自動控制工程基礎(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(?？?復(fù)習(xí)題及參考答案自動控制工程基礎(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A線性系統(tǒng)有外加輸入，非線性系統(tǒng)無外加輸入。23BC線性系統(tǒng)無外加輸入，非線性系統(tǒng)有外加輸入。線性系統(tǒng)滿足迭加原理，非線性系統(tǒng)不滿足迭加原理。線性系統(tǒng)不滿足迭加原理，非線性系統(tǒng)滿足迭加原理。 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D時域分析法研究自動控制系統(tǒng)時最常用的典型輸入信號是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10G(s)= ，該系統(tǒng)為 s(s 1)( s 2)5A

2、0 型系統(tǒng)C II 型系統(tǒng)二階振蕩環(huán)節(jié)的相頻特性( ) ，當(dāng)BDI 型系統(tǒng)III 型系統(tǒng)時，其相位移 ( ) 為A -270B-180C-90°D0°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 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 等效傳遞函數(shù)為采用負(fù)反饋連接時，如前向通道的傳遞函數(shù)為G(s) ，反饋通道的傳遞函數(shù)為H(s)，(則其 C )CG (s)1 G (s)G (s)1 G (s)H (s)BD(s)1 G(s)H(s)G (s)1 G(

3、 s)H8 一階系統(tǒng) G(s)= K 的時間常數(shù)Ts + 1T 越大，則系統(tǒng)的輸出響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時間A 越長C不變B 越短D 不定1 / 159拉氏變換將時間函數(shù)變換成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A 系統(tǒng)輸出信號與輸入信號之比B 系統(tǒng)輸入信號與輸出信號之比C系統(tǒng)輸入信號的拉氏變換與輸出信號的拉氏變換之比D 系統(tǒng)輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換之比K11若某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=，則其頻率特性的實(shí)部R( )是Ts 1K2TKC1 TB-12T2K7. 微分環(huán)節(jié)的頻率特性相位移( )=A. 90C. 0 °

4、8. 積分環(huán)節(jié)的頻率特性相位移( )=A. 90C. 09.傳遞函數(shù)反映了系統(tǒng)的動態(tài)性能，A. 輸入信號C.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)D-1TB. -90D. -180B. -90D. -180它與下列哪項(xiàng)因素有關(guān)？B.初始條件D.輸入信號和初始條件10. 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A. 充分條件B.必要條件C. 充分必要條件11. 有一線性系統(tǒng)，其輸入分別為u1(t) 和 u2 (t)時，輸出分別為a1u1(t)+a 2u 2(t)時(a 1,a2 為常數(shù) ) ，輸出應(yīng)為D.以上都不是 y1(t) 和 y2(t)A. a 1 y1(t)+y 2(t)B. a 1y 1(t)+

5、a 2y 2(t)C. a 1y 1 (t)-a 2 y2(t)D. y 1(t)+a 2y2(t)12. I 型系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻漸近特性的低頻段斜率為A. -40(dB/dec) B. -20(dB/dec)C. 0(dB/dec)13. 設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 G(s)=2 sA. 25 B. 519 正弦函數(shù) sin t 的拉氏變換是1A.ssC. 2 2sD. +20(dB/dec)25，則系統(tǒng)的阻尼比為s2551C.2D. 12 2B. s(D )(D )( A )( A )( B )(C )( C )當(dāng)輸入為(B )(B )(C )(B )1D. 2 2s2 / 15B.減小D.不定B

6、.距離實(shí)軸很近C.距離虛軸很遠(yuǎn) 余弦函數(shù) cos t 的拉氏變換是1A.ssC. 2s 2D.距離虛軸很近2 2sB. s1D.2s設(shè)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為G(s)=s，則其頻率特性幅值M( )=2021222314.15.16.17.18.19.二、1.二階系統(tǒng)當(dāng) 0< <1 時，如果增加 ，則輸出響應(yīng)的最大超調(diào)量A. 增加C.不變 主導(dǎo)極點(diǎn)的特點(diǎn)是A. 距離實(shí)軸很遠(yuǎn)B.K A.D.1 C.比例環(huán)節(jié)的頻率特性相位移A.90° B.-90 ° 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 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)( )=C.0°D.-1

7、80 °)來判據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個判別準(zhǔn)則。CB.開環(huán)相角頻率特性 D.閉環(huán)幅相頻率特性B.當(dāng)時間常數(shù) T 較小時有振蕩D.無振蕩()在 ( D )之間。B.0 °和 90°D.0 °和 180 °0.2，則系統(tǒng)階躍響應(yīng)為B. 單調(diào)衰減D. 等幅振蕩A. 與輸入信號有關(guān)B. 與輸出信號有關(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，也與輸入信號有關(guān) 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，A.當(dāng)時間常數(shù) T 較大時有振蕩C.有振蕩 二階振蕩環(huán)節(jié)的對數(shù)頻率特性相位移A.0 °和 90°C.0°和 180 °

8、; 某二階系統(tǒng)阻尼比為A. 發(fā)散振蕩C. 衰減振蕩23填空題：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。反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)輸入量和反饋量 _的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)。在單位斜坡輸入信號作用下，0 型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess=3 / 154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_負(fù)數(shù) _時，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。20. 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，系統(tǒng)輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換的比。-at 的拉氏變換為1 。7函數(shù) te (s 2(s a)8線性定常系統(tǒng)在正弦信號輸入

9、時，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 _。 20_dB dec 。9積分環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性曲線是一條直 線 ，直線 的斜率為10二階系統(tǒng)的阻尼比為 _ 0_ 時，響應(yīng)曲線為等幅振蕩。11在單位斜坡輸入信號作用下， 型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess=_0_12 0 型系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性低頻段漸 近線的斜率為_0_dB/dec ，高度為 20lgKp13 單位斜坡函數(shù) t 的拉氏變換為2. 根據(jù)系統(tǒng)輸入量變化的規(guī)律，控制系統(tǒng)可分為 統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。_恒值_控制系統(tǒng)、 _隨動 _ 控制系穩(wěn)定性、 _快速性 _和準(zhǔn)確性。_輸入量、擾動 量 _的形式無關(guān)。 和 _無阻尼自然振蕩頻

10、率wn2 w I 2 w|G(j )|= R ( ) ( ) 。3. 對于一個自動控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個方面4. 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5. 決定二階系統(tǒng)動態(tài)性能的兩個重要參數(shù)是阻尼系數(shù)6. 設(shè)系統(tǒng)的頻率特性(j)=R( )+jI( ), 則幅頻特性7. 分析穩(wěn)態(tài)誤差時，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 。8. 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從 0 變化到+時，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。22. 用頻域

11、法分析控制系統(tǒng)時，最常用的典型輸入信號是_正弦函數(shù) _。23二階衰減振蕩系統(tǒng)的阻尼比的范圍為 01 。K24 G(s)=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 與值 _輸出量的希望值_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)確性是對自動控制系統(tǒng)性能的基本要求。4 / 15n w 28二階系統(tǒng)的典型傳遞函數(shù)是2 2s 2 w n s wn29設(shè)系統(tǒng)的頻率特性為G(j ) R(j ) jI ( ) ，則 R( ) 稱為 實(shí)頻特性21. 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)。22. 對于一個自動控制系統(tǒng)的性能要求可以概括為三個方面：穩(wěn)定性、快速性和_準(zhǔn)確性223.二階振蕩環(huán)節(jié)的諧振頻率r 與阻尼系數(shù) 的關(guān)系為 r= n 1 224.根據(jù)自動控制系統(tǒng)是否設(shè)有反饋環(huán)節(jié)來分類，控制系統(tǒng)可分為 _控制系統(tǒng)。25.用頻率法研究控制系統(tǒng)時，采用的圖示法分為極坐標(biāo)圖示法和_開環(huán) _控制系統(tǒng)、 _閉環(huán)_對數(shù)坐標(biāo) _圖示法26.二階系統(tǒng)的阻尼系數(shù) =_0.707 時，為最佳阻尼系數(shù)。這時系統(tǒng)的平穩(wěn)性與快速性都較理想。三、設(shè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Gc(s)= s2，試求最大超調(diào)量 =9.6% 、峰值 n時間 tp=0.2 秒時的閉環(huán)傳遞函數(shù)的參數(shù)21解： % e和n

13、 的值。 =0.6 tp=n n=tp 1100% =9.6%0.223.9.20.619.6rad/s四、設(shè)一系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為G c(s)=，試求最大超調(diào)量 =5% 、調(diào)整2時間 ts=2 秒 ( =0.05) 時的閉環(huán)傳遞函數(shù)的參數(shù)解：和 n 的值。21% e 100% =5% =0.6932 ts=n 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(s6)5 / 15求（ 1）系統(tǒng)的阻尼比 和無阻尼自然頻率n；2）系統(tǒng)的峰值時間tp、 超調(diào)量 、調(diào)整時間tS( =0.02) ；25解：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)s(sGB (s)6)1 2525s(s 6) 25

14、252 s s 6256)s(s252 與標(biāo)準(zhǔn)形式對比，可知故wn 52 w n6，w25n0.62 25 1 0.6 4t 27.p w 4d六、某系統(tǒng)如下圖所示，試求其無阻尼自然頻率 n，阻尼比 ，超調(diào)量 ，tp峰值時間調(diào)整時間 t s ( =0.02) 。解： 對于上圖所示系統(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 s os 50s 41002X s100s 50s 4 2 2s 0.0 4i10.0 2s 50s 4s0.0 82 與標(biāo)準(zhǔn)形式對比，可知2 w0. 08， w 0.04nn6 / 1528. rad11.25.19.8%

15、1 0.20.10.2 12.100 s0.10.2 n七、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下：1 0 0GK (s)s(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，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100 50 GK (s)s(s 2) s(0.5 s1)可見， v 1，這是一個 I 型系統(tǒng) 開環(huán)增益 K 50 ；( 2 )討論輸入信號，r (t) 13t ，即 A 1 ，B 3AB 13根據(jù)表 3 4，誤差 e00.06ssK1 K pV 150八、 已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下：0.06G K (s)

16、2 s ( 0. 1)( 2 s s2 s0.2)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)25 2t 4t 時，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)s (0. 1)(0.2)s s2(10100s1)( 51)可見， v 2，這是一個 II 型系統(tǒng)開環(huán)增益 K 100 ；7 / 152)討論輸入信號，2r (t) 5 2t 4t ，即A 5，B2, C=4A BC5 2 4根據(jù)表 3 4，誤差 e0 0 0.04 0.04ssK1 K p KVa1100九、 已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下：20 GK (s)(0.2 s 1)(

17、 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(t)22 5t 2t 時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差2解：(1)該傳遞函數(shù)已經(jīng)為標(biāo)準(zhǔn)形式可見， v 0 ，這是一個 0 型系統(tǒng) 開環(huán)增益 K 20 ；2)討論輸入信號，r (t)5t22t，即2，B5，C=2根據(jù)表 3 4，誤差ess2021Ka十、設(shè)系統(tǒng)特征方程為s4+2s 3+3s 2 +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，a0=5 均大于零，且有12 0 35 ( 12)60 0 4所以，此系統(tǒng)是不穩(wěn)定的8 / 1

18、5一、設(shè)系統(tǒng)特征方程為4s3s2 s 3 0s 6 12 10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=6 ， a2=12 ， a1=10 ， a0=3 均大于零，且有61000112304061000112360 161211062 0 261210663 10 1 10512 0 333 35121536 0 4所以，此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。十二、設(shè)系統(tǒng)特征方程為4s3s2 s 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， a0=3 均大于零，

19、且有5 4 0 00 1 2 35 0 15 2 1 4 6 0 25 2 4 5 5 3 4 1 4 51 0 33 3 3 ( 51) 153 0 4所以，此系統(tǒng)是不穩(wěn)定的9 / 15十三、設(shè)系統(tǒng)特征方程為3s2s 1 02s 4 6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,a 2 =4,a 1=6,a 0=1 均大于零，且有4 1 04 0 14 6 2 1 22 0 24 6 1 4 4 0 1 2 1 6 0 3 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)的對數(shù)幅頻特性曲線。30G(s)s(0.02s1)20dB/dec ；解：該系統(tǒng)開環(huán)增益K 30 ；有一個積分環(huán)節(jié)，即v 1；低頻漸近線通過（1， 20lg30 ）這點(diǎn)，斜率