自動(dòng)控制工程基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題附答案

1、中南大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育課程考試（專科）復(fù)習(xí)題及參考答案自動(dòng)控制工程基礎(chǔ)、單項(xiàng)選擇題1.線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的根本區(qū)別在于（CA. 線性系統(tǒng)有外加輸入，非線性系統(tǒng)無外加輸入。B. 線性系統(tǒng)無外加輸入，非線性系統(tǒng)有外加輸入。C. 線性系統(tǒng)滿足迭加原理，非線性系統(tǒng)不滿足迭加原理。D. 線性系統(tǒng)不滿足迭加原理，非線性系統(tǒng)滿足迭加原理。2令線性定常系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式為零，則可得到系統(tǒng)的A 代數(shù)方程B 特征方程C .差分方程D .狀態(tài)方程3.時(shí)域分析法研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)最常用的典型輸入信號(hào)是A .脈沖函數(shù)B .斜坡函數(shù)C .拋物線函數(shù)D .階躍函數(shù)4.設(shè)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=10s(s 1

2、)(S 2)，該系統(tǒng)為)(B )(D )(B )A . 0型系統(tǒng)B . I型系統(tǒng)C .11型系統(tǒng)D . III型系統(tǒng)5.二階振蕩環(huán)節(jié)的相頻特性X ），當(dāng)；-；：“時(shí)，其相位移 *：）為（B ）A . -270C . -90 °B . -180°0°6.根據(jù)輸入量變化的規(guī)律分類，控制系統(tǒng)可分為A.恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)B.反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)C.最優(yōu)控制系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)D.連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)7.采用負(fù)反饋連接時(shí)，如前向通道的傳遞函數(shù)為 等效傳遞函數(shù)為G（s），反饋通道的傳遞函數(shù)為H(s)，則其(C )G(s)1

3、 G(s)11 G(s) H(s)G(s)1 G(s)H(s)G(s)1 _G(s)H(s)&一階系統(tǒng)G（s）= K 的時(shí)間常數(shù)T越大，則系統(tǒng)的輸出響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間Ts + 1A .越長(zhǎng)B .越短C.不變D .不定9.拉氏變換將時(shí)間函數(shù)變換成(D )A .正弦函數(shù)B .單位階躍函數(shù)C .單位脈沖函數(shù)D .復(fù)變函數(shù)10.線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，是在零初始條件下(D )A 系統(tǒng)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之比B 系統(tǒng)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之比C 系統(tǒng)輸入信號(hào)的拉氏變換與輸出信號(hào)的拉氏變換之比D 系統(tǒng)輸出信號(hào)的拉氏變換與輸入信號(hào)的拉氏變換之比11.若某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=KTs 1,則其頻率特性

4、的實(shí)部 R( 3 )是(A)KKAB-2 2B . / 2 21T1+co TKKCD-w .LJ .11 T1T12.微分環(huán)節(jié)的頻率特性相位移0(3 )=(A)A. 90 °B. -90 °C. 0°D. -180 °13.積分環(huán)節(jié)的頻率特性相位移0(3 )=(B)A. 90 °B. -90 °C. 0°D. -180 °14.傳遞函數(shù)反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，它與下列哪項(xiàng)因素有關(guān)？(C)A.輸入信號(hào)B.初始條件C.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)D.輸入信號(hào)和初始條件15.系統(tǒng)特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系統(tǒng)穩(wěn)定的(C)

5、A.充分條件B.必要條件C.充分必要條件D.以上都不是yi(t)和y2(t)。當(dāng)輸入為(B )16. 有一線性系統(tǒng)，其輸入分別為ui(t)和U2(t)時(shí)，輸出分別為aiui(t)+a2U2(t)時(shí)(ai,a2為常數(shù))，輸出應(yīng)為A. aiyi(t)+y 2(t)B. aiyi(t)+a2y2(t)C. aiyi (t)-a2y2(t)D. yi(t)+a 2y2(t)17. I型系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻漸近特性的低頻段斜率為A. -40(dB/dec)C. 0(dB/dec)i8.設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為B. -20(dB/dec)D. +20(dB/dec)G(s)=25s2 5s 25則系統(tǒng)的阻尼比為A.

6、 25B. 5C.19.正弦函數(shù)sin -t的拉氏變換是(C )D. 1(B )19 / 151A.-s sC.s20二階系統(tǒng)當(dāng)0< <1時(shí)，如果增加，則輸出響應(yīng)的最大超調(diào)量-%將A.增加C.不變21. 主導(dǎo)極點(diǎn)的特點(diǎn)是A.距離實(shí)軸很遠(yuǎn)C.距離虛軸很遠(yuǎn)22. 余弦函數(shù)cos 丄的拉氏變換是1A.-s C s2 2SB.減小D.不定B.距離實(shí)軸很近D.距離虛軸很近23.設(shè)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為1G(s)=-,則其頻率特性幅值SM(.)KKA.B.2Oco11C. 一D.2coo24比例環(huán)節(jié)的頻率特性相位移0 ( 3 )=A.90 °B.-90 °C.0°D

7、.-180 °25.奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)是利用系統(tǒng)的 (A.開環(huán)幅值頻率特性C.開環(huán)幅相頻率特性26.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)A.與輸入信號(hào)有關(guān)C)來判據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個(gè)判別準(zhǔn)則。B.開環(huán)相角頻率特性D.閉環(huán)幅相頻率特性(C )B. 與輸出信號(hào)有關(guān)C. 完全由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定D. 既由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定，也與輸入信號(hào)有關(guān)27. 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，A.當(dāng)時(shí)間常數(shù)T較大時(shí)有振蕩C.有振蕩28. 二階振蕩環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)頻率特性相位移A.0。和 90°C.0。和 180 °(D )B.當(dāng)時(shí)間常數(shù)T較小時(shí)有振蕩D.無振蕩0(3 )在(D )之間。B.0。和90°D.0

8、。和180°29.某二階系統(tǒng)阻尼比為0.2,則系統(tǒng)階躍響應(yīng)為A.發(fā)散振蕩B.單調(diào)衰減C.衰減振蕩D.等幅振蕩、填空題:1. 線性控制系統(tǒng)最重要的特性是可以應(yīng)用 疊加 原理，而非線性控制系統(tǒng)則不能。反饋量的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)。2. 反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)輸入量和3. 在單位斜坡輸入信號(hào)作用下，0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 esF_ 負(fù)數(shù)時(shí)，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。4當(dāng)且僅當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)特征方程的所有根的實(shí)部都是5方框圖中環(huán)節(jié)的基本連接方式有串聯(lián)連接、并聯(lián)連接和反饋_連接。6. 線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，是在初始條件為零時(shí)，系統(tǒng)輸出信號(hào)的拉氏變換與輸入 信號(hào)的拉氏變換的比。17. 函數(shù)te-at的拉氏變換為2

9、。(s+a)&線性定常系統(tǒng)在正弦信號(hào)輸入時(shí)，穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的相位移隨頻率而變化的函數(shù)關(guān)系稱 為_相頻特性_。9. 積分環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線是一條直線，直線的斜率為-20 dB/dec。10. 二階系統(tǒng)的阻尼比 E為0_時(shí)，響應(yīng)曲線為等幅振蕩。11. 在單位斜坡輸入信號(hào)作用下，n型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差es5=_0_ o12. 0型系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性低頻段漸近線的斜率為0dB/dec ,高度為20lgKp。13.單位斜坡函數(shù)t的拉氏變換為12 。s14根據(jù)系統(tǒng)輸入量變化的規(guī)律，控制系統(tǒng)可分為恒值 控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。15. 對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個(gè)方面：穩(wěn)定

10、性、一快速性_和準(zhǔn)確性。16. 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)完全由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定，與輸入量、擾動(dòng)量的形式無關(guān)。17. 決定二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的兩個(gè)重要參數(shù)是阻尼系數(shù)E和_無阻尼自然振蕩頻率 w。 2 218. 設(shè)系統(tǒng)的頻率特性G (j 3 )=R( 3 )+jl( 3 ),則幅頻特性|G(j 3 )1= . R (w) I (w)。19. 分析穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，將系統(tǒng)分為0型系統(tǒng)、I型系統(tǒng)、II型系統(tǒng)，這是按開環(huán)傳遞函數(shù)的 積分 環(huán)節(jié)數(shù)來分類的。20. 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是它的特征方程式的所有根均在復(fù)平面的_左_部分。21. 3從0變化到+ R時(shí)，慣性環(huán)節(jié)的頻率特性極坐標(biāo)圖在第四象限，形狀為_半圓。2

11、2. 用頻域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是正弦函數(shù)_o23. 二階衰減振蕩系統(tǒng)的阻尼比E的范圍為0 ： 1。24. G(s)= K的環(huán)節(jié)稱為_慣性環(huán)節(jié)。Ts +125. 系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與 _輸出量的希望值一之間的偏差稱為誤差。26. 線性控制系統(tǒng)其輸出量與輸入量間的關(guān)系可以用線性微分方程來描述。27. 穩(wěn)定性 、 快速性 和準(zhǔn)確性是對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求。228. 二階系統(tǒng)的典型傳遞函數(shù)是 二 W 2。S +2fWnS+Wn29設(shè)系統(tǒng)的頻率特性為 G(j 0 =R(j ) jlC )，則RC )稱為 實(shí)頻特性 。30. 根據(jù)控制系統(tǒng)元件的特性，控制系統(tǒng)可分為線性 控制系統(tǒng)、

12、 非線性控制系統(tǒng)。31. 對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個(gè)方面：穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性 。32. 二階振蕩環(huán)節(jié)的諧振頻率 3 r與阻尼系數(shù)E的關(guān)系為3 r=3 n .1-2 2。33根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)是否設(shè)有反饋環(huán)節(jié)來分類，控制系統(tǒng)可分為開環(huán)_控制系統(tǒng)、閉環(huán)_控制系統(tǒng)。34. 用頻率法研究控制系統(tǒng)時(shí)，采用的圖示法分為極坐標(biāo)圖示法和對(duì)數(shù)坐標(biāo) 圖示法。35. 二階系統(tǒng)的阻尼系數(shù) E = 0.707時(shí)，為最佳阻尼系數(shù)。這時(shí)系統(tǒng)的平穩(wěn)性與快速性都較理想。-2三、設(shè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Gc(s)=2nS，試求最大超調(diào)量 b % =9.6%、峰值時(shí)間tp=0.2秒時(shí)的閉環(huán)傳遞函數(shù)的參數(shù)E和3n的

13、值。-缸解：； = e 100% =9.6% E =0.6=0.2314 3 n=19.6rad/stpj1_ 普0.2¥1 _0.62四、設(shè)一系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Gc(s)= 2，試求最大超調(diào)量S2 +2 屜 ns+麻b % =5%、調(diào)整時(shí)間ts=2秒( =0.05)時(shí)的閉環(huán)傳遞函數(shù)的參數(shù)解：<!% =e、；1-F "00% =5% E =0.69ts=丄=2n-3 n=2.17 rad/s五、設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為Gk(s)25s(s 6)求(1)系統(tǒng)的阻尼比 Z和無阻尼自然頻率(2)系統(tǒng)的峰值時(shí)間tp、超調(diào)量6%、3n；調(diào)整時(shí)間tsQ =0.02);解

14、：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)25G (s) s(s 6)Gb(S)二251 -s(s 6)2525s(s 6)252s 6s 25與標(biāo)準(zhǔn)形式對(duì)比，可知w； =25故Wn = 5,=0.6又Wd = wn 1-5，1-0.6 =4Jl Ktp0.785Wd 4-二_0.6 二1 2 2二 =e -100% =e 5100% 75%t =1.33Wn六、某系統(tǒng)如下圖所示， 試求其無阻尼自然頻率con,阻尼比Z ,超調(diào)量6%,峰值時(shí)間tp調(diào)整時(shí)間ts( =0.02)。解：對(duì)于上圖所示系統(tǒng)，首先應(yīng)求出其傳遞函數(shù)，化成標(biāo)準(zhǔn)形式，然后可用公式求出各項(xiàng) 特征量及瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。100X。ss50s 41002Xi s

15、100 002 s50s 4 2 s2 - 0.08s 0.04S50s + 4).與標(biāo)準(zhǔn)形式對(duì)比，可知2 wn = 0.08, w；二 0.04n = 0.2 rad /s二 0.2曲.0.21 0.22:52.7%p兀216.03 s021 -0.2244ts =02r100s七、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下:Gk (s) 口100s(s 2)求：（1）試確定系統(tǒng)的型次 v和開環(huán)增益 K ；（2）試求輸入為r（t） =1 - 3t時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。解：（1）將傳遞函數(shù)化成標(biāo)準(zhǔn)形式Gk(s)=100s(s 2)50s(0.5s 1)可見，v= 1,這是一個(gè)I型系統(tǒng) 開環(huán)增益K =

16、50;（2）討論輸入信號(hào)，r（t）=1 3t，即A = 1 , B= 30.06根據(jù)表 34,誤差 essA - 0 0.061+KpKV1+垃 50八、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下:Gk (s)二22s (s 0.1)(s 0.2) 求：（1）試確定系統(tǒng)的型次 v和開環(huán)增益 K ;2（2）試求輸入為r（t5 2t 4t時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。解：（1）將傳遞函數(shù)化成標(biāo)準(zhǔn)形式Gk (s)-22s (s 0.1)(s 0.2)1002s (10s 1)(5s 1)可見，v= 2,這是一個(gè)II型系統(tǒng)開環(huán)增益K = 100;(2 )討論輸入信號(hào),r(t) =5 2t 4t2，即 A = 5,B

17、= 2, C=4根據(jù)表34,誤差ess亠旦.21 Kp Kv Ka51 亠： :24.2 .丄=00 0.04 = 0.04100九、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下:20Gk"八(0.2s 1)(0.1s 1)求：(1)試確定系統(tǒng)的型次 v和開環(huán)增益 K ；(2)試求輸入為r(t2 5t 2t2時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。解：(1)該傳遞函數(shù)已經(jīng)為標(biāo)準(zhǔn)形式個(gè)0型系統(tǒng)可見，v = 0，這是, 開環(huán)增益K = 20;(2 )討論輸入信號(hào),r(t)=2 5t 2t2，即 A = 2, B = 5,C=2根據(jù)表34,誤差ess亠旦.2二丄§ 21 Kp Kv Ka 1 20 0 0=

18、-:-:-:21十、設(shè)系統(tǒng)特征方程為432s +2s +3s +4s+5=0試用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解:用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別，a4=1, a3=2, a2=3 , a1 =4,ao=5均大于零，且有=2 0=2 3 -1 4=20=2 3 4 2 2 5 4 1 4 一 -12 ： 0=5 3 =5 (_12)二600所以，此系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。十一、設(shè)系統(tǒng)特征方程為s4 6s3 12s2 10s 3 = 0試用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別，a4=l， a3=6， a2=12， ai=10， ao=3均大于零，且有6 10

19、 0 01 12304 =0 6 10 001123-1 =6 0=6 12 -1 10 =62 0.：3 =6 12 10 -6 6 3 -10 1 10 = 5120：4 =3 ：3 =3 512 =15360所以，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。十二、設(shè)系統(tǒng)特征方程為432s 5s 2s 4s 3 = 0試用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別，a4=1， a3=5， a2=2， a1 =4， a°=3均大于零，且有5 4 0 012 3 00 5 4 00 12 3502 =5 2 -1 4 =603 =5 2 4 -5 5 3 -4 1 4 - -51

20、 ： 04 =3 3 =3 （一51）二153 0所以，此系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。十三、設(shè)系統(tǒng)特征方程為2s3 4s2 6s 1 = 0試用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解: (1)用勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)判別，a3=2,a2=4,ai=6,ao=1均大于零，且有4 103=2 6 00 4 1-1 =4 0= 2 =4 6-2 1= 22 - 0：3 =4 6 1 -4 4 0-1 2 1 =6 0所以，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。十四、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下，試?yán)L制系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線。s(0.02s 1)解：該系統(tǒng)開環(huán)增益 K = 30;有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，即 v= 1;低頻漸近線通過(1, 20lg30)這點(diǎn)，斜率為20dB/dec；10.02有一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)折頻率為w150，斜率增加20dB/dec。系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如下所示。Al(/dB20lg30-20 dB/dec-40 dB / dec50- - /(rad/s)卜