自动控制原理期末考试试卷六套 （答案详解）.doc

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1、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. 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，则它的开环增益为（c ） C.5 7. 二阶系统的传递函数，则该系统是（b ）B.欠阻尼

2、系统8. 若保持二阶系统的不变，提高n，则可以（b ） B.减少上升时间和峰值时间9. 一阶微分环节，当频率时，则相频特性为（ 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，则此系统 （ ）A.稳定 12.某单位反馈系统的开环传递函数为：，当k=（ ）时，闭环系统临界稳定。 C.30 13.设系统的特征方程为，则此系统中包含正实部特征的个数有（ ） C.2 14.单位反馈系统开环传递函数为，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，则它是一种（ ） D.相位滞后校正16.稳态误差es

3、s与误差信号E(s)的函数关系为（ ） B. 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)=,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。 B.电流 二、 填空题（每小题1分，共10分）21.闭环控制系统又称为 反馈控制 系统。22.一线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与 传递函数 相同。23.一阶系统当输入为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为 时间常数T (或常量) 。24.控制

4、系统线性化过程中，线性化的精度和系统变量的 偏移程度 有关。25.对于最小相位系统一般只要知道系统的 开环幅频特性就可以判断其稳定性。26.一般讲系统的位置误差指输入是 阶跃信号 所引起的输出位置上的误差。（速度误差是斜波信号）27.超前校正是由于正相移的作用，使截止频率附近的 相位 明显上升，从而具有较大的稳定裕度。28.二阶系统当共轭复数极点位于 45 线上时，对应的阻尼比为0.707。29.PID调节中的“P”指的是 比例 控制器。30.若要求系统的快速性好，则闭环极点应距虚轴越_ 远 _越好。三、 名词解释（每小题3分，共15分）31.稳定性 指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平稳状态

5、的能力32.理想微分环节 输出变量正比于输入变量的微分33.调整时间 系统响应曲线达到并一直保持在允许衰减范围内的最短时间34.正穿越 当奈氏图随w增加逆时针从第二象限越过负实轴向第三象限去时，叫正穿越35.根轨迹 指当系统某个参数（如开环增益K）由零到无穷大变化时，闭环特征根在s平面上移动的轨迹。四、 简答题（每小题5分，共25分）36. 为什么说物理性质不同的系统，其传递函数可能相同 ? 举例说明。 传递函数是线性定常系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比，它通常不能表明系统的物理特性和物理结构，因此说物理性质不同的系统，其传递函数可能相同37. 一阶惯性系统当输入为单位阶跃函数时，如何用

6、实验方法确定时间常数T ？其调整时间ts和时间常数T有何关系，为什么？ 常用的方法（两方法选1即可）：其单位阶跃响应曲线在 0.632（2.5分）稳态值处，经过的时间tT（2.5分）；ts（34）T 38. 什么是主导极点？主导极点起什么作用，请举例说明。 高阶系统中距离虚轴最近的极点，其附近没有零点，它的实部比其它极点的实部的1/5还小，称其为主导极点。（2分）将高阶系统的主导极点分析出来，利用主导极点来分析系统，相当于降低了系统的阶数，给分析带来方便39. 什么是偏差信号？什么是误差信号？它们之间有什么关系? 偏差信号：输入信号与反馈信号之差；（1.5分）误差信号：希望的输出信号与实际的输

7、出信号之差。（1.5分）两者间的关系：，当时，（2分）40. 根轨迹的分支数如何判断？举例说明。 根轨迹S平面止的分支数等于闭环特征方程的阶数，也就是分支数与闭环极点的数目相同 44.系统开环频率特性由实验求得，并已用渐近线表示出。试求该系统的开环传递函数。(设系统是最小相位系统)。自动控制原理1试题答案及评分参考一、单项选择题（每小题 1 分，共 20 分）1 .C 2 .A 3 .C 4 .A 5 .B 6 .C 7 .B 8 .B 9 .A 10.D11.A 12.C 13.C 14.C 15.D 16.B 17.A 18.B 19.C 20.B二、填空题(每空 1 分, 共 10 分)

8、21.反馈控制 22.传递函数 23.时间常数T (或常量) 24.偏移程度 25.开环幅频特性 26.阶跃信号 27.相位 28.45 29.比例 30.远三、名词解释(每小题 3 分, 共 15 分)31.指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平稳状态的能力。32.输出变量正比于输入变量的微分（或）33.系统响应曲线达到并一直保持在允许衰减范围内的最短时间34.当乃氏图随w增加逆时针从第二象限越过负实轴向第三象限去时，叫正穿越。35.指当系统某个参数（如开环增益K）由零到无穷大变化时，闭环特征根在s平面上移动的轨迹。四、简答题(每小题 5 分, 共 25 分)36.传递函数是线性定常系统输出的

9、拉氏变换与输入的拉氏变换之比，它通常不能表明系统的物理特性和物理结构，因此说物理性质不同的系统，其传递函数可能相同。（3分）举例说明(2分)略，答案不唯一。37.常用的方法（两方法选1即可）：其单位阶跃响应曲线在 0.632（2.5分）稳态值处，经过的时间tT（2.5分）；或在 t0处曲线斜率 k1/T，ts（34）T38.高阶系统中距离虚轴最近的极点，其附近没有零点，它的实部比其它极点的实部的1/5还小，称其为主导极点。（2分）将高阶系统的主导极点分析出来，利用主导极点来分析系统，相当于降低了系统的阶数，给分析带来方便。（2分）举例说明(1分)略，答案不唯一。39.偏差信号：输入信号与反馈信

10、号之差；（1.5分）误差信号：希望的输出信号与实际的输出信号之差。（1.5分）两者间的关系：，当时，（2分）40.根轨迹S平面止的分支数等于闭环特征方程的阶数，也就是分支数与闭环极点的数目相同（3分）。举例说明(2分)略，答案不唯一。五、计算题(第41、42题每小题5分，第43 、44题每小题10分，共 30 分)41.解： （5分）42.解： （2.5分） （2.5分） 43.解： （2分） （2分） （2分） （2分） （2分）44.解：由图知该系统的开环传递函数为 （2分） 其中T= （1分） 由低频渐近线与横轴交点为，得 （2分） 修正量，得 （2分） 故所求开环传递函数为 （3分）

11、或记为 ()自动控制原理2一、 单项选择题（每小题1分，共20分）1. 系统已给出，确定输入，使输出尽可能符合给定的最佳要求，称为（ ）A.最优控制 2. 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。 B.输入量 3. 在系统对输入信号的时域响应中，其调整时间的长短是与（ ）指标密切相关。 D.允许的稳态误差4. 主要用于产生输入信号的元件称为（ ） B.给定元件 5. 某典型环节的传递函数是，则该环节是（ ） C.惯性环节 6. 已知系统的微分方程为，则系统的传递函数是（ ）A. 7. 引出点前移越过一个方块图单元时，应在引出线支路上（ ）

12、C.串联越过的方块图单元 8. 设一阶系统的传递，其阶跃响应曲线在t=0处的切线斜率为（ ） B.2 9. 时域分析的性能指标，哪个指标是反映相对稳定性的（ ）D.最大超调量10. 二阶振荡环节乃奎斯特图中与虚轴交点的频率为（ ）D.固有频率11. 设系统的特征方程为，则此系统中包含正实部特征的个数为（ ） C.2 12. 一般为使系统有较好的稳定性,希望相位裕量g为（ ） C.3060 13. 设一阶系统的传递函数是，且容许误差为5%，则其调整时间为（ ） C.3 （t=3T 此处T=1） 14. 某一系统的速度误差为零，则该系统的开环传递函数可能是（ ） D.15. 单位反馈系统开环传递函

13、数为，当输入为单位斜坡（确定K=无穷）时，其加速度误差为（ ）A.0 16. 若已知某串联校正装置的传递函数为，则它是一种（ ）A.相位超前校正 17. 确定根轨迹大致走向，一般需要用（ ）条件就够了。D.幅值条件+幅角条件18. 某校正环节传递函数，则其频率特性的奈氏图终点坐标为（ ） D.(10，j0)19. 系统的开环传递函数为，则实轴上的根轨迹为（ ）A.(-2，-1)和（0，） B.(-，-2)和(-1，0)C.(0，1)和(2，) D.(-，0)和(1，2)20. A、B是高阶系统的二个极点，一般当极点A距离虚轴比极点B距离虚轴大于（ ）时，分析系统时可忽略极点A。A.5倍 B.4

14、倍 C.3倍 D.2倍二、 填空题（每小题1分，共10分）21.“经典控制理论”的内容是以 传递函数 为基础的。22.控制系统线性化过程中，变量的偏移越小，则线性化的精度 越高 。23.某典型环节的传递函数是，则系统的时间常数是0.5 。24.延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使 相频特性 发生变化。25.若要全面地评价系统的相对稳定性，需要同时根据相位裕量和 .幅值裕量 来做出判断。26.一般讲系统的加速度误差指输入是 匀加速度 所引起的输出位置上的误差。27.输入相同时，系统型次越高，稳态误差越 .小 。28.系统主反馈回路中最常见的校正形式是 串联校正 和反馈校正29.已知超前校正装置的传

15、递函数为，其最大超前角所对应的频率 。30.若系统的传递函数在右半S平面上没有 零点和极点 ，则该系统称作最小相位系统。三、 名词解释（每小题3分，共15分）31.数学模型 如果一物理系统在信号传递过程中的动态特性能用数学表达式描述出来，该数学表达式就称为数学模型。32.反馈元件 .用于测量被调量或输出量，产生主反馈信号的元件。33.最大超调量 二阶 欠阻尼系统 在单位阶跃输入时，响应曲线的 最大峰值 与 稳态值的差。34.频率响应 系统对正弦输入的稳态响应35.幅值裕量 在频率为相位交界频率时，开环幅频特性的倒数称为系统的幅值裕度，四、 简答题（每小题5分，共25分）36. 开环控制系统和闭

16、环控制系统的主要特点是什么？ 开环控制系统：是没有输出反馈的一类控制系统。其结构简单，价格低，易维修。精度低、易受干扰。（2.5分）闭环控制系统：又称为反馈控制系统，其结构复杂，价格高，不易维修。但精度高，抗干扰能力强，动态特性好。（37. 如何用实验方法求取系统的频率特性函数？ 即在系统的输入端加入一定幅值的正弦信号，系统稳定后的输出也是正弦信号，（2.5分）记录不同频率的输入、输出的幅值和相位，即可求得系统的频率特性。38.伯德图中幅频特性曲线的首段和传递函数的型次有何关系？39.根轨迹与虚轴的交点有什么作用? 举例说明。 根轨迹与虚轴相交，表示闭环极点中有极点位于虚轴上，即闭环特征方程有

17、纯虚根，系统处于临界稳定状态，可利用此特性求解稳定临界值。（3分） 40. 系统闭环零点、极点和性能指标的关系。 .1)当控制系统的闭环极点在s平面的左半部时，控制系统稳定；（1分）2)如要求系统快速性好，则闭环极点越是远离虚轴；如要求系统平稳性好，则复数极点最好设置在s平面中与负实轴成45夹角线以内；（1分）3)离虚轴的闭环极点对瞬态响应影响很小，可忽略不计；（1分）4)要求系统动态过程消失速度快，则应使闭环极点间的间距大，零点靠近极点。即存5）在偶极子；（1分）5)如有主导极点的话，可利用主导极点来估算系统的性能指标。（1分）五、 计算题（第41、42题每小题5分，第43 、44题每小题1

18、0分，共30分）41.根据图示系统结构图，求系统传递函数C(s)/R(s)。（用信号流图，以及梅森公式） C(s)+R(s)G2(s)G1(s)+G3(s)-H3(s)H1(s)42.建立图示系统的数学模型，并以传递函数形式表示。y0(t) 43.已知系统的传递函数，试分析系统由哪些环节组成并画出系统的Bode图。44.电子心率起搏器心率控制系统结构如图所示，其中模仿心脏的传递函数相当于一个纯积分环节，要求：(1)若，对应最佳响应，问起搏器增益K应取多大。(2)若期望心速为60次/min，并突然接通起搏器，问1s后实际心速为多少？瞬时的最大心速多大。 自动控制原理2试题答案及评分参考一、单项选

19、择题（每小题 1 分，共 20 分）1 .A 2 .B 3 .D 4 .B 5 .C 6 .A 7 .C 8 .B 9 .D 10.D11.C 12.C 13.C 14.D 15.A 16.A 17.D 18.D 19.B 20.A二、填空题(每空 1 分, 共 10 分)21.传递函数 22.越高 23.0.5 24.相频特性 25.幅值裕量 26.匀加速度 27.小28.串联校正 29.1.25 30.零点和极点三、名词解释(每小题 3 分, 共 15 分)31.如果一物理系统在信号传递过程中的动态特性能用数学表达式描述出来，该数学表达式就称为数学模型。32.用于测量被调量或输出量，产生主

20、反馈信号的元件。33.二阶欠阻尼系统在单位阶跃输入时，响应曲线的最大峰值与稳态值的差。34.系统对正弦输入的稳态响应。35.在频率为相位交界频率时，开环幅频特性的倒数称为系统的幅值裕度，。四、简答题(每小题 5 分, 共 25 分)36.开环控制系统：是没有输出反馈的一类控制系统。其结构简单，价格低，易维修。精度低、易受干扰。（2.5分）闭环控制系统：又称为反馈控制系统，其结构复杂，价格高，不易维修。但精度高，抗干扰能力强，动态特性好。（2.5分）37.答案不唯一。例如：即在系统的输入端加入一定幅值的正弦信号，系统稳定后的输入也是正弦信号，（2.5分）记录不同频率的输入、输出的幅值和相位，即可

21、求得系统的频率特性。（2.5分）38.0型系统的幅频特性曲线的首段高度为定值，20lgK0（2分）1型系统的首段-20dB/dec，斜率线或其延长线与横轴的交点坐标为1K1（1.5分）2型系统的首段-40dB/dec，斜率线或其延长线与横轴的交点坐标为1K2（1.5分）39.根轨迹与虚轴相交，表示闭环极点中有极点位于虚轴上，即闭环特征方程有纯虚根，系统处于临界稳定状态，可利用此特性求解稳定临界值。（3分）举例，答案不唯一。如求开环传递函数G(s)=K/(s(s+1)(s+2)的系统稳定时的K值。根据其根轨迹与虚轴相交的交点，得到0K 18.已知系统开环传递函数，则与虚轴交点处的K*=（ ）A.

22、0 B.2 C.4 D.619.某校正环节传递函数，则其频率特性的奈氏图终点坐标为（ ）A.(0，j0) B.(1，j0) C.(1，j1) D.(10，j0)20.A、B是高阶系统的二个极点，一般当极点A距离虚轴比极点B距离虚轴大于（ ）时，分析系统时可忽略极点A。 A.5倍 B.4倍 C.3倍 D.2倍21.对控制系统的首要要求是系统具有 .稳定性 。22.在驱动力矩一定的条件下，机电系统的转动惯量越小，其 加速性能 越好。23.某典型环节的传递函数是，则系统的时间常数是 。24.延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使 发生变化。25.二阶系统当输入为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为 2/

23、wn (或常量) 。26.反馈控制原理是 检测偏差并纠正偏差的 原理。27.已知超前校正装置的传递函数为，其最大超前角所对应的频率 。28.在扰动作用点与偏差信号之间加上 积分环节 能使静态误差降为0。29.超前校正主要是用于改善稳定性和 快速性 。滞后校正系统，用于提高系统的开环增益,改善系统的稳态性能30.一般讲系统的加速度误差指输入是 所引起的输出位置上的误差。31.自动控制 在没有人直接参与的情况下，使被控对象的某些物理量准确地按照预期规律变化32.传递函数 对于线性定常系统,在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入的拉氏变换之比33.瞬态响应34.最小相位传递函数 在右半s平面上无

24、极点和零点的传递函数称为最小相位传递函数。35.复现频率 在允许误差范围内的最高工作频率36. 方块图变换要遵守什么原则，举例说明。 1)各前向通路传递函数的乘积保持不变。（2分）2)各回路传递函数的乘积保持不变。 （2分）37. 试说明延迟环节的频率特性，并画出其频率特性极坐标图。 其极坐标图为单位圆，随着从0 变化，其极坐标图顺时针沿单位圆转无穷多圈38. 如何减少系统的误差? 1)提高反馈通道的精度，避免引入干扰;（1.5分）2)在保证系统稳定的前提下，对于输入引起的误差，可通过增大系统开环放大倍数和提高系统型次减小。对于干扰引起的误差，可通过在系统前向通道干扰点前加积分增大放大倍数来减

25、小;（2分）3）采用复合控制对误差进行补偿。（1.5分）39. 开环不稳定的系统，其闭环是否稳定？举例说明。 开环不稳定的系统，其闭环只要满足稳定性条件，就是稳定的，否则就是不稳定的40. 高阶系统简化为低阶系统的合理方法是什么？ .保留主导极点即距虚轴最近的闭环极点，忽略离虚轴较远的极点 41.求如下方块图的传递函数。 G1G3G4+X0(S)Xi(S)HG242.建立图示系统的数学模型，并以传递函数形式表示。Fi (t) 43.设单位反馈开环传递函数为，求出闭环阻尼比为时所对应的K值，并计算此K值下的。44.单位反馈开环传递函数为，(1)试确定使系统稳定的a值；(2)使系统特征值均落在S平

26、面中这条线左边的a值。自动控制原理41. 系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（ ） C.系统分析 2. 开环控制系统的的特征是没有（ ）C.反馈环节 3. 主要用来产生偏差的元件称为（ ）A.比较元件 4. 某系统的传递函数是，则该可看成由（ ）环节串联而成。C.惯性、延时 5. 已知 ，其原函数的终值（ ） C.0.75 6. 在信号流图中，在支路上标明的是（ ）D.传递函数7 .设一阶系统的传递函数是，且容许误差为2%，则其调整时间为（ ）A.1 B.1.5 C.2 D.38. 惯性环节和积分环节的频率特性在（ ）上相等。A.幅频特性的斜率9. 若保持二阶系统的不变，提高n，

27、则可以（ ）A.提高上升时间和峰值时间 B.减少上升时间和峰值时间C.提高上升时间和调整时间 D.减少上升时间和超调量10.二阶欠阻尼系统的有阻尼固有频率d、无阻尼固有频率n和谐振频率r比较（ ） D.n dr11.设系统的特征方程为，则此系统中包含正实部特征的个数有（ ）A.0 B.1 C.2 D.312.根据系统的特征方程，可以判断系统为（ ）A.稳定 B.不稳定 C.临界稳定 D.稳定性不确定13.某反馈系统的开环传递函数为：，当（ ）时，闭环系统稳定。 B. 14.单位反馈系统开环传递函数为，当输入为单位阶跃时，其位置误差为（ ） B.0.2 15.当输入为单位斜坡且系统为单位反馈时，

28、对于II型系统其稳态误差为（ ）A.0 B.0.1/k C.1/k D.16.若已知某串联校正装置的传递函数为，则它是一种（ ）A.相位滞后校正 B.相位超前校正 C.微分调节器 D.积分调节器17.相位超前校正装置的奈氏曲线为（ ） B.上半圆 18.在系统中串联PD调节器，以下那一种说法是错误的（ ）A.是一种相位超前校正装置 B.能影响系统开环幅频特性的高频段C.使系统的稳定性能得到改善 D.使系统的稳态精度得到改善19.根轨迹渐近线与实轴的交点公式为（ ）A. B. C. D.20.直流伺服电动机测速机机组（型号为70SZD01F24MB）实际的机电时间常数为（ ）A.8.4 ms B

29、.9.4 ms C.11.4 ms D.12.4 ms21.根据采用的信号处理技术的不同，控制系统分为模拟控制系统和 数字控制系统 。22.闭环控制系统中，真正对输出信号起控制作用的是 偏差信号。23.控制系统线性化过程中，线性化的精度和系统变量的 偏移程度 有关。24.描述系统的微分方程为，则频率特性 。25.一般开环频率特性的低频段表征了闭环系统的 稳态 性能。26.二阶系统的传递函数G(s)=4/(s2+2s+4) ，其固有频率wn 2 。27.对单位反馈系统来讲，偏差信号和误差信号 .相同 。28.PID调节中的“P”指的是 控制器。29.二阶系统当共轭复数极点位于45线上时，对应的阻

30、尼比为 。 30.误差平方积分性能指标的特点是： 重视大的误差，忽略小的误差 。31.最优滤波32.积分环节 输出变量正比于输入变量的积分（或）33.极坐标图 是反映频率响应的几何表示34.相位裕量 在为剪切频率时，相频特性距-180线的相位差g 称为相位裕量35.根轨迹的起始角 36. 简要论述自动控制理论的分类及其研究基础、研究的方法。 自动控制理论分为“经典控制理论”和“现代控制理论”，（1分）“经典控制理论”以传递函数为基础（1分），以频率法和根轨迹法为基本方法，（2分）“现代控制理论”以状态空间法为基础，（37. 二阶系统的性能指标中，如要减小最大超调量，对其它性能有何影响？ 要减小

31、最大超调量 增大阻尼比（2分）。会引起上升时间、峰值时间变大，影响系统的快速性。38. 用文字表述系统稳定的充要条件。并举例说明。 .系统特征方程式的所有根均为负实数或具有负的实部39. 在保证系统稳定的前提下，如何来减小由输入和干扰引起的误差？ 于输入引起的误差，可通过增大系统开环放大倍数和提高系统型次减小。（2.5分）对于干扰引起的误差，可通过在系统前向通道干扰点前加积分增大放大倍数来减小40.根轨迹的渐近线如何确定？ 41.建立图示系统的数学模型，并以传递函数形式表示。Fi (t)42.求如下方块图的传递函数。 G4+X0(S)G3+G2+Xi(S)G1H43.已知给定系统的传递函数，分

32、析系统由哪些环节组成，并画出系统的Bode图。 44.已知单位反馈系统的开环传递函数，(l)求使系统稳定的开环增益k的取值范围；(2)求k=1时的幅值裕量；(3)求k=1.2，输入x(t)=1+0.06 t时的系统的稳态误差值ess。自动控制原理51. 随动系统对（ ）要求较高。A.快速性 B.稳定性 C.准确性 D.振荡次数2.“现代控制理论”的主要内容是以（ ）为基础，研究多输入、多输出等控制系统的分析和设计问题。A.传递函数模型 B.状态空间模型 C.复变函数模型 D.线性空间模型3. 主要用于稳定控制系统，提高性能的元件称为（ ）A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.校正元件4. 某环节的传递函数是，则该环节可看成由（ ）环节串联而组成。A.比例、积分、滞后 B.比例、惯性、微分 C.比例、微分、滞后 D.比例、积分、微分5. 已知 ，其原函数的终值（ ）A.0 B. C.0.75