自動控制原理題目(含答案)

1、自動控制原理復(fù)習(xí)參考資料一、基本知識 11、反饋控制又稱 偏差控制 ，其控制作用是通過 輸入量與反饋量 的差值進(jìn)行的。2、閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為 反饋控制系統(tǒng) 。3、在經(jīng)典控制理論中主要采用的數(shù)學(xué)模型是微分方程、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)框圖和信號流圖。4、自動控制系統(tǒng)按輸入量的變化規(guī)律可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)與程序控制系統(tǒng)。5、對自動控制系統(tǒng)的基本要求可以概括為三個方面，即：穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。6、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，取決于系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)和參數(shù) , 與外作用及初始條件無關(guān)。7、兩個傳遞函數(shù)分別為 G1(s)與 G2(s)的環(huán)節(jié)，以 并聯(lián)方式連接，其等效傳遞函數(shù)為 G1(s)+G2(s)，以串聯(lián)方式連

2、接，其等效傳遞函數(shù)為 G1(s)*G 2(s)。8、系統(tǒng)前向通道傳遞函數(shù)為 G（s），其正反饋 的傳遞函數(shù)為 H（s），則其閉環(huán)傳遞函數(shù)為 G（ s）/(1- G （s） H （s）)。9、單位負(fù)反饋 系統(tǒng)的前向通道傳遞函數(shù)為G（ s），則閉環(huán)傳遞函數(shù)為G（s）/(1+G（ s）)。10 、 典 型 二 階 系 統(tǒng) 中 ， =0.707時，稱該系統(tǒng)處于二階工程最佳狀態(tài)，此時超調(diào)量為4.3%。11、應(yīng)用勞斯判據(jù) 判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性， 勞斯表中第一列數(shù)據(jù) 全部為正數(shù) ，則系統(tǒng)穩(wěn)定。12、線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是所有閉環(huán)特征方程的根的實(shí)部均為負(fù) ，即都分布在 S 平面的左平面 。13、隨動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差

3、主要來源于 給定信號 ，恒值系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差主要來源于擾動信號。14、對于有穩(wěn)態(tài)誤差的系統(tǒng)， 在前向通道中串聯(lián) 比例積分環(huán)節(jié) ，系統(tǒng)誤差將變?yōu)榱恪?5、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分為 給定穩(wěn)態(tài)誤差和擾動穩(wěn)態(tài)誤差兩種。16、對于一個有穩(wěn)態(tài)誤差的系統(tǒng)，增大系統(tǒng)增益則穩(wěn)態(tài)誤差將減小。17、對于典型二階系統(tǒng)， 慣性時間常數(shù) T 愈大則系統(tǒng)的快速性愈差。18、應(yīng)用頻域分析法， 穿越頻率越大，則對應(yīng)時域指標(biāo)t s 越小，即快速性越好19 最小相位系統(tǒng) 是指 S 右半平面不存在系統(tǒng)的開環(huán)極點(diǎn)及開環(huán)零點(diǎn)。20、按照校正裝置在系統(tǒng)中的不同位置，系統(tǒng)校正可分為串聯(lián)校正、反饋校正、補(bǔ)償校正與復(fù)合校正四種。21、對于線性系統(tǒng)， 相位

4、裕量愈大則系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性越好。22、根據(jù)校正裝置的相位特性， 比例微分調(diào)節(jié)器屬于相位超前校正裝置，比例積分調(diào)節(jié)器屬于相位滯后校正裝置，PID 調(diào)節(jié)器屬于相位滯后 - 超前校正裝置。23、PID 調(diào)節(jié)中的 P 指的是比例控制器， I 是積分控制器， D 是微分控制器 。24、離散系統(tǒng)中信號的最高頻譜為 max，則采樣頻率 s 應(yīng)保證 s=2 max條件。26、在離散控制系統(tǒng)分析方法中， 把差分方程變?yōu)榇鷶?shù)方程的數(shù)學(xué)方法為Z 變換。27、離散系統(tǒng)中，兩個傳遞函數(shù)分別為G1(s)與 G2(s)的環(huán)節(jié)，以串聯(lián)方式連接，連接點(diǎn)有采樣開關(guān)，其等效傳遞脈沖函數(shù)為G1(z)G2(z)；連接點(diǎn)沒有采樣開關(guān)，其

5、等效傳遞脈沖函數(shù)為G1G2(z)。28、根據(jù)系統(tǒng)的輸出量是否反饋至輸入端，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)。29、家用空調(diào)溫度控制、電梯速度控制等系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)；30、經(jīng)典控制理論的分析方法主要有時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法。二、基本知識 21、開環(huán)控制系統(tǒng)的的特征是沒有（A.執(zhí)行環(huán)節(jié)C.反饋環(huán)節(jié)）B.給定環(huán)節(jié)D.放大環(huán)節(jié)2、閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)性能主要取決于開環(huán)對數(shù)幅頻特性的（）A、低頻段B、中頻段C、高頻段D、均無關(guān)503、若系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，則它的開環(huán)增益為（）s(5 s10)A.5B.10C.50D.1004、已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為50，則該系統(tǒng)的開環(huán)增益為()。(2 s

6、1)(s 5)A、 50B、25C、10D、 55、開環(huán)頻域性能指標(biāo)中的相角裕度對應(yīng)時域性能指標(biāo) ()。A、超調(diào) %B、穩(wěn)態(tài)誤差 e ssC、調(diào)整時間 t sD、峰值時間 t p6、一般為使系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性, 希望相位裕量為（）A.015B.15 30C.30 60D.60 907、若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)在右半 S 平面上沒有零點(diǎn)和極點(diǎn)， 則該系統(tǒng)稱作 （）A. 非最小相位系統(tǒng)B.最小相位系統(tǒng)C.不穩(wěn)定系統(tǒng)D.振蕩系統(tǒng)8、關(guān)于傳遞函數(shù)，錯誤的說法是()A 傳遞函數(shù)只適用于線性定常系統(tǒng)；B 傳遞函數(shù)不僅取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)， 給定輸入和擾動對傳遞函數(shù)也有影響；C 傳遞函數(shù)一般是為復(fù)變量 s 的真分

7、式；D 閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。9、下列哪種措施對改善系統(tǒng)的精度沒有效果()。A、增加積分環(huán)節(jié)B、提高系統(tǒng)的開環(huán)增益 KC、增加微分環(huán)節(jié)D、引入擾動補(bǔ)償10、某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是 G s11e s ，則該可看成由（）環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。2sA.比例、延時B.慣性、導(dǎo)前C.慣性、延時D. 慣性、比例11、某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是 G s1，則可等效為（）環(huán)節(jié)串聯(lián)。s( s1)A.比例、積分B.積分、慣性C.慣性、微分D. 微分、比例12、為了消除存在穩(wěn)態(tài)誤差的系統(tǒng)的誤差，可采用串聯(lián)（）進(jìn)行校正。A.比例校正裝置B. 比例微分校正裝置C.微分校正裝置D. 比例積分校正裝置13、若某最小相位系統(tǒng)的相

8、角裕度0 ，則下列說法正確的是()。、不穩(wěn)定；B、只有當(dāng)幅值裕度kg1時才穩(wěn)定；AC、穩(wěn)定；D 、不能判用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。14、最小相位系統(tǒng)的開環(huán)增益越大，其（）A. 振蕩次數(shù)越多B.穩(wěn)定裕量越大C.相位變化越小D.穩(wěn)態(tài)誤差越小15、穩(wěn)態(tài)誤差 ess與誤差信號 E(s)的函數(shù)關(guān)系為（）A. esslim E( s)B. esslim sE(s)s 0s 0C. esslim E( s)D. esslim sE(s)ss16、若某串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為10s1 ，則該校正裝置屬于 () 。100s1A、超前校正B、滯后校正C、滯后 -超前校正 D、不能判斷17、對于離散控制系統(tǒng)，下例

9、說法錯誤的是（）A. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是離散控制系統(tǒng)的一種形式B. 脈沖傳遞函數(shù)與采樣開關(guān)的位置有關(guān)C. Z 變換是拉普拉斯變換的一種特殊形式D. 零階保持器是信號采樣裝置18、對于離散控制系統(tǒng)，下例說法錯誤的是（）A. 脈沖傳遞函數(shù)與采樣開關(guān)的位置有關(guān)B. 零階保持器是信號復(fù)現(xiàn)元件C.拉普拉斯變換的定理不適用于Z 變換D. 采樣定理又稱香農(nóng)定理19、.當(dāng)輸入為單位斜坡且系統(tǒng)為單位負(fù)反饋時，對于II 型系統(tǒng)其穩(wěn)態(tài)誤差為（）A.0B.0.1/kC.1/kD.20、II 型系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性的低頻段漸近線斜率為（）A.60（dB/dec）B.40（dB/dec） C.20（ dB/dec）D.0（d

10、B/dec）21、某串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為T1s1 ，當(dāng) 1 時，該裝置為 () 校正裝置。T1s1A. 相位超前B. 相位滯后C.相位滯后 -超前D.參數(shù)量過少，無法判定22、開環(huán)頻域性能指標(biāo)中的相角裕度對應(yīng)時域性能指標(biāo) () 。A、超調(diào) %B 、穩(wěn)態(tài)誤差e ssC、調(diào)整時間 t sD、峰值時間 t p23、若某最小相位系統(tǒng)的相角裕度0 ，則下列說法正確的是()。A、不穩(wěn)定；B、只有當(dāng)幅值裕度kg1 時才穩(wěn)定；C、穩(wěn)定；D、不能判用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。24、下列哪種措施對提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有效果()。A、增加開環(huán)極點(diǎn)；B、在積分環(huán)節(jié)外加單位負(fù)反饋；C、增加開環(huán)零點(diǎn)；D、引入串聯(lián)超前校

11、正裝置。25.最小相位系統(tǒng)的開環(huán)增益越大，其（）A. 振蕩次數(shù)越多B.穩(wěn)定裕量越大C.相位變化越小D.穩(wěn)態(tài)誤差越小26.穩(wěn)態(tài)誤差 ess 與誤差信號 E(s)的函數(shù)關(guān)系為（）A. esslim E(s)B. esslim sE(s)s 0s 0C. esslim E(s)D. esslim sE(s)ss27.一階微分環(huán)節(jié) G( s) 1Ts ，當(dāng)頻率1時，則相頻特性G ( j ) 為（）TA.45 B.- 45C.90 D.- 9028.主要用于產(chǎn)生輸入信號的元件稱為（）A. 比較元件B. 給定元件C.反饋元件D. 放大元件29.某典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)是G s1，則該環(huán)節(jié)是（）5s1A. 比例

12、環(huán)節(jié)B. 積分環(huán)節(jié)C.慣性環(huán)節(jié)D. 微分環(huán)節(jié)30.在系統(tǒng)中串聯(lián) PD 調(diào)節(jié)器，以下那一種說法是錯誤的（）A. 是一種相位超前校正裝置B. 能影響系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性的高頻段C. 使系統(tǒng)的穩(wěn)定性能得到改善D. 使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度得到改善三、讀圖分析能力1、從工作原理角度來說，閉環(huán)控制系統(tǒng)由哪些元件或裝置組成？指出圖示閉環(huán)控制系統(tǒng)中1-7 各部件分屬什么元件或裝置？閉環(huán)控制系統(tǒng)中的信號有哪些？指出圖示閉環(huán)控制系統(tǒng)中信號a-e 分屬什么信號？（參考分析例題：教材書第5 頁）2、衡量一個自動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)有哪些？下圖為某自動控制系統(tǒng)啟動時的動態(tài)曲線，估算出它們的動態(tài)指標(biāo)。（參考分析例題：教材書第95 頁

13、，實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)三）（ 1）1.22110.8)t(y20.42曲線1： n20曲線 2：n1123456780t（ 2）（ 3）(4)3、自動控制系統(tǒng)實(shí)物裝置的定性分析。 （1）指出系統(tǒng)的被控量、給定量、擾動量、反饋量、偏差量；（2）分析其工作原理；（3）從給定量或擾動量變化開始，結(jié)合各環(huán)節(jié)功能與參數(shù)變化趨勢，分析系統(tǒng)如何自動調(diào)節(jié)。（ 1）(2)(3)(4)（參考分析例題：教材書第10 頁，例 1-5 ）四、計(jì)算與作圖1、數(shù)學(xué)模型的建立與分析（考核內(nèi)容：數(shù)學(xué)模型的建立、實(shí)驗(yàn)電路的構(gòu)建、系統(tǒng)框圖作圖、伯德圖的繪制）2、建立下圖電路的數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)框圖、伯德圖（ R0=100K、R1=1M、 R2

14、=200K、C1=2uF、 C2=0.25uF）3、系統(tǒng)的傳遞函數(shù)10，試分析系統(tǒng)由哪些環(huán)節(jié)組成并畫出系統(tǒng)的Bode 圖。G (s)s(0.1s1)4、系統(tǒng)誤差分析，已知某負(fù)反饋系統(tǒng)的輸入r(t)=2+4t，計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。（參考： 教材書第 151-153 頁，本系統(tǒng)輸入信號可分解為一個階躍信號與一個斜坡信號的疊加，分別計(jì)算兩個信號的誤差，再相加即為總誤差。注意本系統(tǒng)為非單位負(fù)反饋）1(s)10，G2( s )5，H(s)=2，又設(shè)5、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖，其中 Gss(3 s1)5r(t) = 2t ， d(t) = 0.5 ?1(t)，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。（參考：分別計(jì)算給定誤差與擾動誤差，

15、再相加即為總誤差。本系統(tǒng)為非單位負(fù)反饋）五、系統(tǒng)分析題1、已知最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性L0 () 和串聯(lián)校正裝置的對數(shù)幅頻特性 Lc ( ) 如下圖所示，原系統(tǒng)的幅值穿越頻率為c24.3rad / s ：1 、 寫出原系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G0 (s) , 并求其相角裕度0 ，并判斷其穩(wěn)定性；2 、 寫出校正裝置的傳遞函數(shù)Gc (s) ；3 、寫出校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)G0 ( s)Gc (s) ，畫出校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性 LGC( )。L( )-20dB/decL040-40dB/dec0.3224.30.010.111020100-20dB/dec-60dB/decLc2、3、某最

16、小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線L0 () 如圖所示：1、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G0 ( s) ；2、寫出該系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性、開環(huán)幅頻特性及開環(huán)相頻特性。3、求系統(tǒng)的相角裕度。4、若系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度不夠大，可以采用什么措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度？自動控制原理復(fù)習(xí)參考資料部分題目參考答案二、選擇題： 1-5，CBACA ；6-10， CBBCC ；11-15，BDCDB ；16-20，BDCAB四、計(jì)算題：1、 解 系統(tǒng)框圖如下圖所示：(1) 圖中為比例系數(shù)可調(diào)的比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)。由圖可見， 此運(yùn)放反饋回路取樣電壓不是，而是經(jīng) 3.3K電位器與 300電阻分壓后的。反饋電壓的減小

17、，相當(dāng)反饋電阻增大為倍，因此其增益為其時間常數(shù)s(2) 為比例環(huán)節(jié)。(3) 為比例微分環(huán)節(jié)，式中，(4) 為慣性環(huán)節(jié)，式中，(5) 為積分環(huán)節(jié)，式中(6) 由于均為反相輸入端輸入，中均應(yīng)帶一負(fù)號，由于書中約定，為簡化起見，一般將此負(fù)號省略，最終極性有實(shí)際狀況確定。此處由五個（奇數(shù)）環(huán)節(jié)，所以極性應(yīng)變號，因此，此為負(fù)反饋。其反饋系數(shù)由分壓電路可知。2、系統(tǒng)由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)，形成單位負(fù)反饋，單獨(dú)計(jì)算各環(huán)節(jié)計(jì)算過程略，系統(tǒng)框圖略，伯德圖參考如下3、解：系統(tǒng)有一比例環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié)：慣性環(huán)節(jié)：K 1020log 10 20（ 1.5 分）1（1分）s1轉(zhuǎn)折頻率為 1/T=10（ 1.5

18、 分）0.1s120Log G(j )4020-200 0.11 10-20-40-40G（ j ）0 0.11100-450-900-135四、系統(tǒng)分析題第 1 題解： 1、從開環(huán)波特圖可知，原系統(tǒng)具有比例環(huán)節(jié)、一個積分環(huán)節(jié)、兩個慣性環(huán)節(jié)。故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式G0 (s)K1)( 1s( 1 ss1)12由圖可知：1處的縱坐標(biāo)為40dB, 則 L(1) 20lgK40,得K100110和2 =20故原系統(tǒng)的開環(huán)傳函為G0 ( s)10010011s(0.1s1)(0.05s1)s(s1)s1)(1020求原系統(tǒng)的相角裕度0 ： 0 (s)90tg 10.1tg 1 0.05由題知原系統(tǒng)的

19、幅值穿越頻率為24.3/crads0 (c )90tg 1 0.1c tg 1 0.05c20801800 (c )18020828對最小相位系統(tǒng) 0280 不穩(wěn)定2、從開環(huán)波特圖可知，校正裝置一個慣性環(huán)節(jié)、一個微分環(huán)節(jié)，為滯后校正裝置。1 s11 s13 . 1 s2 51故其開環(huán)傳函應(yīng)有以下形式Gc (s)2 0.321111100s1ss1 0.013、校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)G0 ( s)Gc (s) 為G0 (s)Gc (s)1003.125s1100(3.125s 1)1)(0.05 s1) 100s1s(0.1s1)(0.05s1)(100s1)s(0.1s畫出校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性LGC ()L() -20-4040-200.010.1 0.32110-4020-60起始斜率 :-20dB/dec(