《自動控制原理》期末復習試題19套含答案

《自動控制原理》期末復習試題19套含答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.自動控制系統(tǒng)中的反饋環(huán)節(jié)通常是指（）A.輸入信號B.輸出信號C.控制信號D.干擾信號2.系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于（）A.系統(tǒng)的增益B.系統(tǒng)的相位C.系統(tǒng)的極點D.系統(tǒng)的零點3.滯后校正的作用是（）A.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性B.提高系統(tǒng)的快速性C.減小系統(tǒng)的超調(diào)量D.增加系統(tǒng)的相位裕度4.對于二階系統(tǒng)，當阻尼比ξ=0.707時，系統(tǒng)的性能指標為（）A.過渡過程時間最短B.超調(diào)量最小C.穩(wěn)態(tài)誤差最小D.相位裕度最大5.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差取決于（）A.系統(tǒng)的增益B.系統(tǒng)的相位C.系統(tǒng)的輸入信號D.系統(tǒng)的輸出信號6.比例控制器的作用是（）A.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性B.提高系統(tǒng)的快速性C.減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差D.增加系統(tǒng)的相位裕度7.積分控制器的作用是（）A.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性B.提高系統(tǒng)的快速性C.減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差D.增加系統(tǒng)的相位裕度8.微分控制器的作用是（）A.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性B.提高系統(tǒng)的快速性C.減小系統(tǒng)的超調(diào)量D.增加系統(tǒng)的相位裕度9.在根軌跡分析中，若系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的極點全部位于左半平面，則系統(tǒng)（）A.必然穩(wěn)定B.必然不穩(wěn)定C.可能穩(wěn)定，也可能不穩(wěn)定D.與系統(tǒng)的增益無關(guān)10.在伯德圖分析中，若系統(tǒng)的相位裕度為正值，則系統(tǒng)（）A.必然穩(wěn)定B.必然不穩(wěn)定C.可能穩(wěn)定，也可能不穩(wěn)定D.與系統(tǒng)的增益無關(guān)二、填空題（每題2分，共20分）1.自動控制系統(tǒng)通常由____、____、____和____四個基本環(huán)節(jié)組成。2.系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以通過____分析、____分析和____分析等方法進行判斷。3.滯后校正通常采用____校正網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，而超前校正通常采用____校正網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。4.對于二階系統(tǒng)，當阻尼比ξ=0.707時，系統(tǒng)的過渡過程時間最短，此時系統(tǒng)的超調(diào)量為____。5.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的____和____有關(guān)。6.比例控制器的作用是____，積分控制器的作用是____，微分控制器的作用是____。7.在根軌跡分析中，若系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的極點全部位于左半平面，則系統(tǒng)的根軌跡____。8.在伯德圖分析中，若系統(tǒng)的相位裕度為正值，則系統(tǒng)的相位裕度越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越____。9.系統(tǒng)的帶寬是指系統(tǒng)頻率響應(yīng)下降到____時的頻率。10.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差可以通過____分析、____分析和____分析等方法進行計算。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述自動控制系統(tǒng)的基本概念及其分類。2.簡述根軌跡分析的基本原理及其應(yīng)用。3.簡述伯德圖分析的基本原理及其應(yīng)用。四、計算題（每題10分，共30分）1.已知二階系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s^2+2ξω_ns+ω_n^2)，求系統(tǒng)的阻尼比ξ和自然頻率ω_n。2.已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s+1)，求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差。3.已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s^2+2ξω_ns+ω_n^2)，求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的過渡過程時間、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差。答案部分：一、選擇題答案：1.B2.C3.D4.B5.A6.C7.C8.C9.A10.A二、填空題答案：1.輸入環(huán)節(jié)、控制器、執(zhí)行環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)2.穩(wěn)定性分析、根軌跡分析、伯德圖分析3.PI校正網(wǎng)絡(luò)、PD校正網(wǎng)絡(luò)4.4.3%5.系統(tǒng)的增益、系統(tǒng)的輸入信號6.提高系統(tǒng)的快速性、減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、減小系統(tǒng)的超調(diào)量7.全部位于左半平面8.高9.0.70710.穩(wěn)態(tài)誤差分析、根軌跡分析、伯德圖分析三、簡答題答案：1.自動控制系統(tǒng)是指利用控制器、執(zhí)行器、反饋環(huán)節(jié)等基本環(huán)節(jié)，對被控對象進行自動控制的系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)通常分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩大類。2.根軌跡分析是一種用于分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，通過繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，可以直觀地了解系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。3.伯德圖分析是一種用于分析系統(tǒng)頻率響應(yīng)的方法，通過繪制系統(tǒng)的伯德圖，可以直觀地了解系統(tǒng)在不同頻率下的幅值和相位特性。四、計算題答案：1.ξ=0.5，ω_n=22.穩(wěn)態(tài)誤差為1/K3.過渡過程時間為4/ξω_n，超調(diào)量為e^(ξπ/√(1ξ^2))，穩(wěn)態(tài)誤差為0《自動控制原理》期末復習試題19套含答案三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述自動控制系統(tǒng)的基本概念及其分類。自動控制系統(tǒng)是一種通過控制器對被控對象進行自動控制的系統(tǒng)，其目的是使被控對象按照預定的要求進行工作。自動控制系統(tǒng)可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩大類。開環(huán)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出信號不依賴于輸入信號的系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出信號依賴于輸入信號的系統(tǒng)。2.簡述根軌跡分析的基本原理及其應(yīng)用。根軌跡分析是一種用于分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，其基本原理是通過繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，直觀地了解系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。根軌跡圖可以顯示系統(tǒng)極點隨參數(shù)變化的軌跡，從而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根軌跡分析廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計、參數(shù)調(diào)整和穩(wěn)定性分析等方面。3.簡述伯德圖分析的基本原理及其應(yīng)用。伯德圖分析是一種用于分析系統(tǒng)頻率響應(yīng)的方法，其基本原理是通過繪制系統(tǒng)的伯德圖，直觀地了解系統(tǒng)在不同頻率下的幅值和相位特性。伯德圖包括幅頻特性和相頻特性兩部分，可以反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性。伯德圖分析廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計、參數(shù)調(diào)整和穩(wěn)定性分析等方面。四、計算題（每題10分，共30分）1.已知二階系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s^2+2ξω_ns+ω_n^2)，求系統(tǒng)的阻尼比ξ和自然頻率ω_n。解：根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)，可以得出系統(tǒng)的特征方程為s^2+2ξω_ns+ω_n^2=0。根據(jù)特征方程，可以得出系統(tǒng)的阻尼比ξ和自然頻率ω_n分別為ξ=0.5，ω_n=2。2.已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s+1)，求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差。解：穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)在單位階躍輸入下，輸出信號與輸入信號之間的差值。根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)，可以得出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為1/K。3.已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s^2+2ξω_ns+ω_n^2)，求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的過渡過程時間、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差。解：過渡過程時間是指系統(tǒng)從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間。根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)，可以得出系統(tǒng)的過渡過程時間為4/ξω_n。超調(diào)量是指系統(tǒng)在過渡過程中，輸出信號超過穩(wěn)態(tài)值的最大幅度。根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)，可以得出系統(tǒng)的超調(diào)量為e^(ξπ/√(1ξ^2))。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)在單位階躍輸入下，輸出信號與輸入信號之間的差值。根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)，可以得出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0?！蹲詣涌刂圃怼菲谀土曉囶}19套含答案五、分析題（每題10分，共20分）1.分析一個典型的自動控制系統(tǒng)，包括其組成部分、工作原理及特點。解：一個典型的自動控制系統(tǒng)通常包括輸入環(huán)節(jié)、控制器、執(zhí)行環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)。輸入環(huán)節(jié)負責接收外部信號，控制器根據(jù)輸入信號和反饋信號控制信號，執(zhí)行環(huán)節(jié)根據(jù)控制信號對被控對象進行操作，反饋環(huán)節(jié)將輸出信號反饋給控制器，以便進行閉環(huán)控制。該系統(tǒng)具有實時性、準確性和穩(wěn)定性等特點。2.分析比例、積分、微分控制器在自動控制系統(tǒng)中的作用及其應(yīng)用場景。解：比例控制器主要作用是提高系統(tǒng)的快速性，適用于對系統(tǒng)快速性要求較高的場合。積分控制器主要作用是減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，適用于對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度要求較高的場合。微分控制器主要作用是減小系統(tǒng)的超調(diào)量，適用于對系統(tǒng)超調(diào)量要求較低的場合。在實際應(yīng)用中，根據(jù)系統(tǒng)的需求，可以選擇合適的控制器或控制器組合，以實現(xiàn)最佳的控制效果。六、設(shè)計題（每題10分，共20分）1.設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，要求溫度控制在20°C±1°C范圍內(nèi)。請給出系統(tǒng)的組成部分、控制器參數(shù)及調(diào)試方法。解：系統(tǒng)組成部分：溫度傳感器、控制器、執(zhí)行器（如加熱器或冷卻器）?？刂破鲄?shù)：根據(jù)溫度控制要求，可以選擇比例、積分、微分控制器組合。例如，可以采用PI控制器，其中比例系數(shù)Kp為10，積分系數(shù)Ki為1。調(diào)試方法：將控制器參數(shù)設(shè)置為初始值，然后通過溫度傳感器實時監(jiān)測溫度變化，根據(jù)實際溫度與設(shè)定溫度的偏差，調(diào)整控制器參數(shù)，直至溫度控制在20°C±1°C范圍內(nèi)。2.設(shè)計一個位置控制系統(tǒng)，要求位置控制在±0.1mm范圍內(nèi)。請給出系統(tǒng)的組成部分、控制器參數(shù)及調(diào)