下载文档原格式
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G 1(s)+G 2(s)（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 1.414 ，阻尼比=ξ 0.707 ， 该系统的特征方程为 2220s s ++= ，该系统的单位阶跃响应曲线为 衰减振荡 。
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1050.20.5s s s s +++。
6、根轨迹起始于 开环极点 ，终止于 开环零点 。
7、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 (1)(1)K s s Ts τ++。
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++，则其开环幅频特性为2222211K T τωωω++； 相频特性为arctan 180arctan T τωω--(或：2180arctan 1T T τωωτω---+) 。
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。
1《自动控制原理》试卷（A 卷）一、 用运算放大器组成的有源电网络如图所示，试采用复数阻抗法写出它的传递函数。
（10分）（1图 ）（3图）二、假设某系统对于单位阶跃输入信号的响应为t te et y 10602.12.01)(---+= 。
(a) 求该系统的闭环传递函数。
(b) 确定该系统的阻尼系数。
（10分）三、试用梅逊增益公式求图中系统的闭环传递函数。
（写出步骤）（10分）四、控制系统的结构如图所示，设 r(t ) = t ⋅ 1(t ) ，p (t ) = 1(t )定义e (t ) = r(t ))(t y -，试求系统的稳态误差。
（10分）)(t p )(t r -++)(t y 1+s )1(1+s s +（4图）五、试确定题图所示系统参数K 和ξ的稳定域。
（写步骤）（10分）（5图）六、设单位反馈控制系统的开环传递函数为（1） 绘制根轨迹，并加以简要说明。
（2） 当系统的阻尼振荡频率s rad /1d =ω时试确定闭环主导极点的值与相应的增益值。
（15分）七、最小相位系统的开环对数幅频特性的渐近线如图所示，确定系统的开环传递函数。
（10分）八、已知最小相位系统校正前后系统的折线对数幅频特性如图所示，其中Lo(ω)为校正前特性，L开(ω)为校正后特性。
（1）试作出校正装置的对数幅频特性Lc(ω)(折线)；（2）试写出校正装置的传递函数Gc(s);（3）计算校正后系统的相位裕度γ。
（15分）cp为s右半平面上的开环根的个数，v为开九、设开环系统的奈氏曲线如下图所示，其中，环积分环节的个数，试判别闭环系统的稳定性。
(10分)（a）(b)2《自动控制原理》试卷（B 卷）一、 求下图所示系统的传递函数)(/)(0s U s U i 。
（10分）（1图） （3图）二、假设某系统对于单位阶跃输入信号的响应为t t e e t y 10602.12.01)(---+= 。
(a) 求该系统的闭环传递函数。
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：________、________、________。
自动控制原理1一、 单项选择题（每小题1分，共20分）1. 系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（ c ）C.系统分析2. 惯性环节和积分环节的频率特性在（ d ）上相等。
D.穿越频率3. 通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（ d ）D.放大元件4. ω从0变化到+∞时，延迟环节频率特性极坐标图为（a ）A.圆5. 当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时，电动机可看作一个（ d ）D.惯性环节6. 若系统的开环传 递函数为2)(5 10+s s ，则它的开环增益为（c ） C.57. 二阶系统的传递函数52 5)(2++=s s s G ，则该系统是（b ） B.欠阻尼系统8. 若保持二阶系统的ζ不变，提高ωn ，则可以（b ）B.减少上升时间和峰值时间9. 一阶微分环节Ts s G +=1)(，当频率T1=ω时，则相频特性)(ωj G ∠为（ a ） A.45°10.最小相位系统的开环增益越大，其（ d ）D.稳态误差越小11.设系统的特征方程为()0516178234=++++=s s s s s D ，则此系统 （ ）A.稳定12.某单位反馈系统的开环传递函数为：())5)(1(++=s s s k s G ，当k =（ ）时，闭环系统临界稳定。
C.3013.设系统的特征方程为()025103234=++++=s s s s s D ，则此系统中包含正实部特征的个数有（ ）C.214.单位反馈系统开环传递函数为()ss s s G ++=652，当输入为单位阶跃时，则其位置误差为（ ）D.0.0515.若已知某串联校正装置的传递函数为1101)(++=s s s G c ，则它是一种（ ） D.相位滞后校正16.稳态误差e ss 与误差信号E (s )的函数关系为（ ）B.)(lim 0s sE e s ss →=17.在对控制系统稳态精度无明确要求时，为提高系统的稳定性，最方便的是（ ）A.减小增益18.相位超前校正装置的奈氏曲线为（ ）B.上半圆19.开环传递函数为G (s )H (s )=)3(3+s s K ,则实轴上的根轨迹为（ ） C.(-∞，-3)20.在直流电动机调速系统中，霍尔传感器是用作（ ）反馈的传感器。
试题一答案 1、给定值2、输入；扰动；3、G 1(s)+G 2(s)； 40.7072=；2220s s ++=；衰减振荡 5、1050.20.5s s s s+++； 6、开环极点；开环零点 7、(1)(1)K s s Ts τ++8、1()[()()]p u t K e t e t dt T =+⎰；1[1]p K Ts+； 稳态性能 1、D 2、A 3、C 4、A 5、D 6、A 7、B 8、C 9、B 10、B解：1、建立电路的动态微分方程 根据KCL有200i 10i )t (u )]t (u )t (d[u )t (u )t (u R dt C R =-+-(2分)即 )t (u )t (du )t (u )()t (du i 2i 21021021R dtC R R R R dt C R R +=++ (2分)2、求传递函数对微分方程进行拉氏变换得)(U )(U )(U )()(U i 2i 21021021s R s Cs R R s R R s Cs R R +=++ (2分)得传递函数 2121221i 0)(U )(U )(R R Cs R R R Cs R R s s s G +++==(2分) 解：1、（4分） 22222221)()()(n n n s s K s K s K sK s K s Ks R s C s ωξωωββ++=++=++==Φ 2、（4分） ⎩⎨⎧=====2224222n n K K ξωβω ⎩⎨⎧==707.04βK3、（4分） 0010032.42==--ξξπσe83.2244===ns t ξω4、（4分） )1(1)(1)(2+=+=+=s s K s s K sK s K s G βββ ⎩⎨⎧==11v K K β414.12===βKss K Ae 5、（4分）令：0)()(11)()()(＝s s G ss K s N s C s n n ∆-⎪⎭⎫ ⎝⎛+==Φβ 得：βK s s G n +=)(五、(共15分)1、绘制根轨迹 （8分）(1)系统有有3个开环极点（起点）：0、-3、-3，无开环零点（有限终点）；（1分）(2)实轴上的轨迹：（-∞，-3）及（-3，0）； （1分）(3) 3条渐近线： ⎪⎩⎪⎨⎧︒︒±-=--=180,602333a σ （2分） (4) 分离点： 0321=++d d 得： 1-=d （2分）432=+⋅=d d K r (5)与虚轴交点：096)(23=+++=r K s s s s D[][]⎩⎨⎧=+-==+-=06)(Re 09)(Im 23r K j D j D ωωωωω ⎩⎨⎧==543r K ω （2分） 绘制根轨迹如右图所示。
1《自动控制原理》试卷（A 卷）一、 用运算放大器组成的有源电网络如图所示，试采用复数阻抗法写出它的传递函数。
（10分）（1图 ）（3图）二、假设某系统对于单位阶跃输入信号的响应为t t e e t y 10602.12.01)(---+= 。
(a) 求该系统的闭环传递函数。
(b) 确定该系统的阻尼系数。
（10分）三、试用梅逊增益公式求图中系统的闭环传递函数。
（写出步骤）（10分）四、控制系统的结构如图所示，设 r(t ) = t ⋅ 1(t ) ，p (t ) = 1(t )定义e (t ) = r(t ))(t y -，试求系统的稳态误差。
（10分）（4图）五、试确定题图所示系统参数K 和ξ的稳定域。
（写步骤）（10分）（5图）六、设单位反馈控制系统的开环传递函数为（1） 绘制根轨迹，并加以简要说明。
（2） 当系统的阻尼振荡频率s rad /1d =ω时试确定闭环主导极点的值与相应的增益值。
（15分）七、最小相位系统的开环对数幅频特性的渐近线如图所示，确定系统的开环传递函数。
（10分）八、已知最小相位系统校正前后系统的折线对数幅频特性如图所示，其中Lo(ω)为校正前特性，L开(ω)为校正后特性。
（1）试作出校正装置的对数幅频特性Lc(ω)(折线)；（2）试写出校正装置的传递函数Gc(s);（3）计算校正后系统的相位裕度γ。
（15分）cp为s右半平面上的开环根的个数，v为开九、设开环系统的奈氏曲线如下图所示，其中，环积分环节的个数，试判别闭环系统的稳定性。
(10分)（a）(b)2《自动控制原理》试卷（B 卷）一、 求下图所示系统的传递函数)(/)(0s U s U i 。
（10分）（1图） （3图）二、假设某系统对于单位阶跃输入信号的响应为t t e e t y 10602.12.01)(---+= 。
(a) 求该系统的闭环传递函数。
(b) 确定该系统的阻尼系数。
（10分）三、系统的信号流图如图所示，求输出C （S ）的表达式。
（10分）四、反馈控制系统如图所示，如果要求闭环系统的特征根全部位于S 平面上虚轴的左面，试确定参数K 的取值范围。
（10分）（4图） （5图）五、已知系统结构图如下图所示，试写出闭环传函，并计算输入信号为r(t)=0.5t 时的稳态误差。
（10分）六、已知单位反馈系统的开环传递函数，1()(1)(3)K G s s s s =++绘出当K 1变化时系统的根轨迹图，并加以简要说明。
(15分)七、最小相位系统的开环对数幅频特性的渐近线如图所示，确定系统的开环传递函数。
（10分）八、已知最小相位系统校正前后系统的折线对数幅频特性如图所示，其中Lo(ω)为校正前特性，L开(ω)为校正后特性。
（1）试作出校正装置的对数幅频特性Lc(ω)(折线)；（2）试写出校正装置的传递函数Gc(s);γ。
（3）计算校正后系统的相位裕度c（15分）p为s右半平面上的开环根的个数，v为开九、设开环系统的奈氏曲线如下图所示，其中，环积分环节的个数，试判别闭环系统的稳定性。
(10分)（b）(b)3河南理工大学 2010-2011 学年第 一 学期《自动控制原理》试卷（B 卷）一、 用运算放大器组成的有源电网络如图所示，试采用复数阻抗法写出它的传递函数。
（10分）（1图） （3图）二、试用梅逊增益公式求下图中系统的闭环传递函数。
（写出步骤）（10分）三、控制系统结构图如图所示：（1）当T=0时，试求系统的阻尼比ζ，无阻尼自然振荡角频率ωn 和单位斜坡函数输入时系统的稳态误差。
（2）当ζ=0.7，试求系统中的T 值和单位斜坡函数输入时系统的稳态误差。
【单招班不做（2）】（15分）四、设单位反馈控制系统的开环传递函数为：)10)(4()(++=s s s Ks G（1）确定使系统稳定的K 值范围；（2）要使系统闭环极点的实部不大于-1，试确定K 的取值范围。
（10分）五、设系统开环传递函数如下，试画出b 从零变到无穷时的根轨迹图。
（15分）))(4(20)(b s s s G ++=。
六、已知最小相系统的Bode 图如图所示。
写出对应的传递函数G （s ）的表达式，并求。
和h γ （20分）七、设开环系统的奈氏曲线如下图所示，其中，p 为s 右半平面上的开环根的个数，v 为开环积分环节的个数，试判别闭环系统的稳定性。
(10分)(a) (b)八、已知最小相位系统校正前后系统的折线对数幅频特性如图所示，其中Lo(ω)为校正前特性，L 开(ω)为校正后特性。
（1）试作出校正装置的对数幅频特性Lc(ω)(折线)；（2）试写出校正装置的传递函数Gc(s);（10分）1答案一、 应用复数阻抗法，如图所示计算反馈复数阻抗：则反馈复数阻抗为：（5分）对于反相运算电路，其传输关系为：输入阻抗为：将输入阻抗与反馈阻抗代入上式，得到传递函数为：（5分）二、(a) 在零初始条件下，输出的拉普拉斯变换是)10)(60(600102.1602.01)(++=+-++=s s s s s s s y 。
输入s s x /1)(=，所以闭环传递函数为60070600)10)(60(600)()()(2++=++==s s s s s x s y s G 。
(b) 对照2nn 22n 2)(ωζωω++=s s s G ，可得6002n =ω，49.24610n ==ω。
于是 43.165.3270n ≈==ωζ。
评分标准：每小问答对得5分，共10分。
三、L1=-G1G2H1, L2=-G3H2, L3=-G2H3, L1L2=G1G2G3H1H2; （3分） P1=G1G2G3, △1=1; P2=-G3G4, △2=1+G1G2H1 （2分）213213223121121343211)1()()(H H G G G H G H G H G G H G G G G G G G s R s C +++++-=（5分）四、)(1)1()(r 11)(22s p s s s s s s s s s y +++++++=)(1)1()(1)()(r )(222s p s s s s s r s s s s y s s e +++-++=-=ss s s s s s s s 11)1(112222⋅+++-⋅++= 111122+++-++=s s s s s 122++=s s s （5分） 01lim )(lim 2200=⎭⎬⎫⎩⎨⎧++==→→s s s s s se e s s ss （5分） 五、闭环传函为：（2分）闭环特征方程为： （1分）由劳斯判据，作劳斯表：（5分）令第一列系数全部大于零，解出：（2分）六、解： （1）分离点：d1=-3.414; d2=-0.586。
（5分）（2）闭环特征方程为02)1(s 2=+++g g K s K ，设闭环主导极点为j a s +=，代入闭环特征方程中得到：02))(1()(2=+++++g g K j a K j a ，得到实部方程和虚部方程分别为：12012)1(a 2=++=-+++g g g K a K K a解出：5,31,12211=-==-=g g K a K a ， 所以有：5,3;1,j 1=±-==±-=g g K j s K s 。
（10分）七、)16)(1()8(200)1161)(1(s 1)s 81100(G(s)22+++=+++=s s s s s s 评分标准：酌情打分。
共10分。
八、评分标准：每问5分。
共15分。
九、（a ）R=-1,Z=P-2R=2, 闭环不稳定，有2个正根。
（b ）R=1/2,Z=P-2R=0, 闭环稳定。
评分标准：每图5分。
共10分。
2答案一、)1()()(3132320+++-=CS R R R R CS R R s U s U i 评分标准：写对得分，写错不得分， 共10分 二、（同卷1第二题）三、L1=G1H3，L2=G2H4，L3=G4H1，L4=G3H2，L5=G4H3G3H4，L6=G2H2G1H1，L1L2=G1G2H3H4，L3L4=G4G3H1H2。
(5分)（5分）四、闭环传函为：（2分）闭环特征方程为：（1分）由劳斯判据，作劳斯表：（5分）令第一列系数全部大于零，解出：（2分）五、（1）系统闭环传函：（3分）（2）（7分）另解：G 开=G 闭/(1-G 闭)=5（0.2s+1）/0.05S 2系统为2型系统，斜坡输入时的稳态误差为零。
所以，e ss =0。
六、(1) 开环极点： p1=0，p2=－1，p3=－3 （1分） 实轴上的根轨迹区间： (－∞，－3]，［－1，0］（1分） 渐进线：013433a σ--==-00060(0)(21)180(1)360(1)a k k k k πϕ⎧⎪⎨⎪⎩=+===-=- （2分）分离点：111013d d d ++=++解得d1=－0.45，d2=-2.2。
d2=－2.2不在根轨迹上，舍去。
（3分）与虚轴交点：特征方程321()430D s s s s K =+++= 将s =j ω代入后得2134030K ωωω⎧⎪⎨⎪⎩-=-= 解之得ω= 112K = （3分）当 ∞<≤10K 时，按 180相角条件绘制根轨迹如图所示。
（5分） 七、)2()5.0(2)15.0(s 1)0.5(2s G(s)22++=++=s s s s 评分标准：酌情打分。
共10分。
八、（同卷1第八题）九、（a ）R=0,Z=P-2R=0, 闭环稳定。
（b ）R=1-1=0,Z=P-2R=1, 闭环不稳定，有1个正根。
评分标准：每图5分。
共10分。
3答案一、（同卷1第一题）二、存在三个回路：312323431G H G G H G G H ∆=+++ (5分) 存在两条前向通路：1123451262,1,P G G G G G P G =∆==∆=∆ （3分） 所以：12345631343232()()1G G G G G C s G R s G H G G H G G H =++++ (2分)三、(1)当T =0时：开环传函为：)15.0(4)2(8)(+=+=s s s s s G 开 （1分） 闭环传函为：828)(2++=s s s G 闭 （1分） 根据闭环传函表达式，与标准式子比较得：828.2228≈==n ω （1分） 由：22n =ξω，解得：354.01≈=n ωξ。
（1分）由开环传函表达式知：型别V=1，K=4,则：25.01e ==K ss （3分） (2) 加入速度反馈后，开环传函为：)82(8)2(1)2(8)(T s s s s s s s G ++=+++=开 （2分） 闭环传函为：8s )828)(2+++=T s s G （闭 （1分） 根据闭环传函表达式，与标准式子比较得：828.2228≈==n ω （1分） 根据已知条件有：22*7.0*2282==+n T ξω，解得：T=0.245。
