观测器的设计方法。

一、填空（每空1分，共18分）1．自动控制系统的数学模型有微分方程 、 传递函数 、 频率特性 、结构图 共4种。

2．连续控制系统稳定的充分必要条件是 闭环极点位于S 平面左侧 。

离散控制系统稳定的充分必要条件是 系统的特性方程的根都在Z 平面上以原点为圆心的单位圆内。

。

3．某统控制系统的微分方程为：dtt dc )(+0.5C(t)=2r(t)。

则该系统的闭环传递函数 Φ(s)= ；该系统超调σ%= ；调节时间t s (Δ=2%)= 。

4．某单位反馈系统G(s)=)402.0)(21.0()5(1002+++s s s s ，则该系统是 4 阶 二 型系统；其开环放大系数K= 62.5 。

5．已知自动控制系统L(ω)曲线为：则该系统开环传递函数G(s)= ；ωC = 。

6．相位滞后校正装臵又称为 调节器，其校正作用是 。

7．采样器的作用是 ，某离散控制系统)()1()1()(10210TT e Z Z e Z G -----=（单位反馈T=0.1）当输入r(t)=t 时.该系统稳态误差为 。

二. 1.求图示控制系统的传递函数.求：)()(S R S C （10分）2.求图示系统输出C （Z ）的表达式。

（4分）R(s)三、 计算1、 已知t Te tf 11)(--=求F （s ）（4分）2、 已知)5(1)(2+=s s s F 。

求原函数f （t ）（6分3．已知系统如图示，求使系统稳定时a 的取值范围。

（10分）四．反馈校正系统如图所示（12分）求：（1）K f =0时，系统的ξ，ωn 和在单位斜坡输入下的稳态误差e ss .（2）若使系统ξ=0.707，k f 应取何值？单位斜坡输入下e ss .=？五.已知某系统L （ω）曲线，（12分）（1）写出系统开环传递函数G （s ） （2）求其相位裕度γ（3）欲使该系统成为三阶最佳系统.求其K=？，γmax =?六、已知控制系统开环频率特性曲线如图示。

自控考试复习题一、选择题1. 自动控制系统的开环传递函数G(s)H(s)=\frac{K}{s(1+\tau s)}，其中K是比例增益，τ是时间常数。

若系统为单位负反馈系统，则其开环增益K的值是多少？A. 1B. 2C. 3D. 42. 在控制系统中，稳态误差与输入信号的关系是什么？A. 与输入信号成正比B. 与输入信号成反比C. 与输入信号无关D. 与输入信号的导数成正比3. 以下哪个不是控制系统的性能指标？A. 稳定性B. 快速性C. 准确性D. 经济性4. PID控制器中，P代表什么？A. 比例B. 积分C. 微分D. 比例积分微分5. 一个系统的时间常数τ减小，系统的哪个性能指标会提高？A. 稳定性B. 快速性C. 准确性D. 经济性二、简答题1. 解释什么是开环控制系统和闭环控制系统的区别。

2. 描述控制系统中的稳态误差和动态误差的概念。

3. 什么是超调量，它与系统的哪些参数有关？4. 解释PID控制器的工作原理，并简述其各部分的作用。

5. 什么是系统的稳定性？系统稳定性的判断方法有哪些？三、计算题1. 给定一个控制系统的开环传递函数G(s)=\frac{K}{s(1+\tau s)}，若系统在单位阶跃输入下的稳态误差为0.1，求系统的增益K。

2. 假设有一个二阶系统，其开环传递函数为G(s)H(s)=\frac{K}{s^2+2\zeta\omega_ns+\omega_n^2}，其中K=1，ζ=0.5，ω_n=10rad/s。

计算该系统的单位阶跃响应的超调量和上升时间。

3. 一个控制系统的开环传递函数为G(s)=\frac{K}{s(1+\tau_1s)(1+\tau_2s)}，已知K=2，τ1=0.5，τ2=1。

求该系统在单位阶跃输入下的稳态误差。

四、分析题1. 给定一个实际控制系统的开环传递函数，分析其稳定性，并说明如何通过调整参数来改善系统性能。

2. 描述在控制系统设计中，如何通过PID控制器的参数整定来达到期望的系统性能。

自控复习题答案一、选择题1. 自动控制系统的基本组成包括哪些部分？A. 传感器、控制器、执行器B. 传感器、控制器、执行器、反馈回路C. 控制器、执行器、被控对象D. 传感器、控制器、执行器、被控对象答案：B2. 在控制系统中，开环控制系统与闭环控制系统的主要区别是什么？A. 开环系统没有反馈，闭环系统有反馈B. 开环系统成本较低C. 开环系统响应速度慢D. 开环系统稳定性差答案：A3. 控制系统的稳定性可以通过哪些方法进行分析？A. 时域分析B. 频域分析C. 根轨迹法D. 所有以上方法答案：D二、简答题1. 简述PID控制器的工作原理。

答：PID控制器是一种常见的工业控制器，它根据误差信号（设定值与实际输出值之差）来调节控制量。

P（比例）项根据误差的大小调节输出，I（积分）项对误差进行积分，以消除稳态误差，D（微分）项对误差的变化率进行调节，以提高系统的响应速度和稳定性。

2. 什么是系统的超调，它对系统性能有什么影响？答：系统的超调是指系统在达到最终稳定状态之前，输出值超过设定值的现象。

超调会导致系统的控制精度降低，稳定性变差，甚至可能引起系统的振荡或损坏设备。

三、计算题1. 已知一个控制系统的开环传递函数为G(s) = 10 / (s^2 + 4s + 5)，求该系统的单位阶跃响应。

答：首先，我们需要计算闭环传递函数，然后应用拉普拉斯变换的逆变换来求得时间域的响应。

由于这是一个二阶系统，我们可以使用标准形式的二阶响应公式来求解。

具体计算过程需要根据系统的自然频率和阻尼比来确定。

四、论述题1. 论述现代控制系统中，数字控制技术相较于模拟控制技术的优势。

答：数字控制技术相较于模拟控制技术具有以下优势：（1）数字控制系统可以方便地实现复杂的控制算法；（2）数字控制器具有更好的灵活性和可扩展性；（3）数字控制系统的精度更高，抗干扰能力更强；（4）数字控制技术可以方便地实现远程监控和诊断；（5）数字控制系统的成本随着技术的发展逐渐降低，性价比更高。

自动控制原理复习练习题4、根据控制系统传输信号的性质分类，控制系统可分为( )A. 恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统B. 反馈控制系统、前馈控制系统、前馈一反馈控制系统C. 最优控制系统和模糊控制系统D.连续控制系统和离散控制系统5、系统的动态性能包括()一、选择题1•下图所示的图 _______ 是闭环控制系统R(S)1NC(S)----------------- AG(S)---►G 2(S)■(A)给定值1扰动■被控量---■ 控制器' --受控对象(C)2.下图所示函数曲线中，_是阶跃函数。

f(t) R(A) 3、控制系统的输入参考量是一个常值时, (C)我们一般称它为(D)( )(A)恒值控制系统 (B)随动系统(C)程序控制系统( )检测元件(B)(D)f(t)t(t)(B)A 稳定性、平稳性 B.快速性、稳定性C.平稳性、快速性 D .稳定性、准确性6系统的传递函数（）。

A. 与输入信号有关B. 与输出信号有关C .完全由系统的结构和参数决定D. 既由系统的结构和参数决定，也与输入信号有关 7、 运算放大器具有的优点是（）。

A .输入阻抗高，输出阻抗低B .输入阻抗低，输出阻抗高C.输入、输出阻抗都高 D .输入、输出阻抗都低8、 在自动控制理论中，数学模型有多种形式，属于时域中常用的数学模型的是（ ）。

9、对图示结构图简化正确的是（快。

A. 输入信号的幅度越小，积分时间常数越小B. 输入信号的幅度越小，积分时间常数越大A .微分方程B .传递函数C .结构图D .频率特性I ------- 1 I -------- 1 C叫T G2(S ) G(S )~►R *1G 2(S )G 2（SG I (S ) C_■1（D ）），则积分环节的输出信号的上升速度越(B)C. 输入信号的幅度越大，积分时间常数越小D. 输入信号的幅度越大，积分时间常数越大11、一阶系统的阶跃响应（）A.当时间常数T较大时有超调 B .当时间常数T较小时有超调C .有超调D .无超调12、对于欠阻尼的二阶系统，当无阻尼自然振荡角频率n保持不变时，（）A .阻尼比越大，系统调节时间t s越大B.阻尼比越大，系统调节时间t s越小C .阻尼比越大，系统调节时间ts不变D.阻尼比越大，系统调节时间ts不定13、劳斯稳定判据和赫尔维茨判据形式不同，实际结论（）A.也不同B. 有时相同C.基本相同D. 却是相同的14、二阶系统特征方程的系数均大于零，这表明该系统是的。

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：________、________、________。

第一章 自动控制的一般概念1.如果被调量随着给定量的变化而变化，这种控制系统叫（ ）A. 恒值调节系统B. 随动系统C. 连续控制系统D.数字控制系统2.主要用于产生输入信号的元件称为（ ）A.比较元件B.给定元件C.反馈元件D.放大元件3.与开环控制系统相比较，闭环控制系统通常对（ ）进行直接或间接地测量，通过反馈环节去影响控制信号。

A.输出量B.输入量C.扰动量D.设定量4. 直接对控制对象进行操作的元件称为（ ）A.给定元件B.放大元件C.比较元件D.执行元件5. 对于代表两个或两个以上输入信号进行（ ）的元件又称比较器。

A.微分B.相乘C.加减D.相除6. 开环控制系统的的特征是没有（ ）A.执行环节B.给定环节C.反馈环节D.放大环节7. 主要用来产生偏差的元件称为（ ）A.比较元件B.给定元件C.反馈元件D.放大元件8. 某系统的传递函数是()s e s s G τ-+=121，则该可看成由（ ）环节串联而成。

A.比例.延时 B.惯性.导前 C.惯性.延时 D.惯性.比例10. 在信号流图中，在支路上标明的是（ ）A.输入B.引出点C.比较点D.传递函数11.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。

第二章 自动控制的数学模型1. 已知)45(32)(22++++=s s s s s s F ，其原函数的终值=∞→t t f )(（ ） A.0 B.∞ C.0.75 D.32．正弦函数sin ωt 的拉氏变换是（ ）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？（ ）A.输入信号B.初始条件C.系统的结构参数D.输入信号和初始条件4．对复杂的信号流图直接求出系统的传递函数可以采用( )A.终值定理B.初值定理C.梅森公式D.方框图变换5．采用系统的输入.输出微分方程对系统进行数学描述是（ ）A.系统各变量的动态描述B.系统的外部描述C.系统的内部描述D.系统的内部和外部描述6．拉氏变换将时间函数变换成（ ）A ．正弦函数B ．单位阶跃函数C ．单位脉冲函数D ．复变函数7．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下（ ）A ．系统输出信号与输入信号之比B ．系统输入信号与输出信号之比C ．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比D ．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比8．方框图化简时，并联连接方框总的输出量为各方框输出量的（ ）A ．乘积B ．代数和C ．加权平均D ．平均值9. 某典型环节的传递函数是()151+=s s G ，则该环节是（ ）A.比例环节B.积分环节C.惯性环节D.微分环节10. 已知系统的微分方程为()()()()t x t x t x t xi 2263000=++ ，则系统的传递函数是（） ω+s A 1.22.ωω+s B 22.ω+s s C 221.ω+s DA.26322++s s B.26312++s s C.36222++s s D.36212++s s11. 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12. 某典型环节的传递函数是()Tss G 1=，则该环节是（ ） A.比例环节 B.惯性环节 C.积分环节 D.微分环节13. 已知系统的单位脉冲响应函数是()21.0t t y =，则系统的传递函数是（ ） A. 32.0s B.s 1.0 C.21.0s D.22.0s14. 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15. 传递函数只取决于系统或元件的（ ） ，而与系统输入量的形式和大小无关，也不反映系统内部的任何信息。

⾃动控制原理练习题第⼀章1．开环控制和闭环控制的主要区别是什么？是否利⽤系统的输出信息对系统进⾏控制 2. 电加热炉炉温控制中，热电阻丝端电压U 及炉内物体质量M 的变化，哪个是控制量？哪个是扰动？为什么？3. 简述⾃动控制所起的作⽤是什么？在没有⼈直接参与的情况下，利⽤控制装置，对⽣产过程、⼯艺参数、⽬标要求等进⾏⾃动的调节与控制，使之按照预定的⽅案达到要求的指标。

4. 简述⾃动控制电加热炉炉温控制的原理。

解答：⼀、⼯作原理：系统分析：受控对象——炉⼦；被控量——炉温；给定装置——电位器⼲扰——电源U ，外界环境，加热物件；测量元件——热电偶；执⾏机构——可逆电动机⼯作过程：静态 ?U=0动态 ?U ≠0⼯件增多（负载增⼤）↑↑→↑→↑→?↓→↓→↑→T U U U U T c a f （负载减⼩）↓↓→↓→↓→?↑→↑→↓→T U U U U T c a f ⼆、温控制系统框图5．⽐较被控量输出和给定值的⼤⼩，根据其偏差实现对被控量的控制，这种控制⽅式称为。

6．简述控制系统主要由哪三⼤部分组成？7.反馈控制系统是指：a.负反馈 b.正反馈答案a.负反馈8.反馈控制系统的特点是：答案控制精度⾼、结构复杂 9.开环控制的特点是：答案控制精度低、结构简单10.闭环控制系统的基本环节有：给定、⽐较、控制、对象、反馈11.⾃控系统各环节的输出量分别为：给定量、反馈量、偏差、控制量输出量。

第⼆章1．⾃控系统的数学模型主要有以下三种：微分⽅程、传递函数、频率特性 2．实际的物理系统都是：a.⾮线性的 b.线性的 a.⾮线性的 3．传递函数等于输出像函数⽐输⼊像函数。

4．传递函数只与系统结构参数有关，与输出量、输⼊量⽆关。

5．惯性环节的惯性时间常数越⼤，系统快速性越差。

6.由laplace 变换的微分定理，(())L x t ''= 。

7.如图质量、弹簧、摩擦系统，k 和r 分别为弹簧系数和摩擦系数，u(t)为外⼒，试写出系统的传递函数表⽰()()/()G s y s u s =。

自控原理复习题答案
1. 什么是系统的开环传递函数？
答：系统的开环传递函数是指在没有反馈作用的情况下，系统的输入
与输出之间的传递函数。

2. 闭环传递函数与开环传递函数有何不同？
答：闭环传递函数考虑了反馈作用，是系统输入与输出之间的传递函数，而开环传递函数不考虑反馈作用。

3. 系统稳定性的判断方法有哪些？
答：系统稳定性的判断方法包括劳斯-赫尔维茨判据、奈奎斯特判据和
伯德图法等。

4. 什么是系统的超调量？
答：系统的超调量是指系统响应超过稳态值的最大幅度。

5. 如何计算系统的稳态误差？
答：系统的稳态误差可以通过最终值定理计算，或者根据系统类型和
输入信号类型，使用相应的误差系数进行计算。

6. 什么是系统的相位裕度和增益裕度？
答：系统的相位裕度是指系统增益为1时，系统相位与-180度之间的
差值；增益裕度是指系统相位为-180度时，系统增益与1之间的比值。

7. 什么是PID控制器？
答：PID控制器是一种比例-积分-微分控制器，它根据系统的偏差、偏差的积分和偏差的变化率来调整控制器输出。

8. 如何设计一个PID控制器？
答：设计PID控制器通常需要确定比例、积分和微分三个参数的值，这可以通过试凑法、根轨迹法或频率响应法等方法实现。

9. 什么是系统的频率响应？
答：系统的频率响应是指系统对不同频率的正弦波输入信号的稳态响应。

10. 系统的时间响应和频率响应有何关系？
答：系统的时间响应可以通过拉普拉斯变换转换为频率响应，反之亦然。

两者提供了系统动态特性的不同视角。