山东大学自动控制原理试题及答案

自动控制原理(1) 生活中有哪些物理量之间是比例关系、积分关系或微分关系？答：单价一定时，总价与数量成比例；速度一定时，总路程与时间成比例。

加速度的积分是速度，速度的积分是路程；反之，速度的微分是加速度，路程的微分是路程。

(2) 常用的数学模型有哪些？答：常用的数学模型有：微分方程、传递函数、系统框图、频率特性和状态方程。

(3) 传递函数的定义是什么，定义传递函数的前提条件是什么？如何将微分方程转换为传递函数？答：传递函数(Transfer Function)定义如下，在零初始条件下，线性定常系统(或元件) 输出量的拉氏变换与其输入量的拉氏变换之比，即为线性定常系统的传递函数，记为G(s), 即u. 输出量的拉氏变换传递函数G(s)= -------------------------------输入量的拉氏变换零初始条件(4) 典型输入信号有哪些，分别适用于作为哪些控制系统的输入？答：常用的典型输入信号有：阶跃信号(Step signal)、斜坡信号(Slope signal)>加速度信号(Acceleration signal)、脉冲信号(Pulse signal)及正弦信号(sinusoidal signaDo实际的控制系统中，室温控制系统和水位控制系统，以及一些工作状态突然改变或突然受到恒定输入作用的控制系统，都可以采用阶跃信号作为典型输入信号。

跟踪通信卫星的天线控制系统、数控机床加工斜面的进给控制系统、机械手的等速移动控制系统等其输入信号随时间逐渐变化的控制系统，斜坡信号是比较合适的典型输入。

当控制系统的输入信号为冲击输入，例如脉冲电信号、撞击力、武器弹射的爆发力等, 均可视为理想脉冲信号。

实际的控制系统中，如果输入信号为周期性变化的信号，一般都可将其进行傅里叶变换为多个正弦信号的叠加，这种情况下，可用正弦函数作为系统的输入对系统进行性能分析。

(5) 比例系数、积分时间常数和微分时间常数分别对系统的时域响应有什么影响？答：当比例系数(增益)K>1时，输出量为输入量等比例放大；当K<1时，输出量为输入量等比例缩小；当K=1时，输出量与输入量相等。

三、名词解释(1)．自动控制(2)．系统误差(3)．频率响应四、计算题（1）．求图1中电网络的传递函数，iu为输入，u为输出。

图1（1）．解：电网络中输出部分的阻抗为：21)('Z RCss+=总阻抗为：CsCsRCsRsRs11)('Z)(Z111+=+=+=传递函数为：111/1)(Z)('Z)(G11+=+==CsRCsCsRCssss(2)．设某单位负反馈系统的开环传递函数为11)(+=s s G k ，当输入信号)30sin()(0+=t t r 作用于闭环系统的输入端时，试求系统的稳态输出。

解：系统的闭环传递函数为：21)(1)()(+=+=s s G s G s G k B 所以频率特性为：21)(+=ωωj j G B 幅频特性 41)(2+=ωωj G B51)(1==ωωj G B 相频特性5.0arctan 2arctan)(-=-=∠ωωj G B系统的稳态输出为：()5.0arctan 30sin 51-+οt （3）．求图2的传递函数()()()C s G s R s =。

图2解：2431324321543211)()(H G G H G G G G G G G G G G G s R s C +++=（4）．控制系统的开环传递函数为)12)(1(1)(k ++=s s s G ，求该系统的开环幅频特性和开环相频特性。

解：频率特性为：)12)(1(1)(k ++=ωωωj j j G开环幅频特性为：1541)(24++=ωωωA开环相频特性为：2213)(ωωωϕ--=arctg。

词汇第一章自动控制 ( Automatic Control) ：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象的某些物理量（或状态）自动地按照预定的规律去运行。

自动控制系统：将被控对象和控制装置（控制器）按照一定的方式连接起来构成的有机总体。

开环控制 ( open loop control )：开环控制是最简单的一种控制方式。

它的特点是，按照控制信息传递的路径，控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反馈通路。

也就是说，控制作用的传递路径不是闭合的，故称为开环。

闭环控制 ( closed loop control) ：凡是将系统的输出量反送至输入端，对系统的控制作用产生直接的影响，都称为闭环控制系统或反馈控制 Feedback Control 系统。

这种自成循环的控制作用，使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，故称为闭环。

复合控制 ( compound control ）：是开、闭环控制相结合的一种控制方式。

被控对象：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。

被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。

控制装置则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换部件、放大部件和执行装置。

被控量 (controlled variable ) ：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量。

被控量又称输出量、输出信号。

给定值 (set value ) ：是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。

给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。

干扰 (disturbance) ：除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰。

干扰又称扰动。

第二章数学模型 (mathematical model) ：是描述系统内部物理量（或变量）之间动态关系的数学表达式。

传递函数 ( transfer function) ：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为传递函数。

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：________、________、________。

三、名词解释(1)．稳定性(2)．频率响应(3)．传递函数四、计算题（1）．求图1中电网络的传递函数，i u 为输入，0u 为输出。

图1（1）．解：电网络中输出部分的阻抗为：21)('Z R Cs s += 总阻抗为：Cs Cs R Cs R s R s 11)('Z )(Z 111+=+=+=传递函数为：111/1)(Z )('Z )(G 11+=+==Cs R Cs Cs R Cs s s s(2)．设某单位负反馈系统的开环传递函数为110)(+=s s G k ，当输入信号)30sin()(0+=t t r 作用于闭环系统的输入端时，试求系统的稳态输出。

（2）．解：系统的闭环传递函数为：1110)1101/(110)(+=+++=s s s s G所以频率特性为：11/2211101110)(ωωωωjarctg e j j G -+=+=系统的稳态输出为：)8.24(12210)11/103(12210)11/03(21110)(o 002+=-+=-++=t Sin arctg t Sin arctg t Sin t y ωω学年 学期山东大学 自动控制原理 课程试卷 A 卷（3）．求图2的传递函数()()()C s G s R s =。

图2 （3）解：闭合回路有两个：122212 ;1H G L H G G L -=-= （2分）前向通路有两个，前向通路的余子式都为1。

32212 ;1G G P G G P -==所以传递函数为：2211232211)(H G G H G G G G G s G +++=（4）．控制系统的开环传递函数为)12)(1(1)(k ++=s s s G ，求该系统的开环幅频特性和开环相频特性。

（4）解： 频率特性为：)12)(1(1)(k ++=ωωωj j j G 开环幅频特性为：1541)(24++=ωωωA开环相频特性为：2213)(ωωωϕ--=arctg学年 学期山东大学 自动控制原理（非自动化类） 课程试卷 A 卷。

自动控制原理（山东大学）山东大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.下列家用电器哪个属于闭环控制？（）A:洗衣机 B:冰箱 C:电子手表 D:电视机答案:B2.下列系统哪个属于闭环控制？（）A:无人售货机 B:十字路口红绿灯系统 C:数控机床 D:空调答案:D3.开环控制方式简单，控制精度高。

A:错 B:对答案:A4.只要有反馈通道，一定是闭环控制。

A:对 B:错答案:A5.线性系统一定会满足叠加原理的。

A:对 B:错答案:A6.满足叠加原理的系统，一定是线性系统。

A:错 B:对答案:B7.复合控制方式是既有开环控制，又有闭环控制。

A:错 B:对答案:B8.电枢控制的直流电动机反馈控制系统是属于（）。

A:恒值控制系统 B:离散控制系统 C:连续控制系统 D:线性定常系统答案:ACD9.雷达天线控制系统是属于（）。

A:连续控制系统 B:恒值控制系统 C:随动控制系统 D:线性定常系统答案:ACD10.计算机控制系统是属于（）。

A:程序控制系统 B:离散控制系统 C:非线性控制系统 D:线性控制系统答案:B第二章测试1.不同的物理系统，可以是同一种环节，同一个物理系统也可能成为不同的环节，这是与描述他们动态特性的微分方程相对应的。

A:错 B:对答案:B2.常见的典型环节有几种？A:4 B:5 C:7 D:6答案:D3.在线性定常系统中，系统输出的拉普拉斯变换与输入的拉普拉斯变换之比，称为系统的传递函数。

A:对 B:错答案:B4.物理系统线性微分方程一般表示形式中，方程左端导数阶次都输入的阶次。

A:高于 B:低于或等于 C:低于 D:高于或等于答案:D5.传递函数描述系统本身属性，与输入量的关系是：A:与输入量的大小无关，与输入量的类型有关。

B:与输入量的大小有关，与输入量的类型无关。

C:与输入量的大小和类型均有关 D:与输入量的大小和类型均无关答案:C6.传递函数表示成零极点表达式时，其中的传递系数又叫根轨迹增益。