2023年全国硕士研究生入学考试自动化真题题目一：控制系统理论与设计一、选择题1. 对于一个稳定控制系统，以下说法正确的是：a) 系统的输入与输出之间存在比例关系b) 系统的输出在整个时间范围内都是周期性的c) 系统的输出在无限时间内趋近于一个固定的值d) 系统的输出不会受到干扰2. 下列关于串级控制系统的说法中，正确的是：a) 主控制器响应速度较快b) 前级控制器响应速度较快c) 只有一个控制回路d) 只适用于特定类型的过程3. 在反馈控制系统中，负反馈具有以下优点：a) 提高系统的稳定性b) 减小系统的带宽c) 提高系统的超调量d) 增加系统的延迟时间二、填空题1. 控制系统中的传递函数是用来描述系统的。
2. 闭环控制系统中，稳态误差可以通过增加来减小。
3. 控制系统的控制对象是指。
4. 控制系统中比例控制器的传递函数为。
5. 控制系统中积分控制器的传递函数为。
三、简答题1. 请解释反馈控制系统与前馈控制系统的区别，并举例说明。
反馈控制系统和前馈控制系统是两种常见的控制系统结构。
它们的区别在于反馈路径的存在与否。
在反馈控制系统中，系统的输出值通过传感器反馈给控制器，控制器根据反馈信号调整控制策略，进而影响系统的输入，以实现对系统输出的控制。
反馈控制系统通过监测系统的实际输出与期望输出之间的差异，来调整控制信号并纠正系统的偏差，从而提高系统的稳定性和鲁棒性。
例如，温度控制系统中的恒温器，通过检测环境温度与设定温度之间的差异，自动调节供暖或制冷设备的输出。
相比之下，前馈控制系统是一种预测性控制方法，它根据事先确定的模型和目标输出，直接计算出控制信号，而不需要通过反馈路径来调整控制器的输出。
前馈控制系统可以在系统受到干扰时提前作出响应，并在前馈路径的作用下减小输出误差。
例如，在飞机自动驾驶系统中，根据预先建立的飞行动力学模型和目标航迹，使用前馈控制来精确控制飞机的姿态和位置。
2. 简述PID控制器的工作原理，并解释每个参数对系统响应的影响。
硕士研究生入学考试自命题科目考试大纲课程名称：自动控制原理参考书：《自动控制原理》（第五版），胡寿松，科学出版社。
一、总体要求要求考生熟练掌握控制系统建模、分析与综合设计的基本概念、基本理论和基本方法；并能够利用所学的理论方法解决与分析常见的自动控制问题，具备进一步学习有关专业知识及进行工程实践的基础。
二、考试内容及比例（一）自动控制的一般概念（5～10%）1、自动控制的基本方式2、控制系统的基本组成3、自动控制系统分类4、对控制系统性能的基本要求（二）控制系统的数学模型（20～30%）1、控制系统数学模型的概念2、微分方程的列写（电气、力学系统）、求解（拉氏变换法）3、非本质非线性微分方程的线性化4、传递函数的概念、性质及列写，典型环节、元部件的传递函数5、状态空间表达式的建立6、结构图的概念、性质、绘制及等效变换7、信号流图的概念、性质、绘制8、Mason公式及其应用（三）线性系统的时域分析（20～30%）1、典型输入信号的一般形式2、给定输入信号作用下系统响应的计算3、稳定性的概念、性质，线性定常系统稳定性判别条件及判据（劳斯判据）4、时域性能指标体系、指标含义5、一阶系统的数学模型、不同输出响应，时域动态指标的计算6、二阶系统的数学模型、不同输出响应、时域动态指标的计算、性能改善方法7、高阶系统中主导极点、偶极子概念8、稳态误差概念、性质及其计算（终值定理法、静态误差系数法、动态误差系数法）（四）线性系统的根轨迹法（15～20%）1、根轨迹、根轨迹方程的概念2、180º、0º根轨迹的绘制法则3、根轨迹绘制（常规、广义根轨迹）4、基于系统根轨迹的性能分析（定性分析、定量估算）（五）线性系统的频域分析（20～30%）1、频率特性的概念、表示方法，典型环节的频率特性2、开环频率特性图（奈氏曲线、Bode图）的绘制3、传递函数实验法4、系统稳定性的判别（奈奎斯特稳定判据）5、稳定裕度的概念、计算6、开环和闭环频域性能指标的概念、计算（六）线性系统的校正方法（20～30%）1、校正的概念，常用校正方式的性质及特性2、常用校正装置的对数频率特性及其作用3、串联超前校正、迟后校正、迟后-超前校正的实质与主要特点及设计4、PID调节律表达式、含义5、复合校正的概念、方法及作用6、复合控制系统的设计三、试卷题型及比例试卷题型分为简答题、计算题、绘图题和综合题等类型，其中简答题约占10～20%，计算题、绘图题、综合题约占80～90％。
第5章线性系统的频域分析法5.1复习笔记本章考点：幅相特性曲线、伯德图的绘制，奈奎斯特稳定判据，稳定裕度计算。
一、频率特性1．定义幅频特性：稳态响应的幅值与输入信号的幅值之比A（ω）。
相频特性：稳态响应与正弦输入信号的相位差φ（ω）。
频率特性：幅频特性和相频特性在复平面上构成的一个完整向量G（jω）＝A（ω）e jφ（ω）。
2．频率特性的几何表示法（重点）（1）幅相频率特性曲线（幅相曲线或极坐标图），横坐标为开环频率特性的实部，纵坐标为虚部， 为参变量。
（2）对数频率特性曲线（伯德图），由对数幅频特性曲线、对数幅相频特性曲线两幅图组成：①对数幅频特性曲线的纵坐标表示L（ω）＝20lgA（ω），单位是分贝，记作dB；②对数相频特性曲线的纵坐标为φ（ω），单位为度“°”。
（3）对数幅相曲线（尼科尔斯图），横坐标表示频率特性的相角φ（ω），纵坐标表示频率特性的幅值的分贝数L（ω）＝20lgA（ω）。
二、典型环节与开环系统的频率特性1．典型环节的频率特性一些主要典型环节的频率特性曲线总结如表5-1-1所示。
表5-1-1典型环节频率特性曲线总结2．开环幅相曲线绘制步骤（1）确定开环幅相曲线的起点（ω＝0＋）和终点（ω＝∞），确定幅值变化与相角变化。
（2）计算开环幅相曲线与实轴的交点。
令Im[G（jωx）H（jωx）]＝0或φ（ωx）＝∠G（jωx）H（jωx）＝kπ（k＝0，±1，…）称ωx为穿越频率，而开环频率特性曲线与实轴交点的坐标值为Re[G（jωx）H（jωx）]＝G（jωx）H（jωx）。
（3）分析开环幅相曲线的变化范围（象限、单调性）。
3．开环对数频率特性曲线绘制步骤（1）开环传递函数典型环节分解并确定一阶环节、二阶环节的交接频率；（2）绘制低频段渐近特性线：在ω＜ωmin频段内，直线斜率为－20vdB/dec；（3）作ω≥ωmin频段渐近特性线，交接频率点处斜率变化表如表5-1-2所示。
