北京工业大学自动控制原理期末复习

北京工业大学2018——2019学年第2学期《自动控制原理》考试试卷A卷考试说明：考试时间：95分钟考试形式（开卷/闭卷/其它）:闭卷适用专业：信息学部自动化学院自动化专业、机器人工程专业承诺：本人已学习了《北京工业大学考场规则》和《北京工业大学学生违纪处分条例》，承诺在考试过程中自觉遵守有关规定，服从监考教师管理，诚信考试，做到不违纪、不作弊、不替考。

若有违反，愿接受相应的处分。

承诺人：学号：班号：。

注：本试卷共4大题，满分100分，由考试试卷.pdf和答题纸.word两个文档构成。

考试时必须使用答题纸.word文档作答，并将答案嵌入在题目下方，如因答案嵌入在其他位置而造成的成绩缺失由考生自己负责。

卷面成绩汇总表（阅卷教师填写）题号一二三四总成绩满分20202040得分得分一、填空题（每小题2分，共20分）1.自动控制系统的基本组成部分包括______、______、______和______。

2.在闭环控制系统中，控制器的作用是根据______信号和______信号之间的差异来生成控制信号。

3.比例控制器的输出信号与输入信号的比值称为______。

4.在自动控制系统中，______负责将控制信号转换为被控对象的输入信号。

5.控制系统的稳态误差是指系统输出在稳定状态下与期望输出之间的______。

6.自动化控制系统通过对生产过程的______进行监测和调节，实现生产效率和质量的提高。

7.控制系统中，______用于对反馈信号进行处理和调节，生成控制器的输入信号。

8.反馈器的作用是判别被控对象的输出与期望输出之间的______。

9.比例-______-微分（PID）控制器是常用的控制器类型之一。

10.控制系统的输入信号经过______处理后，通过______作用于被控对象，产生相应的输出。

得分二、选择题（每小题2分，共20分）1.在自动控制系统中，反馈的作用是：a)控制系统的输入信号b)提供被控对象的输入信号c)判别被控对象的输出与期望输出之间的差异d)调节比例增益2.比例控制器的输出信号与输入信号的比值称为：a)增益b)反馈c)控制信号d)误差3.开环控制系统和闭环控制系统的区别在于：a)是否有传感器b)是否有反馈c)控制器的类型不同d)开关的位置不同4.PID控制器中的"PD"代表：a)比例-微分b)比例-差分c)积分-微分d)比例-导数5.在自动控制系统中，执行器的作用是：a)测量被控对象的信号b)控制控制器的输出信号c)将控制信号转换为被控对象的输入信号d)判别被控对象的输出与期望输出之间的差异6.控制系统的稳态误差是指：a)系统输出的稳定波动范围b)控制信号的变化范围c)期望输出与实际输出之间的差异d)控制系统的输入信号与输出信号之间的误差7.变频器常用于控制：a)温度b)压力c)电流d)转速8.自动化控制系统能够实现的效果包括：a)提高生产效率和质量b)减少生产成本c)增加设备的寿命d)降低能耗9.控制系统中的传感器用于：a)测量被控对象的输入信号b)判别输出与期望输出之间的差异c)调节比例增益d)生成控制信号10.自动化原理中的反馈控制是一种：a)有源控制b)无源控制c)开环控制d)闭环控制得分三、判断题（每小题2分，共20分）当然，以下是十道判断题：1.在闭环控制系统中，控制器的输出信号根据传感器测量值和设定值之间的差异来生成。

⾃动控制原理期末试题3套及答案⼀套⾃动控制理论（A/B 卷闭卷）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 ?ωτωω--=--，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2B 、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。

5、对于以下情况应绘制0°根轨迹的是( )A 、主反馈⼝符号为“-” ；B 、除r K 外的其他参数变化时；C 、⾮单位反馈系统；D 、根轨迹⽅程（标准形式）为1)()(+=s H s G 。

自动控制原理期末复习题一、填空题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．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 。

5．根轨迹起始于 ，终止于 。

6．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 。

7．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。

8．在水箱水温控制系统中，受控对象为 ，被控量为 。

9．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 ；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 ；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 。

10．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 。

判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用 ；在频域分析中采用 。

11．传递函数是指在 初始条件下．线性定常控制系统的 与 之比。

12．设系统的开环传递函数为2(1)(1)K s s Ts τ++，则其开环幅频特性为 ，相频特性为 。

13．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 ，它们反映了系统动态过程的 。

14．对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： ．快速性和 。

15．控制系统的 称为传递函数。

一阶系统传函标准形式是 ，二阶系统传函标准形式是 。

16．在经典控制理论中，可采用 ．根轨迹法或 等方法判断线性控制系统稳定性。

（完整word版）自动控制原理复习提纲（整理版）《自动控制原理》课程概念性知识复习提纲详细版第一章：1.自动控制的任务（背）：是在没有人直接参与下，利用控制装置操纵被控对象，使被控量等于给定值。

2.自动控制基本方式一.按给定值操纵的开环控制二.按干扰补偿的开环控制三.按偏差调节的闭环控制3.性能要求：稳快准第二章：4.微分方程的建立：课后2.55.传递函数定义（背）线性定常系统（或元件）的传递函数为在零初始条件下，系统（或元件）的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变换之比。

这里的零初始条件包含两方面的意思，一是指输入作用是在t=0以后才加于系统，因此输入量及其各阶导数，在t=0-时的值为零。

二是指输入信号作用于系统之间系统是静止的，即t＝0-时，系统的输出量及其各阶导数为零。

这是反映控制系统的实际工作情况的，因为式（2-38）表示的是平衡工作点附近的增量方程，许多情况下传递函数是能完全反映系统的动态性能的。

6.结构图化简：课后2.14（结构图化简一道大题，梅森公式化简一道大题）复习要点7.几种传递函数（要求：懂得原理）一.输入信号r(t)作用下的系统闭环传递函数二.干扰信号n(t)作用下的系统闭环传递函数三.闭环系统的误差传递函数8.阶跃响应，脉冲响应，传递函数之间的关系阶跃响应：H(s)=1s 单位斜坡响应：t C （s ）=21s 单位脉冲响应：K(s)=Φ(s) 11()()()H s s K s s s =Φ?=? 211()()()t C s s H s s s=Φ?=? 综合可得 K(s)=sH(s) H(s)=s t C第三章：9.阶跃响应的性能指标有哪些，各个性能指标的意义是什么。

10.从平稳性，快速性和稳态精度三个方面，简述典型二阶欠阻尼系统结构参数，n对阶跃相应的影响。

由于欠阻尼二阶系统具有一对实部为负的共轭复特征根，时间响应呈衰减振荡特性，故又称为振荡环节。

系统闭环传递函数的一般形式为222()()2n n nC s R s s s ωζωω=++ 由于0<ζ<1，所以一对共轭复根为1,2n s j ζωω=-±d j σω-±式中，n σζω=，为特征根实部之模值，具有角频率量纲。

自动控制原理 复习题（课程代码392215）一通过结构图化简，试求下图所示系统的闭环传递函数()()C s R s 。

二 根据下图所示的RC 电路原理图，写出该系统以Ui 为输入量，Uo 为输出量的微分方程。

三 通过结构图化简，试求下图所示系统的闭环传递函数()()C s R s 。

四 控制系统中的性能指标分为动态性能指标与静态性能指标。

动态指标中用--------评价系统的阻尼程度，用------------和--------------评价系统的响应速度，用--------------同时反映响应速度和阻尼程度。

静态指标用--------------描述，它反映了系统的-------------。

五 设单位反馈系统开环传递函数为()(0.21)(0.51)kG S s s s =++，①试绘制相应的闭环根轨迹图；②若对该系统增加开环零点，则根轨迹图会如何变化；③若增加该系统的开环极点，则根轨迹图如何变化。

六 已知系统开环传递函数为2()1G s s =+,试画出系统的对数幅频特性曲线图和对数相频特性曲线图。

七 简述奈氏稳定判据。

八自动控制系统从控制的基本方式看可分为哪三种控制？并分别介绍每种控制。

九已知一单位反馈系统的开环传递函数为25()(6)G ss s=+，试计算其动态性能指标（σ%，t p ，t r和t s）。

十已知系统的闭环特征方程s4+2s3+3s2+4s+5=0，试用劳斯判据分析系统的稳定性。

若系统不稳定，指出不稳定根的个数。

十一简述线性系统的两个重要特性，并利用该特性计算下图所示输出量的拉氏表达式。

（已知R(S)=1/S,N(S)=1/S2）。

十二已知开环传递函数为10()(4)G SS S=+,若输入信号为r(t)=4+6t+3t2,求稳态误差。

十三简述控制系统稳态误差的含义，并给出其常有的两种定义方法。

十四试举出在控制系统中，常用的典型输入信号有哪几种。

十五简述系统的幅频特性、相频特性和频率特性的含义。

《自动控制原理》期末试卷答案（A ）北京工业大学 电控学院 日期：2005年12月25日大题 一 二 三 四 五 六 七 八 九本题 分数 10 10 10 10 10 10 10 1515 本题 得分一、（10分）已知有源电网络如图所示。

由复数阻抗法求传递函数)()(0s U s U i 。

解： 211()R Cs G s R Cs+=−二、（10分）已知输入前馈系统的结构图如图（a ）所示，要求保证闭环传递函数不变的前提下将输入前馈结构变换成输入补偿结构如图(b )所示 ，试确定输入补偿器传递函数()f G s 。

（a）(b)解 114.0)(+=s s G f三、(10分) 设系统结构如图所示，试计算系统单位阶跃响应时的超调量M p 和过渡时间s t 。

解：系统闭环传函为2100()10100C G s s s =++2100,10n n ωω==210,0.5n ζωζ==，p s 4100%16.3%,0.8nM e t ζω=×===四、（10分）已知系统结构图如图所示，试写出闭环传递函数，并计算输入信号为()0.5r t t =时的稳态误差。

解：（1）系统闭环传递函数为c 25(0.21)()0.055s G s s s +=++（2） ss c 2000.5lim ()lim [1()]s s e sE s s G s s→→==−222220050.50.050.5lim [1]lim 00.0550.055s s s s s s s s s s s s→→+=⋅−⋅=⋅⋅=++++五、（10分）已知系统结构图如图所示，试作系统的根轨迹草图。

解：1、起点 sq1=0，sq2= -5， sq3=-102、终点 sz1= sz2= sz3= -∞3、实轴根轨迹 [0 -5]， [-10 -∞]4、分离点321550K s s s =++，2330500dKs s ds=++=，7.89(), 2.11s =−−舍5、渐近线180(21)60,180k n m θ±+==±±−D D D 1553p z n m σ−=−=−=−−∑∑ 6、虚轴交点3215500s s s K +++= 15015750KK K−750,7.07K ω===±六、（10分）二阶线性定常系统的微分方程为20x xx +−= 试确定该系统的奇点以及奇点类型。