常熟理工学院自动控制原理题库

1、自动控制原理一、选择题1、采用负反馈形式连接后，则（D）A、一定能使闭环系统稳定；B、系统动态性能一定会提高;C、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；D需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 （A ） oA、增加开环极点；B、在积分环节外加单位负反馈;C、增加开环零点；D、引入串联超前校正装置。3、 系统特征方程为 D （s） = s' 2s2 3s 6 = 0，贝U系统（c ）A、稳定；B、单位阶跃响应曲线为单调指数上升；C、临界稳定；D、右半平面闭环极点数Z=2 o4、系统在r（t） =t2作用下的稳态误差ess -：:，说明

2、（A ）A、型别v：2 ；B、系统不稳定；C、输入幅值过大；D、闭环传递函数中有一个积分环节。5、稳态误差可表示为（D） oA. es time（t）B . ess = r （t） - c（t）C . ess =c(t) - r(t)ess = lim sE(s)D. s :&开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标（A）A、超调二% B 、稳态误差ess C、调整时间ts7、系统砂P=1v = 0已知开环幅频特性如图图2D 、峰值时间tpA、系统C 、系统8、若某最小相位系统的相角裕度 0'，则下列说法正确的是B 、系统、都不稳定A、不稳定；BC、稳定；D9、若某串联校正

3、装置的传递函数为A、超前校正 B 、滞后校正、只有当幅值裕度kg 1时才稳定；、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。竺丄，则该校正装置属于（B） o100s 1C、滞后-超前校正 D 、不能判断10、下列串联校正装置的传递函数中，能在 ,=1处提供最大相位超前角的是:(B)A 10s+1B10s+1C2s+1n0.1s 1s +10.1s 10.5s 110s 111、关于传递函数，错误的说法是（B）A 传递函数只适用于线性定常系统；B 传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影 响；C 传递函数一般是为复变量s的真分式；D闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。12、下列哪

4、种措施对改善系统的精度没有效果 （C）。A、增加积分环节B、提高系统的开环增益 KC、增加微分环节D、引入扰动补偿13、高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，则系统的 （D ）。、准确度越低A、准确度越高14、15C、响应速度越快已知系统的开环传递函数为A、50 B 、已知系统前向25通、响应速度越慢50(2 s 1)(s 5)C 、10道和反馈通，则该系统的开环增益为（C ） oD、5道的传递函数分别为G(S)=-，H(S)=1+K hS， S(S-1)h当闭环临界稳定时,Kh值应为（C）。A. -1 B-0.1 C.0.1 D . 116、开环频域性能指标中的相角裕度对应时域性能指标（A ）A

5、、超调二% B 、稳态误差essC、调整时间ts D、峰值时间tp17、 已知某些系统的开环传递函数如下，属于最小相位系统的是（B）A K（2 -s）B 、 K（s+1） C 、 KD 、K（1-s）s（s+1）s（s+5）s（s2 s + 1）s（2-s）18、 若系统增加合适的开环零点，则下列说法不正确的是（B）。A、可改善系统的快速性及平稳性；B、会增加系统的信噪比;C、会使系统的根轨迹向s平面的左方弯曲或移动；D、可增加系统的稳定裕度。19、开环对数幅频特性的低频段决定了系统的(A)。A、稳态精度B、稳定裕度C 、抗干扰性能D、快速性20、下列系统中属于不稳定的系统是(D)。A、闭环极

6、点为$,2 = -j2的系统、闭环特征方程为s2 2s 0的系统C、阶跃响应为c(t) =20(1 /矶)的系统D、脉冲响应为h(t)=8e0.4t的系统21、关于线性系统稳态误差，正确的说法是：(C)A、一型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差；B、稳态误差计算的通用公式是s2R(s)1 G(s)H(s)C、 增大系统开环增益K可以减小稳态误差；D 增加积分环节可以消除稳态误差，而且不会影响系统稳定性。22、适合应用传递函数描述的系统是(A )。A、单输入，单输出的线性定常系统；B 、单输入，单输出的线性时变系统；C单输入，单输出的定常系统；D 、非线性系统。23、若某负反馈控制系统的开环传递函数

7、为，则该系统的闭环特征方程s(s 1)为(D )A、s(s 1) = 0Bs(s 1) 5=0、E(S) =R(S) _G(S)H (S)KG(S) -，要求心=20，则 S(S+2)C. 30D. 10C、s(s 1) 0D、与是否为单位反馈系统有关24、非单位负反馈系统，其前向通道传递函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)， 当输入信号为R(S)，则从输入端定义的误差 E(S)为(D )A、E(S) =R(S) G(S)B、E(S) = R(S) G(S) H(S)C、E(S) =R(S) G(S) -H (S) D25、设一单位反馈控制系统的开环传递函数为K=(A)。A. 40B .

8、 2026、闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的：(D)A、低频段 B、开环增益C、高频段中频段27、已知单位反馈系统的开环传递函数为 G(s)= 2 严 “,当输入信号是s (s + 6s+100)r(t)=2+2t+t2时，系统的稳态误差是(D )A、0;B 、x；C 、10; D2028、关于系统零极点位置对系统性能的影响，下列观点中正确的是 (A)A、如果闭环极点全部位于 S左半平面，则系统一定是稳定的。稳定性与 闭环零点位置无关；B、如果闭环系统无零点，且闭环极点均为负实数极点，则时间响应一定 是衰减振荡的；C、 超调量仅取决于闭环复数主导极点的衰减率，与其它零极点位置无关

9、；D、如果系统有开环极点处于 S右半平面，则系统不稳定。29、 设二阶振荡环节的传递函数G(S)=16，则其对数幅频特性渐近线S+4S+16的交接频率为(B)A. 2rad/sB. 4rad/sC. 8rad/sD. 16rad/s30、单位负反馈系统的开环传递函数为:KTS+1则闭环系统单位阶跃响应的调节时间ts (± 2淤差带)及闭环单位阶跃响应的稳态误差为：(C)A. 4T.，x B4T 1忘，K4T1 K11+KD. 4T.，031、关于奈氏判据及其辅助函数F(s)= 1 + G(s)H(s)A、F(s)的零点就是开环传递函数的极点B、F(s)的极点就是开环传递函数的极点C、

10、F(s)的零点数与极点数相同D F(s)的零点就是闭环传递函数的极点，错误的说法是(A)32、已知负反馈系统的开环传递函数为 征方程为(D)。G(s)二2s 1s2 6s 100则该系统的闭环特A、s2 6s 100 =0B(s2 6s 100)(2s 1) = 0C、s2 6s 100 1 = 0D、与是否为单位反馈系统有关响应速度越慢33、一阶系统的闭环极点越靠近 S平面原点，贝U ( D )。 A、准确度越高B、准确度越低C、响应速度越快D34、已知系统的开环传递函数为，则该系统的开环增益为(C )(0.1s 1)(s 5)A、100 B 、1000 C 、20D、不能确定35、根据给定

11、值信号的特点分类，控制系统可分为(A )。A. 恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统B. 反馈控制系统、前馈控制系统前馈一反馈复合控制系统C. 最优控制系统和模糊控制系统D. 连续控制系统和离散控制系统c 1处提供最大相位超前角的是(B )A、。10s 1B、10s 1C2s+1s 10.1s 1、0.5s 137、关于P I控制器作用,下列观点正确的有(A)36、下列串联校正装置的传递函数中，能在0.1s 110s 1A、可使系统开环传函的型别提高，消除或减小稳态误差；B、积分部分主要是用来改善系统动态性能的；C、比例系数无论正负、大小如何变化，都不会影响系统稳定性;D 只要应用P I控

12、制规律，系统的稳态误差就为零。38、关于线性系统稳定性的判定，下列观点正确的是（C）。A、线性系统稳定的充分必要条件是：系统闭环特征方程的各项系数都为正 数；B、 无论是开环极点或是闭环极点处于右半 S平面，系统不稳定;C、 如果系统闭环系统特征方程某项系数为负数，系统不稳定；D、 当系统的相角裕度大于零，幅值裕度大于 1时，系统不稳定。39、关于系统频域校正，下列观点错误的是（C）A、一个设计良好的系统，相角裕度应为 45度左右；B、开环频率特性，在中频段对数幅频特性斜率应为 -20dB/dec；C、低频段，系统的开环增益主要由系统动态性能要求决定；D利用超前网络进行串联校正，是利用超前网络

13、的相角超前特性。40、已知单位反馈系统的开环传递函数为G（s）= 2 严 “，当输入信号是s （s + 6s+100）r（t） =2 2t t2时，系统的稳态误差是（D）、20A、0B、 xC 、10D41、一阶系统的阶跃响应（）。A、当时间常数T较大时有超调B、当时间常数T较小时有超调C、有超调D、无超调42、 下面关于闭环主导极点叙述正确的是（）。A、距离虚轴最近的闭环极点一定是主导极点B 、闭环主导极点是实数极点C、闭环主导极点是一对共轭复数D、以上都不对43、系统的稳定性只取决于系统的（）而与（）及（）无关。 （A、输入、输出、外作用B、结构参数、系统状态、外作用C、结构参数、初始条件

14、、外作用D、输入、系统状态、外作用44、对于欠阻尼的二阶系统，当无阻尼自振频率保持不变时，（）A、阻尼比越大，系统调节时间越大B、阻尼比越大，系统调节时间越小C、阻尼比越大，系统调节时间不变D、阻尼比越大，系统调节时间不定45、线性系统稳定的充分必要条件是：A、开环传递函数的所有极点均位于 S复平面的左半平面。B 、闭环传递函数的所有极点均位于 S复平面的左半平面。C、闭环特征方程式的所有根均具有负实部。D、以上答案都不正确。46、输入量为单位斜坡函数时，要使系统为无差系统，系统类型必须为:A、0型B、1型C、2型D、2型以上简答题1. 试建立如图1所示电路的动态微分方程，并求传递函数。Cp-

15、ll-R1R2解：1、建立电路的动态微分方程根据 KCL有Ui(t) -Uo(t) CdUi(t) -Uo(t)R1dt=Uo(t)RT(2分)R1R2C dUo©dui (t)/丄、dt ""。円际R2Uidt(2分)2、求传递函数对微分方程进行拉氏变换得R1R2CSU0(s) (R1R2)Uo(s)二 R1R2CSUMS)R2Ui(s)(2得传递函数Uo(s)G(s) 0尺 R2Cs R2Ui(s)RRCs + R+Rz(22. （共20分）系统结构图如图2所示:1、写出闭环传递函数/（S）= C（S）表达式；（4分）R（s）2、 要使系统满足条件：上-0.7

16、07= 2 ,试确定相应的参数K和;（4 分）4、r(t)=2t 时,3、 求此时系统的动态性能指标coo, ts ；（4分）求系统由r（t）产生的稳态误差ess ；（ 4 分）5、确定 Gn（s），解：1、（ 4 分）：G（s）使干扰n（t）对系统输出c（t）无影响。（4分）KC（s） 孑R（s.C.Ks s22、(4分)K =时2 =22 =4 kB =20n =2应K = 4 0.7073、(4分)'二 00-二化；=4.32004、(4分)5、(4分)ts-'n4：2.83.2G(s) _ K _ s(s K)-s(s 1)sAess2,1.414Kk令 'n(

17、s)=N(s)|-1Gn(s)C(s) . s s=0Xs)3.得：Gn(s) = s K （共22分）某最小相位系统的开环对数幅频特性曲线 LoC）如图3所示:1、写出该系统的开环传递函数 G°（s） ; （8分）2、 写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性及开环相频特性。（3分）3、 求系统的相角裕度。（7分）4、若系统的稳定裕度不够大，可以采用什么措施提高系统的稳定裕度？（ 4分）故其开环传函应有以下形式(2解：1、从开环波特图可知，原系统具有比例环节、一个积分环节、两个惯性环节。G(s)=11s( s 1)( s 1)-H2由图可知:-=1处的纵坐标为40dB,则 L(1)=

18、20lg K =40,得 K =100(2-=10和2=100( 2 分)故系统的开环传函为G°(s)二100(2 分)2、写出该系统的开环频率特性、开环幅频特性及开环相频特性:开环频率特性G°(j )100f o , Y © j j 1 j 1I 10 A 100 丿（1 分）开环幅频特性开环相频特性:o（s） = -90； -tg 一0.1，-tg 一0.01 -3、求系统的相角裕度：求幅值穿越频率，令00euoo（1分）得c : 31.6rad / s （ 3 分）0（ c）二90 ；tg 0.V c -tg 0.01 c 90- tg 七.16 tg0.3

19、16 ： -180（2分）=180：0（匕）=180 -180 =0（2 分）对最小相位系统脅=0 临界稳定4、( 4分)可以采用以下措施提高系统的稳定裕度：增加串联超前校正装置；增加串联滞后校正装置；增加串联滞后-超前校正装置；增加开环零点；增加 PI或PD或PID控制器；在 积分环节外加单位负反馈。4.(8分)写出下图4所示系统的传递函数£)(结构图化简，梅逊公式均nZ P4解：传递函数 G(s):根据梅逊公式G(s)二少二空(1 分)R(s) 心L3 二-G （s）G2（s）G3（s）,4 条回路：=G2(s)G3(s)H(s) ,L2 =G4(s)H(s)，L4二-G1 (s

20、)G4(s)无互不接触回路。(2分)4=1-、Li =1 G2（s）G3（s）H（s） G4（s）H（s） G（s）G2（s）G3（s） Gds）G4（s）i2条前向通道：R =Gi（s）G2（s）G3（s）,& = 1 ；（2 分）P2 = G<i（s）G4（ s）,- 2 =1G（s） _ C（s） Rl_RL2 G（s）G2（s）G3（s） Gi（s）G4（s）-盹厂 ：- 1 G2（s）G3（s）H （s） G4（s）H （s） Gi（s）G2（s）G3（s） Gi（s）G4（s）（1分）5.（共20分）设系统闭环传递函数。（愕1T2s22 Ts 1，试求:1 >=

21、0.2 ； T = 0.08s ；' =0.8 ； T = 0.08s时单位阶跃响应的超调量 八%、调节时间ts及峰值时间tp。（ 7分）2 、=0.4 ； T = 0.04s和 =0.4 ； T=0.16s时单位阶跃响应的超调量 沙、调节时间ts和峰值时间tp。 （ 7分）解:分）3、根据计算结果，讨论参数系统的闭环传函的标准形式为:-%1、尸0.2时，tT = 0.08stpI T对阶跃响应的影响。（6分）'一 T2s2 2 Ts 1 一 sn 2nS乂匚八-2 乂皿一"=52.7%4 4T 4 0.08JTJT，其中0.2-1.6s二 °.°

22、8 = 0.26s L_.ro?-0.8 二/m2 =1.5%（4= 0.8T = 0.08s时,4 4T 4 0.080.8二 0.4s（3 分）: 0.08ip0.42s-21-0.822、so.4时,T = 0.04s分）“时,T =0.16s分）3、I%/"12=25.4%tstpts = 'n4 4T 4 0.04二 0.4s（4tp根据计算结果，讨论参数0.4二 °.04“.14s-2.1 匚0.42=e'D''- 1_0.4 =25.4%4T 4 业= 1.6s0.4才 L _ .10.42二 °.16“.55sT对阶

23、跃响应的影响。（6分）（3（1）系统超调二只与阻尼系数有关，而与时间常数 T无关，增大，超调二%减小;（2 分）（2）当时间常数T 一定，阻尼系数增大，调整时间ts减小，即暂态过程缩短;峰值时间tp增加，即初始响应速度变慢;（2 分）（3）当阻尼系数一定，时间常数T增大，调整时间ts增加，即暂态过程变长;峰值时间tp增加，即初始响应速度也变慢。（2 分）6.（共22分）已知反馈系统的开环传递函数为恥问亠右，试:1、 用奈奎斯特判据判断系统的稳定性；（10分）2、若给定输入r（t） = 2t + 2时，要求系统的稳态误差为 0.25，问开环增 益K应取何值。（7 分）3、求系统满足上面要求的相角

24、裕度。（5分）解：1、系统的开环频率特性为G（ j ）H （j ）（2分）冏（1 +冋 =0：（J = 一90"-180：,曲线位于第3象限与实轴无交点。（1分）开环频率幅相特性图如图 2所示。 判断稳定性：开环传函无右半平面的极点，则P =0，极坐标图不包围（一1, j0 ）点，则N = 0图2根据奈氏判据，Z= P- 2N= 0系统稳定。（3分）2、若给定输入r（t） = 2t + 2时，要求系统的稳态误差为0.25，求开环增益K：系统为1型，位置误差系数 Kp=r，速度误差系数KV =K ,依题意:分）得分）A_ A-=0.25 ,（3KvKK（2 分）（2故满足稳态误差要求的

25、开环传递函数为G（s）H （s）=s（s + 1）3、满足稳态误差要求系统的相角裕度：8令幅频特性：AC ）2=1，得 2.7 ,分）（J 一 -90 - arctan 飞 一 -90- arctan2.7 ： T60',（2（1 分）相角裕度:=180（ c） =180'；-160。=20：（2 分）7.（12分）已知系统的结构如图5所示'其中沖卅+ '输幅频特性：KA（）,相频特性：（J - -90 - arctan（2 分）、1亠心2起点：=0 . A （. 8：），十0 0； （1 分） 0终占：八 '、一.j A （:今 0 , =（- ） c

26、 ; （1 分）入信号为单位斜坡函数，求系统的稳态误差(6分)。分析能否通过调 节增益k，使稳态误差小于0.2 (6分)。R(s)* G(s)C(s)解：1型系统在跟踪单位斜坡输入信号时，稳态误差为1Kv(2分)而静态速度误差系数Kv 二 lim s G(s)H (s)二 lim sK(0.5s 1)s(s 1)(2 s 1)、11稳态误差为ess o (2分)Kv K1要使ess :0-2必须 K - 02 = 5，即K要大于5o (4分)但其上限要符合系统稳定性要求。可由劳斯判据决定其上限。系统的闭环特征方程是D(s)二s(s 1)(2s 1) 0.5Ks K =2s3 3s2(1 0.5

27、K)s K = 0(1 分)构造劳斯表如下3 s210.5K2 s3K1 s3 -0.5K0为使首列大于0, 必须 0：K：6 o30 sK0综合稳态误差和稳定性要求，当5 - K ：6时能保证稳态误差小于0.2 o (1分)8.已知系统开环传递函数为G(s)H(s)二丄 -),k, ,T均大于0，试用s(Ts +1)奈奎斯特稳定判据判断系统稳定性。(16分)解：由题已知：G(s)H(s)二 K(1s),K, ,T 0 ,s(Ts+1)系统的开环频率特性为G（j ）H（j ）=2K_（T - j（1-T：2） （1 T2-2）（2 分）开环频率特性极坐标图起点： =0 . A （. 0 ：）,

28、 =0 0; （1 分） 0终占：八 '、0:- , A C0：, =（一 ）; （21 分）与实轴的交点：令虚频特性为零，即1 -T . 实部 G（j x）H（ j x -K . （2 分）开环极坐标图如图 2所示。（4分）由于开环传函无右半平面的极点，则P=0当 K .1时，极坐标图不包围（1, j0 ）点，系统稳定。（1分）当 K, =1时，极坐标图穿过临界点（1, j0 ）点，系统临界稳定。（1分）当 K1时，极坐标图顺时针方向包围（-1, j0 ）点一圈。N =2（N . -N J =2（0 -1） = -2按奈氏判据，Z= P- N= 2。系统不稳定。（2分） 闭环有两个右

29、平面的极点。9.已知最小相位系统的对数幅频特性如图 传递函数。（16分）6所示。试求系统的开环解：从开环波特图可知，系统具有比例环节、两个积分环节、一个一阶微分环节和一个惯性 环节。1 K( s 1)故其开环传函应有以下形式G(s)11(8 分)s2( 1 s+1)由图可知： =1处的纵坐标为40dB,则 L(1) = 20lg K =40,得 K =100 (2 分)又由-二.1和 =10的幅值分贝数分别为 20和0,结合斜率定义，有解得:1 03 . r£d/S (2 分)2 0 040， ig i -igio同理可得20-(-10)=_20 或 20lg 二=30©创

30、g2«i2 22 =1000 r =10000得 2 =100 rad/s (2 分)故所求系统开环传递函数为100( _s= '1)G(s)二(2分)s2 （孟10-写出下图7所示系统的传递函数器（结构图化简，梅逊公式均可）n送Rd解：传递函数 G（s）:根据梅逊公式G（s）二少二匚（2 分）R（s） 也3条回路：匚二-G1（s）H1（s）, L2 二-G2（s）H2（s），L -G3（s）H3（s）（ 1 分）1对互不接触回路：rGMmHMmGsGjHsG)(1分)3： =1 一、Li L3 =1 GdsjHds) G2(s)H2(s) G3(s)H3(s) G!(s)H

31、!(s)G3(s)H3(s)i 4(2分)1 条前向通道： R = G<i(s)G2(s)G3(s),街=1(2 分)、C(S) R 心iG1(s)G2(s)G3(s).G(s)-R(s) A1 +G(s)Hi(s)+G-(s)H-(s) +G-( s)H-(s)+G(s)Hi(s)G-(s)H-(s)(2分) 十一.系统结构如下图8所示，求系统的超调量；和调节时间ts。(12分）R(sU0Csks(s + 5)解：由图可得系统的开环传函为:G(s)=25s(s 5)(2分)因为该系统为单位负反馈系统，则系统的闭环传递函数为,25与二阶系统的标准形式解得= 0.5."5所以；-s(s5)25_51 .25一 s(s 5)25 一 s-5s5-s(s 5)-(s) _ S-2ns ；_0.5jp1 _0.5-=e= 16.3%ts3ts30.5 5= 1.2s比较,2 n =5 n2.n=5-(2分)(2 分)(2 分)(2 分)(2 分)44或 ts1.6s， n 0.5 53.53.50.5 5=1.4s，4.50.5 5-1.8s十二.已知最小相位系统的开环对数幅频特性Lo( )和串联校正装置的对数幅频特性 LcCJ如下图9所示，原系统