1 經典控制理論 習題解答 經典控制理論習題解答 第一章 考試題庫 1、重慶三峽學院 04至 05學年度第 2 期 自動控制原理 課程考試試題冊 A卷（ 02 級 電信 ) 一、 填空（本題共 20 分，共 10 小題，每題各 2 分） l自動控制是 。 2反饋控制的基本原理是 。 3一個反饋控制系統通常由 、 、 、 、 、 等幾個部分組成。 4按給定量的運動規律，控制系統可分為 、 、 。 5系統的頻率特性是指 。 6 一個設計性能良好的控制系統，應當滿足 、 、 三個方面的要求。 7根軌跡的模值方程為 ,相角方程為 。 8非線性特性的描述函數定義為 。 9對于高階系統，系統主導極點是指 。 10采樣系統的脈沖傳遞函數定義為： 。 二、（本題共 15 分） 某工業過程溫度控制系統如圖所示，電位器上設定的電壓 ur是系統的輸入量，箱體內液體的實際 溫度為輸出量，插入箱體內的熱電偶的輸出 U 與成正比。試分析該系統的工作原理并畫出方框圖。 二、 （本題共 15 分） 測得某二階系統的單位階躍響應 c(t)如圖所示，已知該系統具有單位負反饋，試確 定其開環傳遞函數。 2 四、 （本題共 15 分，共 2 小題） 1）設某系統的特征方程式為： ，試用勞斯穩定判據判別系統的穩定性。 2）下圖表示開環傳遞函數 G(s)的奈奎斯待圖， P 為 G(s)的正實部極點數目，判定閉環系統的穩定性。 （ a） （ b） 五、（本題共 15 分）已知最小相位開環系統的漸近對數幅頻特性如圖所示。試求取系統的開環傳遞函數。 六、（本題共 20 分）已知單位反饋系統的開環傳遞函數為： 試 設計一個串聯超前校正環節，使系統的相角裕量不小于 45 度，截止頻率不低于 50rad s。 3 自動控制原理 課程考試試題 A卷評分標準 一、 （本題共 20 分，共 10 小題，每題各 2 分） 1、 在沒有人直接干預的情況下，通過控制裝置使被控對象或過程自動按照預定的規律運行，使之達到一定的狀態和性能。 2、 檢測誤差，用于糾正誤差。 3、 控制器、測量裝置、比較裝置、參考輸入變換裝置、執行機構、被控對象。 4、 隨動控制系統、定值控制系統、程序控制系統 5、 線性定常系統，在正弦信號作用下，輸出的穩態分量與輸入的復數比。 6、 穩定性、快速 性、準確性 7、 8、 9、有一個或兩個閉環極點距離虛軸最近，這些極點在該高階系統時間響應中起主導作用，而其它極點距離虛軸較遠，可以近似忽略。 10、 G（ Z） =C（ Z） /R（ Z） 。 二、 （本題共 15 分） 三、 （本題共 15 分） 四、 （本題共 15 分） 1）不穩定， 2）（ a）不穩定、（ b）不穩定 4 五、 （本題共 15 分） 六、 （本題共 20 分） 2、 重慶三峽學院 04至 05學年度第 2 期 自動控制原理 課程考試試題冊 B卷（ 02 級 電信 ） 一、填空（本題共 20 分，共 10 小題，每題各 2 分） l自動控制是 。 2反饋控制的基本原理是 。 3一個反饋控制系統通常由 、 、 、 、 、 等幾個 部分組成。 4按給定量的運動規律，控制系統可分為 、 、 。 5系統的頻率特性是指 。 6一個設計性能良好的控制系統，應當滿足 、 、 三個方面的要求。 7根軌跡的模值方程為 ,相角方程為 。 8非線性特性的描述函數定義為 。 9對于高階系統，系統主導極點是指 。 10采樣系統的脈沖傳遞函數定義為： 。 二、（本題共 15 分） 電冰箱制冷系統工作原理如圖。繼電器的輸出電壓 Ua就是加在壓縮機上的電壓。 簡述工作原理，指出控制對象、執行元件、測量元件、被控變量、參考輸入，繪出系統元件框圖。 三、（本題共 15 分） 已知系統結構圖如圖所示，單位階躍響應的超調量為 16 3，峰值時間 tp 1 秒 5 試確定參數 、 K。 四、 （本題共 15 分，共 2 小題） 1）設某系統的特征方程式為： ，試用勞斯穩定判據判別系統的穩定性。 2）下圖表示開環傳遞函數 G(s)的奈奎斯待圖， P 為 G(s)的正實部極點數目，判定閉環系統的穩定性。 （ a） （ b） 五、（本題共 15 分） 已知某開環系統的傳遞函數為： 試繪制該系統的 Bode圖。 六、（本題共 20 分） 設單位反饋 I 型系統原有部分的開環傳遞函數為： 要求靜態速度誤差系數 Kv 8，相角裕量 35 度，設計串聯校正裝置。 6 自動控制原理 課程考試試題 B卷評分標準 一、 （本題共 20 分，共 10 小題，每題各 2 分） 8、 在沒有人直接干預的情況下，通過控制裝置使被控對象或 過程自動按照預定的規律運行，使之達到一定的狀態和性能。 9、 檢測誤差，用于糾正誤差。 10、 控制器、測量裝置、比較裝置、參考輸入變換裝置、執行機構、被控對象。 11、 隨動控制系統、定值控制系統、程序控制系統 12、 線性定常系統，在正弦信號作用下，輸出的穩態分量與輸入的復數比。 13、 穩定性、快速性、準確性 14、 8、 9、有一個或兩個閉環極點距離虛軸最近，這些極點在該高階系統時間響應中起主導作用，而其它極點距離虛軸較遠，可以近似忽略。 10、 G（ Z） =C（ Z） /R（ Z） 。 二、 （本題共 15 分） 三、 （本題共 15 分） 四、 （ 本題共 15 分） 1）不穩定， 2）（ a）穩定，（ b）穩定。 五、（本題共 15 分） 7 六、 （本題共 20 分） 4、重慶三峽學院 2005 至 2006 學年度第 2 期 自動控制原理 課程考試試題冊 A卷 試題使用對象 ： 物理與電子信息 院（系） 03 級 電子信息工程 專業 1、 2 班 (本科 ) 一、（本題 20 分）填空 l自動控制是指 。 2 PID控 制器輸入輸出關系表達式為： u（ t） = 。 3改善二階系統響應的措施有： 、 。 4開環對數幅率特性的低頻段反映了系統的 ，中頻段反映了系統的 和 ， 高頻段反映了系統 。 5系統的頻率特性是指 。 6根據開環頻率特性曲線繪 制閉環頻率特性曲線的兩種圖線是： 和 。 7根軌跡的模值方程為 ,相角方程為 。 8非線性特性的描述函數定義為 。 9消除系統結構不穩定的措施可以有兩種，一種是 ，另一種是 。 10采樣系統的脈沖傳遞函 數定義為： 。 三、 （本題 10 分）回答下列問題 1、什么是主導極點？什么是主導極點分析法？ 2、簡述繪制系統根軌跡圖的步驟。 四、 （本題 10 分） 系統結構圖如圖所示，試求系統的閉環傳遞函數 C（ S） /R（ S） 。 -Rs() Cs()1Gs() 2Gs()1Hs()- 8 四、（本題 15 分）設單位負反饋控制系統的開環傳遞函數為： )101.0()( ss KsG 當 K=10 時，試求系統在單位 階躍函數輸入時系統的阻尼比 、無阻尼自然頻率n、峰值時間pt、 超調量 % 和調整時間st。 五、（本題共 15 分）已知單位負反饋控制系統的開環傳遞函數為： )1)(1()( 21 3210 sTsTsKKKKsG 輸入信號為 )(1)()( tbtatr ，其中 ba, 為常數。試求系統穩態誤差 sse時，各參數應保持的 關系。 六、 （本題 15 分，共 2 小題） 1） 已知某調速系統的特征方程式為： 0)1(1 6 7 05 1 75.41 23 Ksss 求該系統穩定的 K 值范圍。 2）下圖表示開環傳遞函數 G(s)的奈奎斯特圖， P 為 G(s)的正實部極點數目，試判定閉環系統的穩定性。 七、（本題 15 分）已知單位反饋系統的開環傳遞函數為： )2( 4)( ss KsG 試設計一個串聯超前校正環節，使校正后系統的速度誤差系數 120 sKv，相角裕量 45 。 9 重慶三峽學院 2005 至 2006 學年度 第 2 期 自動控制原理 課程考試試題 A卷評分標準 命題人 廖祥學 使用于 物理與電子信息 院（系） 03 級 電子信息工程 專業 1、 2 班（本科 ） 一、 （本題 20 分） 15、 在沒有人直接干預的情況下，通過控制裝置使被控對象或過程 自動按照預定的規律運行，使之 達到一定的狀態和性能。 16、 )()()()(0 teKdeKteKtu dtdDtIP 17、 誤差信號的比例 -微分控制、輸出量的速度反饋控制 。 18、 穩態精度，平穩性、快速性，對輸入端高頻信號的抑制能力。 19、 線性定常系統，在正弦信號作用下，輸出的穩態分量與輸入的復數比。 20、 等 M、等 N圓圖， Nichole圖。 21、 111 niimiipszsK ， ,2,1,0,)12()()(11kkpszs ni imi i 8、11212111 ar c t a n BAX BAXYN 9、改變積分性質，引入比例 -微分控制。 10、 )(/)()( zRzCzG 。 二、 （本題 10 分） 1、 主導極點：如果系統中有一個 (極點或一對 )復數極點距虛軸最近，且附近沒有閉環零點；而其它閉 環極點與虛軸的距離都比該極點與虛軸距離大 5倍以上，則此系統的響應可近似地視為由這個 （或這對）極點所產生。 主導極點分析法：對于高階系統，用主導極點對系統進行近似分析，從而將一個高階系統簡化為一 階或二階的分析的方法。 10 2、分支數；連續性與對稱性；起點與終點；實軸上的根軌跡；根軌跡的漸近線 根軌跡與實軸的交點；出射角、入射角； 根軌跡與虛軸交點；（ 9)閉環極點和與積 三、 （本題 10 分）12121211)( )( HGGGG GGsR sC 四、（本題 15 分） stP 36.0 、 %3.16% 、 stS 7.0 五、（本題 15 分）21213210 TT TTKKKKb 六、（本題 15 分） 1） 9.111 K ， 2）臨界穩定 七、（本題 15 分） sssssG 0 54.01 2 77.014.18 4.42.4)( 4、 重慶三峽學院 05至 06學年度第 2 期 自動控制原理 課程考試試題冊 B（ 03 級 電信 3 班 ) 一、（本題 20 分）填空 l自動控制是指 。 2反饋控制的基本原理是 。 3一個反饋控制系統通常由 、 、 、 、 、 等幾個部分組成。 4按給定量的運動規律，控制系統可分為 、 、 。 5系統的頻率特性是指 。 6一個設計性能良好的控制系統，應當滿足 、 、 三個方面的要求。 7根軌跡的模值方程為 ,相角方程為 。 8非線性特性的描述函數定義為 。 9消除系統結構不穩定的措施可以有兩種，一種是 ，另一種是 。 10采樣系統的脈沖傳遞函數定義為： 。 二、（本題 10 分）回答下列問題 1、 簡述繪制系統根軌跡圖的步驟。 2、 頻率特性法的主要特點 是什么？ 三、（本題 10 分）通過方框圖變換，求取下圖所示系統的閉環傳遞函數。 -Rs() Cs()2Gs()2Hs()3Gs1Hs()4Gs()1Gs()- -+ 11 四、（本題 15 分） 設一隨動系統如圖所示，要求系統的超調量為 0.2，峰值時間 stp 1.0， 試求： 1）增益 K 和速度反饋系數 。 2）根 據所求的 值，計算該系統的 。 五、（本題 15 分）已知單位反饋控制系統的開環傳遞函數為： )104()12(10)(22 sssssG 試求當參考輸入信號為 221)( tttr 時，系統的穩態誤差。 六、 （本題 15 分） 1）設某系統的特征方程式為： 0516188 234 ssss ，試用勞斯判據確定系統的穩定性。 2）下圖表示開環傳遞函數 G(s)的奈奎斯待圖， P 為 G(s)的正實部極點數目，判定閉環系統的穩定性。 七、（本題 15 分）設單位反 饋系統原有部分的開環傳遞函數為： )5(500)( ss KsG 要求靜態速度誤差系數 1100 sKv，相角裕量 45 ，設計串聯校正裝置。 )( sR )( sCs1)1( ssKsr tt,K 12 重慶三峽學院 2005 至 2006 學年度 第 2 期 自動控制原理 課程考試試題 B卷評分標準（ 03 級 電信 3 班） 一、 （本題共 20 分，共 10 小題，每題各 2 分） 22、 在沒有人直接干預的情況下，通過控制裝置使被控對象或過程自 動按照預定的規律運行，使之 達到一定的狀態和性能。 23、 檢測誤差，用于糾正誤差。 24、 控制器、測量裝置、比較裝置、參考輸入變換裝置、執行機構、被控對象。 25、 隨動控制系統、定值控制系統、程序控制系統 26、 線性定常系統，在正弦信號作用下，輸出的穩態分量與輸入的復數比。 27、 穩定性、快速性、準確性 28、 111 niimiipszsK ， ,2,1,0,)12()()(11kkpszs ni imi i 8、11212111 ar c t a n BAX BAXYN 9、改變積分性質，引入比例 -微分控制。 10、 )(/)()( zRzCzG 。 二、 （本題 10 分） 、 答： 分支數；連續性與對稱性；起點與終點；實軸上的根軌跡；根軌跡的漸近線， 根軌跡與實軸的交點；出射角、入射角；根軌跡與虛軸交點； 9)閉環極點和與積。 、 答：（ 1）頻率特性具有明確的物理意義，它可以用實驗的方法來確定，這對于難以列寫微分方程 式的元部件或系統來說，具有重要的實際意義。 （ 2）由于頻率響應法主要通過開環頻率特性的圖形對系統進行分析，因而具有形象直觀和 計算量少的特點。 （ 3）頻率響應法不僅適用于線性定常系統，而且還適用于傳遞函數不是有理 數的純滯后系統 和 部分非線性系統的分析。 三、 （本題 10 分） 四、 （本題 15 分） )()(1)()()(43212124324321 GGGHGGHGGG GGGGsR sC ststs Sr )8.2(17.2,65.0,178.0 13 五、 （本題 15 分） ess=2 六、（本題 15 分） 1）穩定 . 2）穩定。 七、 （本題 15 分） sssG c 01 58.01 06 32.01)( 5、重慶三峽學院 06至 07學年度第 2 期 自動控制原理 課程考試試題冊 A卷（ 04 級 電信 1、 2、 3 班 ) 一、（本題 20 分）填空題 l自動控制是指 。 2開環對數幅頻特性的低頻段反映了系統的 ，中頻段反映了系統的 和 ， 高頻段反映了系統 。 3系統的頻率特性是指 。 4根軌跡的模值方程為 ,相角方程為 。 5非線性特性的描述函數定義為 。 6采樣系統的脈沖傳遞函數定義為 。 7.開環幅相曲線的起始角為 ，終止角為 . 8.根據開環頻率特性曲線繪制閉環頻率特性曲線的方法有 ， ， 。 9. 若系統的線性部分的頻率特性為 ()Gj ，非線性部分的描述函數為 ()NX，則由上面兩個部分 構成的單位反饋 系統的特征方程為： 。 10.主導極點是指 。 五、 （本題 20 分） 選擇題 1.若系統的相位截止頻率為g，增益 截止頻率為c，則 系統的幅值裕度為： a） 1( ) ( )ggG j H j； b） 1( ) ( )ccG j H j； c） 2 0 l g | ( ) ( ) |ccG j H j； d） 2 0 l g | ( ) ( ) |ggG j H j 2.控制系統的閉環頻率特性指標為： a） c ； b）b ； c） | (0)|M ； d）mM。 3.對于標準的二階系統，若n為定植，則當系統的阻尼比 增大時， 系統的上升時間rt將 a） 增大； b）減小 ； c）變長； d）縮短 14 4.串聯遲后校正網絡有： a） 1( ) , 11C b T sG s bTs； b） 1( ) , 11C b T sG s bTs； c） 1()CpiG s K Ts； d） ()c p dG s K K s 5. 對一個二階系統來說，系統的最佳阻尼比為： a） 0 ； b） 1/ 2 ； c） 1； d） -0.707。 6.若系統的傳遞函數為 11()()mjjnvviiK s ss s s，則系統有 個無窮零點。 a） 0 ； b） n ； c） m ； d） nm . 7.PD控制器的表達式為： a） 12(1 )k k s ； b）12(1 )k k s ； c）121(1 )kks； d）1 2 3 1(1 )k k s k s 。 8. 二階系統在諧振頻率m處的 諧振峰值 ()mA為： a） 12 ； b） 212n ； c）2121； d） 21n。 9.消除系統結構不穩定的措施有： a） 改變積分性質； b）引入比例微分控制； c）引入速度反饋； d）減小開環系數。 10.下圖表示開環傳遞函數 G(s)的奈奎斯特圖， P 為 G(s)的正實部極點數目，則其閉環系統 a） 穩定； b）不穩定； c）臨界穩定； d）都不對。 二、（本題 15 分） 系統結構圖如圖所示，試求系統的閉環傳遞函數 C（ S） /R（ S） 。 1()Gs 2()Gs 4()Gs 3()Gs 15 ()Cs ()Rs 六、 （本題 15 分）閉環系統的動態結構圖如圖所示。 a) 若系統在單位階躍輸入時， 2 0 % , 1 . 8psMt，試確定參數 ,K 的取值； b) 若系統輸入信號為 ( ) (1 )1( )r t t t ，試求系統穩態誤差sse。 五、（本題 15 分）如圖所示為實驗獲得的某個單位反饋（最小相位）系統的開環幅頻特性曲線的漸近線，試確定系統的傳遞函數，并判斷系統的穩定性。 六、（本題 15 分）已知單位反饋系統的開環傳遞函數為： () ( 0 . 2 1 ) ( 0 . 5 1 )KGs s s s 試設計一個串聯校正裝置，使校正后系統在斜波輸入時的穩態誤差 0.1sse ，相角裕量 50 ，3 .5 /C rad s 。 20 /dB dec40 /dB dec60 /dB dec()L2340lg 32K21ss()Rs ()Cs 16 重慶三峽學院 2006 至 2007 學年度 第 2 期 自動控制原理 課程考試試題 A卷評分標準 命題人 廖祥學 使用于 物理與電子信息 院（系） 04 級 電子信息工程 專業 1、 2、 3 班（本科） 一、 （本題 20 分） 29、 在沒有人直接干預的情況下，通過控制裝置使被控對象或過程自動按照預定的規律運行，使之達到一定的狀態和性能。 30、 穩態精度，平穩性、快速性，對輸入端高頻信號的抑制能力。 31、 線性定常系統，在正弦信號作用下，輸出的穩態分量與輸入的復數比。 32、 111miiniiK s zsp ， ,2,1,0,)12()()(11kkpszs ni imi i 5、11212111 ar c t a n BAX BAXYN 6、 ()() ()CzGz Rz 7、 ( / 2)v ， ( ) / 2nm 。 8、向量法， 等 M圓、等 N圓， Nichole圖。 9、 1 ( ) ( ) 0N X G j 10、 如果系統中有一個極點（或一對復數極點）距虛軸最近，且附近沒有閉環零點；而其它閉環極點與虛軸的距離都比該極點與虛軸距離大 5 倍以上，則此系統的響應可近似地視為由這個（或這對）極點所產生。 二、 （本題 20 分） 1. a、 d ； 2. b、 c、 d ； 3. a、 c ； 4、 b、 c ； 5. b ； 6. d ； 7. b ； 8. c ； 9. a、 b ； 10. b 三、 （本題 15 分）2 4 3 4 1 2 42 3 2 4()( ) 1G G G G G G GCsR s G G G G 17 四、（本題 15 分） 1 3 . 3 6 , 0 . 2 , 0 . 2ssKe 五、（本題 15 分） 23()31( 1 ) ( 1 )2 23Gss s s 六、（本題 15 分） ( 0 . 6 3 9 1 ) (1 0 1 )()( 0 . 0 2 4 1 ) ( 2 4 1 )c ssGs 6、重慶三峽學院 06至 07學年度第 2 期 自動控制原理 課程考試試題冊 B卷（ 04 級 電信 1、 2、 3 班） 一、（本題 30 分）填空 l自動控制是指 。 2開環對數幅頻特性的低頻段反映了系統的 ，中頻段反映了系統的 和 ， 高頻段反映了系統 。 3系統的頻率特性是指 。 4根軌跡的模值方程為 ,相角方程為 。 5非線性特性的描述函數定義為 。 6采樣系統的脈沖傳遞函數定義為 。 7.開環幅相曲線的起始角為 ，終止角為 . 8.根據開環頻率特性曲線繪制閉環頻率特性曲線的方法有 ， ， 。 9. 若系統的線性部分的頻率特性為 ()Gj ，非線性部分的描述函數為 ()NX，則由上面兩個部分 構成的單位反饋 系統的特征方程為： 。 10.主導極點是指 。 11.若系統的相位截止頻率為g，則 系統的幅值裕度為 。 12.常用的系統閉環頻率特性指標有 。 13. 對于標準二階系統來說，系統的最佳阻尼比為： 。 14.已知某調速系統的特征方程式為： 4 3 22 3 4 5 0s s s s ，則特征方程有 個正實部的根。 15.二階系統在諧振頻率m處的 諧振峰值 ()mA為： 。 18 二、（本題 10 分）簡述繪制系統根軌跡圖的步驟。 三、（本題 15 分） 系統結構圖如圖所示，試求系統的閉環傳遞函數 C（ S） /R（ S） 。 四、（本題 15 分）已知系統的結構圖，單位階躍響應的超調量 % 16.3% ，峰值時間 1pt 秒。 試求： 1、確定參數 K 和 。 2、當輸入信號為 ( ) 1.5r t t 時，系統的穩態誤差。 五、（本題 15 分）如圖所示為實驗獲得的幅值隨頻率變化的漸近線，試確定系統的傳遞函數。 L（ w） dB -20dB/dec 40 -40dB/dec 2.5 w 40lg0.625 -60dB/dec 六、（本題 15 分）已知單位反饋系統的開環傳遞函數為： () ( 0 .5 1 )KGs ss 試設計一個串聯 校正裝置，使校正后系統在斜波輸入時的穩態誤差 0.05sse ，相角裕量 50 。 K 10( 1)sss()Rs ()Cs-Rs() Cs()1Gs() 2Gs()1Hs()- 19 重慶三峽學院 2006 至 2007 學年度 第 2 期 自動控制原理 課程考試試題 B卷評分標準（ 04 級 電信 1、 2 班 ） 一、 （本題 30 分）填空 1、在沒有人直接干預的情況下，通過控制裝置使被控對象或過程自動按照預定的規律運行，使之達到一定的狀態和性能。 2、穩態精度，平穩性、快速性，對輸入端高頻信號的抑制能力。 3、線性 定常系統，在正弦信號作用下，輸出的穩態分量與輸入的復數比。 4、 111miiniiK s zsp ， ,2,1,0,)12()()(11kkpszs ni imi i 5、11212111 ar c t a n BAX BAXYN 6、 ()() ()CzGz Rz 7、 ( / 2)v ， ( ) / 2nm 。改變積分性質，引入比例 -微分控制 8、向量法， 等 M圓、等 N圓， Nichole圖。 9、 1 ( ) ( ) 0N X G j 10、 如果系統中有一個極點（或一對復數極點）距虛軸最近，且附近沒有閉環零點；而其它閉環極點與虛軸的距離都比該極點與虛軸距離大 5 倍以上，則此系統的響應可近似地視為由這個（或這對）極點所產生。 11. 2 0 l g | ( ) ( ) |ggG j H j. 12.b 、 | (0)|M 、mM. 13.1/ 2 . 14.2 個 . 15.2121. 二、 （本題 10 分） 答：分支數；連續性與對稱性；起點與終點；實軸上的根軌跡；根軌跡的漸近線 20 根軌跡與實軸的交點；出射角、入射角；根軌跡與虛軸交點；（ 9)閉環極點和與積。 三、 （本題 15 分）12121211)( )( HGGGG GGsR sC 四、（本題 15 分） 1 . 3 1 6 , 0 . 2 6 3K 、 0.413sse 五、（本題 15 分）)0 2 5.01)(4.0( 2 5 0)( sssssG 六、（本題 15 分） ( 0 . 2 2 7 1 )()( 0 . 0 4 5 1 )c sGs s 7、重慶三峽學院 07 至 08學年度第 2 期 自動控制原理 課程考試試題冊 A卷（ 05 級 電信 1、 2、 3) 一、（本題 10 分）問答題 1）自動控制系統由哪幾部分組成？ 2）自動控制系統的基本要求是什么？ 3）舉一個自動控制在實際工程中應用的例子，并簡單的說明其工作原理。 二、（本題 30 分）填空題 1. 標準二階系統的最佳阻尼比為 。 a） 0 ； b） 1/ 2 ； c） 1； d） -0.707。 2.若系統的傳遞函數為11( ) ( ) / ( )m n vvjijiG s K s s s s s ，則系統有 個無窮零點。 a） 0 ； b） n ； c） m ； d） nm . 3.PD控制器可以表達為 。 a）12(1 )k k s； b）12(1 )k k s ； c）121(1 )kks； d）1 2 3 1(1 )k k s k s 。 4. 二階系統在諧振頻率m處的 諧振峰值 ()mA為 。 a） 1/2 ； b） 212n ； c） 21 / 2 1 ； d） 21n。 5.若一系統開環傳遞函數 G(s) 正實部極點數目為 1，半個奈奎斯特圖繞（ -1， j0）點的圈數為 1，則其閉環系統 。 a）穩定； b）不穩定； c）臨界穩定； d）都不對 6開環對數幅頻特性的低頻段反映了系統的 。 a)穩態精度； b)平穩性、快速性； c)對輸入端高頻信號的抑制能力； d)相位裕量 7 根軌跡的模值方程為 。 21 a) 111miiniiK s zsp； b) 11()1()miiniiK s zsp； c） 11()0()miiniiK s zsp； d） 110miiniiK s zsp 8設某系統傳遞函數11( ) ( ) / ( )m n vvjijiG s K s s s s s ，則開環幅相曲線的起始角為 。 a) ( / 2)v ； b) ( ) / 2nm ； c) /2 ； d) 00 9. 若非線性特性的描述函數為 ()NX， 線性部分的頻率特性是 ()Gj ，則系統的閉環特征方程為 。 a） 1 ( ) ( ) 0N X G j； b） 1 ( ) ( ) 0N s G s ； c） 1 ( ) ( ) 0H s G s； d） 1 ( ) ( ) 0N j G j 10. 控制系統的閉環頻 率特性指標是 。 a） c ； b）b ； c） ； d） % 。 11.若系統的相位截止頻率為g，增益 截止頻率為c，則 系統的幅值裕度為 。 a） 1( ) ( )ggG j H j； b） 1( ) ( )ccG j H j； c） 2 0 l g | ( ) ( ) |ccG j H j； d） 2 0 l g | ( ) ( ) |ggG j H j 12. 采樣控制系統常用 進行描述。 a)傳遞函數； b) 描述函數； c）脈沖傳遞函數； d）差分方程。 13. 控制系統常見的非線性特性有 。 a)不靈敏區； b)飽和； c)間隙； d)摩擦 14.串聯遲后 校正網絡是 。 a） 1( ) , 11C b T sG s bTs； b） 1( ) , 11C b T sG s bTs； c） 1()CpiG s K Ts； d） ()c p dG s K K s 15.消除系統結構不穩定的措施有 。 a） 改變積分性質； b）引入比例微分控制； c）引入速度反饋； d）減小開環系數。 三、（本題 15 分）已知一系統由如下方程組組成： 1 1 1 7 82 2 1 6 31 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) X s G s R G s G s G s C sX s G s X s G s X s 3 2 5 3433 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )4 ) ( ) ( ) ( )X s X s G s C s G sC s G s X s 試繪制系統 系統結構圖，并求出系統的閉環傳遞函數： ( ) / ( )C s R s 。 四、（本題 15 分）閉環系統的動態結構圖如圖所示。 c) 若系統在單位階躍輸入時， 2 0 % , 1 . 8psMt，試確定參數 ,K 的取值； d) 若系統輸入信號為 ( ) (1 )1( )r t t t ，試求系統穩態誤差sse。 22 五 、（本題 15 分）已知一單位反饋系統對數幅頻特性漸近線曲線如下，要求： 1）確定系統的傳遞函數，并判斷系統的穩定性。 2）若將對數幅頻特性漸近線曲線向右平移 10 倍頻程，討論對系統階躍響應的影響。 六、（本題 15 分）已知一單位反饋系統的開環傳遞函數為： ()( 1)KGs ss ，設計一個串聯超前校正裝置對系統進行校正。根據計算回答下列問題 : 1) 若要求系統校正后 ,系統在斜波輸入時的穩態 誤差 0.067sse ,則 K 值應為多少 ? 2) 若原系統 ()Gs開環頻率特性的截止頻率 3.9c , 系統能滿足 45 的相位裕量嗎 ?說明理由。 3) 若不滿足 45 的相位裕量 , 試計算串聯超前校正裝置的分度系數 a . 4) 若校正裝置之后 ,系統新的截止頻率 5.7c , 試計算校正裝置的時間常數 T . 20 /dB dec40 /dB dec40 /dB dec()L0.1200.2 14K21ss()Rs ()Cs 23 重慶三峽學院 2007 至 2008 學年度 第 2 期 自動控制原理 課程考試試題 A卷評分標準（ 05 級 電信 1、 2、 3 班） 一、 （本題 10 分） 1）控制器、測量裝置、比較裝置、參考輸入變換裝置、執行機構、被控對象等。 2）穩定性、快速性、準確性。 3）如溫度、壓力控制，計算機磁盤控制等。 二、 （本題 30 分） 1. b ； 2. d ； 3. b ； 4. c ； 5. b； 6. a ； 7. a ； 8. a ； 9. a； 10.b； 11. ad ； 12. cd ； 13. abcd ； 14、 bc ； 15. ab 三、 （本題 15 分）1 2 3 42 8 6 3 4 5 1 2 3 4 7 8()( ) 1 ( )G G G GCsR s G G G G G G G G G G G G 四、（本題 15 分） 1 3 . 3 6 , 0 . 2 , 0 . 2ssKe 五、（本題 15 分） 2 ( 5 1 )()( 1 0 1 ) ( 0 . 2 5 1 )sGs s s s ，穩定， ,% 不變。 六、（本題 15 分） 15K ； 不能 ； 4.3a ； 0.08T . 24 8、重慶三峽學院 2007 至 2008 學年度第 2 期 自動控制原理 課程考試試題冊 B卷（ 05 級 電信 1、 2、 3 班 ) 一、（本題 10 分）問答題 1、什么是閉環控制？閉環控制有什么優缺點？ 2、什么是奈魁斯特判劇？ 二、（本題 30 分）填空題 1. 標準二階系統的傳遞函數為： 221 / ( 2 1 )T s T s，則二階系統的轉則頻率為 。 a） T ； b） 1/T ； c）n； d） 1/n。 2.若系統的傳遞函數為2( 3 )( 1)( 4 )Kss s s，則系統有 個無窮零點。 a） 0 ； b） 1 ； c） 2； d） 3. 3.設某個三型系統的開環增益為 K ，則該 系統 Bode圖起始段漸進線與橫軸交于 點 。 a） 3K ； b） K ； c） K ； d） 20lgK 。 4. 二階系統在n處的幅值 ()nA為 。 a） 12 ； b） 212n ； c）2121； d） 21n。 5. 已知系統的閉環特征方程為： 5 4 3 2 16 3 2 0s s s s s s ，則該系統 。 a） 穩定； b）不穩定； c）臨界穩定； d）都不對。 6非線性特性的描述函數定義為 。 a) 2211 11a r c t a nAB AN XB, b) ()() ()CzNz Rz, c) ()() ()CsNs Rs, d) 2211ABN X 25 7. 設某系統傳遞函數11( ) ( ) / ( )m n vvjijiG s K s s s s s ，則開環幅相曲線的終止角為 . a） ( / 2)v ； b） ( ) / 2nm ； c） /2n ； d） /2m 。 ， 8.控制系統的閉環頻率特性指標為： a） c ； b）b ； c） % ； d） 。 9.對于標準的二階系統，若n為定植，則當系統的阻尼比 增大時， 系 統的上升時間rt將 a） 增大； b）減小 ； c）不變； d）縮短 10.消除系統結構不穩定的措施有： a）增大開環增益系數； b）引入比例微分控制； c）引入速度反饋； d）減小開環增益系數。 11. 開環對數幅頻特性中頻段反映了系統的 。 a)穩態精度； b)平穩性、快速性； c)抑制高頻干擾的能力； d)穩定性 12設系統的傳遞函數為 ()s ，則 系統的頻率特性是 。 a) ()s ； b) ()j ； c) ()j ； d) ()j 13 若一系統開環傳遞函數 G(s) 正實部極點數目為 1，半個奈奎斯特圖繞（ -1， j0）點的圈數為 1，則其閉環系統 。 a）穩定； b）不穩定； c）臨界穩定； d）都不對 14.根據開環頻率特性曲線繪制閉環頻率特性曲線的方法有 。 a)向量法； b)等 M圓、等 N圓； c)Nichole圖； d)根軌跡法 15、 如果系統中有一個極點（或一對復數極點）距虛軸最近，且附近沒有閉環零點；而其它閉環極點與虛軸的距離都比該極點與虛軸距離大 5 倍以上，則此系統的響應可近似地視為由這個（或這對）極點所產生。這種分析系統的方法稱為 。 a)時域分析法； b) 頻域分析法 ； c)主導極點法； d)根軌跡法 三、（本題 15 分）已知系統的微分方程如下： 112 1 13 2 51)2)3)x r c nx K xx x x 435 4 2 2054)5)6)T x xx x K nK x c c 式中，0 1 2, , ,K K K T為正常數，要求： 1）建立 系統結構圖； 2）求出系統的 閉環 傳遞函數： ( ) / ( )C s R s 。 26 四、 （本題 15 分）設單位負反饋控制系統的開環傳遞函數為： () ( 1 0 )KGs s T s 1）當 160K ， 0.25T 時，試求系統的的阻尼比 、無阻尼自然頻率n和動態性能指標 % 和 st 。 2）當輸入信號為 2( ) 1 2r t t t 時，試求系統穩態誤差。 五、（本題 15 分）已知某個單位反饋系統的開環傳遞函 數為 : 27 . 5 ( / 3 1 )() ( / 2 1 ) ( / 2 / 2 1 )sGs s s s s , 試繪制： 1）開環幅頻特性曲線的漸近線圖； 2）開環相頻特性曲線的概略圖；。 六、（本題 15 分）已知單位反饋系統的開環傳遞函數為： )2( 4)( ss KsG 試設計一個串聯超前校正環節，使校正后系統的速度誤差系數 120 sKv，相角裕量 50 。 27 重慶三峽學院 07至 08學年度 第 2 期 自動 控制原理 課程考試試題 B卷評分標準（ 05 級 電信 1、 2、 3 班） 一、 （本題 20 分） 、答：控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯系，即有被控量對控制過程的影響，這種控制稱為閉環控制。 特點： 1）由負反饋構成閉環，利用誤差信號進行控制； 2）對系統外界擾動和內部參數變化具有一定的抑制能力，因而控制精度較高； 3）若系統內部元件參數配合不當，可能產生振蕩。 2、如果開環傳遞函 )()( sGsH 在 s右半平面內有 k個極點，并且 常數 )()(1lim sHsGs，則為了使閉環系統穩定，當 從 變到 時， )()( jHjG 的軌跡必須反時針包圍 -1+j0 點 k 次（ Z=P-N）。 二、 （本題 20 分） 1. b ； 2. d ； 3. a ； 4. a ； 5. b； 6. b ； 7. b ； 8. b ； 9. a ； 10. b； 11. b ； 12. d ； 13. b ； 14、 abc ； 15. b 三、 （本題 15 分）103210()( ) ( 1 )KKCsR s T s T s s K K 四、（本題 15 分） 2 5 . 3 , 0 . 7 9 , 0 . 2 , 0 . 4 1 , 1 . 7 %n p rtt ，sse 五、（本題 15 分） 六、（本題 15 分）sssssG 0 54.01 2 77.014.18 4.42.4)( 28 9、重慶三峽學院 2008 至 2009 學年度第 1 期 自動控制原理 課程考試試題冊 A卷 （ 06 級 化工工藝） 一、（本題 20 分）填空題 l 自動控制是指 。 2開環對數幅頻特性的低頻段反映了系統的 ，中頻段反映了系統的 和 ， 高頻段反映了系統 。 3系統的頻率特性是指 。 4根軌跡的 模值方程為 ,相角方程為 。 5非線性特性的描述函數定義為 。 6.采樣系統的脈沖傳遞函數定義為 。 7.開環幅相曲線的起始角為 ，終止角為 . 8.根據開環頻率特性曲線繪制閉環頻率特性曲線的方法有 ， ， 。 9.若系統的線性部分的頻率特性為 ()Gj ，非線性部分的描述函數為 ()NX，則由上面兩個部分 構成的單位反饋 系統的特征方程為： 。 10. 判斷 采樣系統 穩定性方法有： 。 二 、（ 本題 20 分） 完成下列兩題： 1） 某工業過程溫度控制系統如圖所示，電位器上設定的電壓rU是系統的輸入量，箱體內液體的實際溫度 為輸出量，插入箱體內的熱電偶的輸出 U與 成正比。試分析該系統的工作原理并畫出方框圖。 2） 系統結構圖如圖所示，試求系統的閉環傳遞函數 C（ S） /R（ S） 。 R（ S） C（ S） 三 、（本題 20 分） 系統結構如圖所示，試求系統的超調量 % 和調節時間st。 H1 H2 G1 G1 G4 G2 G3 G1 H3 29 四、（本題 20 分 ） 已知單位負反饋系統的開環傳遞函數為 ()( 0 . 1 1 ) ( 0 . 2 1 )KGSs s s ， 試求： 1）使系 統穩定的 K 值； 2）若 r(t) = 2t 2 時，要求系統的穩態誤差為 0.25，問 K 應取何值？ 五、（本題 20 分） 已知最小相位系統的開環對數幅頻特性 )(L 和串聯校正裝置的對數幅頻特性 ()cL ，如圖所示： （ 1） 寫出原系統的開環傳遞函數 ()Gs， 并求其相角裕度； （ 2） 寫出校正 裝置的傳遞函數 ()CGs； （ 3） 畫出校正后系統的開環對數幅頻特性 )(L ，并求其相角裕度 。 )(L 50db -20 40db 30db 10db -40 0 0.01 0.1 0.32 1 10 20 -20db -60 -30db -40db )(C L C（ S） )5(25ss R（ S） 30 重慶三峽學院 2008 至 2009 學年度 第 1 期 自動控制原理 課程考試試題 A卷評分標準 命題人 廖祥學 使用于 化 工 院（系） 05 級 化工工藝 專業 1 班（本科） 一、 （本題 20 分） 1、 在沒有人直接干預的情況下，通過控制裝置使被控對象或過程自動按照預定的規律運 行，使之達到一定的狀態和性能。 2、穩態精度，平穩性、快速性，對輸入端高頻信號的抑制能力。 3、線性定常系統，在正弦信號作用下，輸出的穩態分量與輸入的復數比。 4、 111miiniiK s zsp ， ,2,1,0,)12()()(11kkpszs ni imi i 5、11212111 ar c t a n BAX BAXYN 6、 ()() ()CzGz Rz 7、 ( / 2)v ， ( ) / 2nm 。 8、向量法， 等 M圓、等 N圓， Nichole圖。 9、 1 ( ) ( ) 0N X G j 10、朱利判據、勞斯判據 。 二、 （本題 20 分） 1） 2） 3432123214343211)( )( HGGGGHGGHGG GGGGsR sC 三、 （本題 20 分） % 1 6 . 3 1 . 4 s s t 四、 （本題 20 分） （ 1） 0 15K ， （ 2） K=8 五、（本題 20 分） （ 1） ( 1 ) ( 1 )1 0 2 0KGSSS K=100 033.4 ； (2) 3 .1 2 5 11 0 0 1c SG S (3) 01 0 0 ( 3 . 1 2 5 1 ) , 5 7 . 7( 1 ) ( 1 ) ( 1 0 0 1 )1 0 2 0cSGGSSSS 。 31 重慶三峽學院 2008 至 2009 學年度第 1 期 自動控制原理 課程考查試題冊 B卷 （ 06 級 化工工藝 ） 一、（本題 20 分）填空題 l什么是自動控制 ? 一個自動控制系統由哪幾部分組成 ? 2 什么是閉環控制？閉環控制有什么優缺點？ 3. 開環對數幅頻特性的低頻段、中頻段和高頻段與系統的性能有什么聯系 ? 4. 簡述控制系統串聯超前校正裝置設計的步 驟。 二、 （本題 20 分） 1）設某系統的特征方程式為： 0103.25175.41 423 sss ，試用勞斯判據判別系統的穩定性。 2）下圖表示開環傳遞函數 G(s)的奈奎斯待圖， P 為 G(s)的正實部極點數目，判定閉環系統的穩定性。 三、（本題 20 分 ）已知單位反饋系統的開環傳遞函數為 )1( 1)( sssG 試求該系統的上升時間 rt 、峰值時間pt、超調量 % 和調整時間st。 四 、 （本題 20 分 ） 已知單位負反饋系統的開環傳遞函數為 ()( 0 . 1 1 ) ( 0 . 2 1 )KGSs s s ， 試求： 1）使系統穩定的 K 值； 2）若 r(t) = 2t 2 時，要求系統的穩態誤差為 0.25，問 K 應取何值 。 五、（本題 20 分） 已知一單位反饋系統的開環傳遞函數為： ()( 1)KGs ss ,根據計算回答下列問題 : 1) 若要求系統校正后 ,系統在斜波輸入時的穩態誤差 0.067sse ,則 K 值應為多少 ? 2) 若原系統 ()Gs開環頻率特性的截止頻率 3.9c , 系統能滿足 45 的相位裕量嗎 ?說明其中的理由。 32 重慶三峽學院 2008 至 2009 學年度 第 1 期 自動控制原理 課程考查試題 B卷評分標準 命題人 廖祥學 使用于 化 工 院（系） 06 級 化工工藝 專業 1 班（本科） 一、 （本題 20 分） 1、答：在沒有人直接干預的情況下，通過控制裝置使被控對象或過程自動按照預定的規律運行，使之達到一定的狀態和性能。穩態精度，平穩性、快速性，對輸入端高頻信號的抑制能力。 2、答：控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯系，即有被控量對控制過程的影響，這種控制稱為閉環控制。 閉環控制系統的特點是： 1）由負反饋構成閉環，利用誤差信號進行控制； 2）對系統外界擾動和內部參數變化具有一定的抑制能力，因而控制精度較高； 3）若系統內部元件參數配 合不當，可能產生振蕩。 3、答：線性定常系統，在正弦信號作用下，輸出的穩態分量與輸入的復數比。 4、答：）根據系統對穩態指標的要求確定開環增益； ）根據確定的定開環增益，繪制原系統 Bode 圖，并確定其相位裕量 ； ）根據性能指標要求的相位裕量 和實際的相位裕量 ，確定最大超前相角 m； ）根據確定的m，按式：mm sin1 sin1 ，計算出 。 ）在未校正系統對數幅頻特性曲線上找到幅頻值為 20lg 的點，選定對應的頻率為超前校正裝置的m( )。 ）根據確定的m，確定校正裝置的轉折頻率 : ,1 m ,/2 m）校驗系統的相位裕量，若不滿足要求，則增大，從）重新計算。 二、 （本題 20 分） 1）不穩定， 2）不穩定。 三、 （本題 20 分） str 42.2 、 stp 63.3、 %16% 、 sts 6或 sts 8 四、 （本題 20 分） （ 1） 0 15K （ 2） K=8 五、（本題 20 分） 15K ； 不能 ； 33 第二章 補考試題 1、 自動控制原理 05至 06學年度第 2 期 02 級 課程補考試題冊 一、（本題 20 分）填空 l自動控制是 。 2一個反饋控制系統通常由 、 、 、 、 、 等幾個部分組成。 3按給定量的運動規律，控制系統可分為 、 、 。 4系統的頻率特性是指 。 5 PID控制器輸入輸出關系表達使為： u（ t） = 。 二、（本題 30 分）簡單回答下列問題 1、什么是閉環控制？閉環控制有什么優缺點？ 2、 Bode 圖的 低頻段、中頻段、高頻段反映了 控制 系統 的什么特性？ 3、簡述控制系統串聯超前校正裝置設計的步驟。 三、（本題 10 分） 某工業過程溫度控制系統如圖所示，電位器上設定的電壓 ur是系統的輸入量，箱體內液體的實際溫度為輸出量，插入箱體內的熱電偶的輸出 U 與成正比。試分析該系統的工作原理并畫出方框圖。 三、（本題 10 分）已知系統的閉環特征方程為， 0236 12345 ssssss 四、 （本題 15 分）已知單位負反饋系統的開環傳遞函數為： 34 )5.34( 1000)( sssG 試求系 統的 %., sp tt 五、（本題 15 分）某系統的開環傳遞函數為： )11.0)(12( )15.0(100)( sss ssG 試畫出系統的 Bode 圖。 35 自動控制原理 05至 06學年度第 2 期 02 級 課程補考試題評分標準 命題人 廖祥學 使用于 物理與電子信息 院（系） 03 級 應用電子技術 專業 1 班（專科 ） 一、 （ 本題 20 分） 33、 在沒有人直接干預的情況下，通過控制裝置使被控對象或過程自動按照預定的規律運行，使之達到一 定的狀態和性能。 34、 控制器、測量裝置、比較裝置、參考輸入變換裝置、執行機構、被控對象。 35、 隨動控制系統、定值控制系統、程序控制系統。 36、 穩定性、快速性、準確性。 37、 線性定常系統，在正弦信號作用下，輸出的穩態分量與輸入的復數比。 、有一個或兩個閉環極點距離虛軸最近，這些極點在該高階系統時間響應中起主導作用，而其它極點 距離虛軸較遠，可以近似忽略。 、穩態精度，平穩性、快速性，對輸入段高頻信號的抑制能力。 、 串聯校正，反饋校正。 9、 G（ Z） =C（ Z） /R（ Z） 。 10、 )()()()(0 teKdeKteKtu dtdDtIP 二、 （本題 40 分） 、答：控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯系，即有被控量對控制過程的影響，這種控制稱為閉環控制。 閉環控制系統的特點是： 1）由負反饋構成閉環，利用誤差信號進行控制； 2）對系統外界擾動和內部參 數變化具有一定的抑制能力，因而控制精度較高； 3）若系統內部元件參數配合不當，可能產生振蕩。 2、答： PID 控制就是對偏差信號 e(t)進行比例、積分、微分運算后，形成 的一種控制規律。它的特點是： ）在系統的低頻段， PID 控制器中積分器部分的作用，將使對數幅頻特性的斜率增加，使系統無靜差度提高，從而改善系統的穩態性能 .）在系統的中頻段， PID 控制器中微分器部分的作用，將使系統相位裕量增加，也使得系統的穿越頻率增加，從而改善系統的動態性能 .）在系統的高頻段， PID控制器中微分器部分的作用，將使系統的高頻幅值增加，抗高頻干擾的能力降低。 3、答： 1）串聯超前校正主要針對系統頻率特性的中頻段進行校正，使校正后幅頻特性曲線的中頻段斜率為 -20dB/dec，并有足夠的相 位裕量。 2）串聯超前校正會使系統的穿越頻率增加，這表明校正后系統的頻帶變寬，瞬態響應速度變快，但系統抗高頻干擾的能力也變差。 3）串聯超前校正很難使原系統的低頻特性得到改善，若想用提高增益的辦法使低頻段上移，則由于整個幅頻特性曲線的上移，將使系統的平穩性變差，抗高頻噪聲的能力也將被削弱。 4）當未校正系統的相頻特性曲線在穿越頻率附近急劇下降時，由穿越頻率的增加而帶來的系統相角滯后量，將超過由相位超前特性所引起的相角超前量。此時，若用單級的超前校正網絡來校正，收效不大。 5）串聯超前校正主要用于系統的穩態性能已符合 要求，而動態性能有待改善的場合。 4、答：）根據系統對穩態指標的要求確定開環增益；）根據確定的定開環增益，繪制原系統 Bode圖，并確定其相位裕量 ；）根據性能指標要求的相位裕量 和實際的相位裕量 ，確定最大超前相角 m；）根據確定的m，按式：mm sin1 sin1 ，計算出 。）在未校正系統對數幅頻特性曲線上找到幅頻值為 20lg 的點，選定對應的頻率為超前校正裝置的m( )。）根據確定的m，確定校正裝置的轉折頻率 : ,1 m ,/2 m）校驗系統的相位裕量，若不滿足要 求，則增大， 36 從）重新計算。 四、 （本題 15 分）不穩定。 五、 （本題 15 分） 0.12； 0.17； 13%。 六、 （本題 10 分） 2、重慶三峽學院 2006 至 2007 學年度第 1 期 自動控制原理 課程重修考試題冊 03 級 試題使用對象 ： 物理與電子信息 院（系） 電子信息工程 專業（本科 ) 命題人： 廖祥學 考試用時 120 分鐘 答題方式采用： 閉卷 說明： 1、答題請使用黑色或藍色的鋼筆、圓珠筆在答題紙上書寫工整。 2、考生應在答題紙上答題，在此卷上答題作廢。 七、 （本題 20 分）填空 l自動控制是 。 2反饋控制的基本原理是 。 3一個反饋控制系統通常由 、 、 、 、 、 等幾個部分組成。 4按給定量的運動規律，控制系統可分為 、 、 。 5系統的頻率特性是指 。 6一個設計性能良好的控制系統，應當滿足 、 、 三個方面的要求。 7根軌跡的模值方程為 ,相角方程為 。 8對于高階系統，系統主導極點是指 。 9采樣系統的脈沖傳遞函數定義為： 。 10 PID控制器輸入輸出關系表達使為： u（ t） = 。 二、（本題 30 分）簡單回答下列問題 37 1、什么是閉環控制？閉環控制有什么優缺點？ 2、 Bode 圖的 低頻段、中頻段、高頻段反映了 控制 系統 的什么特性？ 3、簡述控制系統串聯超前校正裝置設計的步驟。 三、（本題 10 分） 某工業過程溫度控制系統如圖所示，電位器上設定的電壓 ur是系統的輸入量，箱體內液體的實際溫度為輸出量，插入箱體內的熱電偶的輸出 U 與成正比。試分析該系統的工作原理并畫出方框圖。 三、（本題 10 分）已知系統的閉環特征方程為， 0236 12345 ssssss 四、 （本題 15 分）已知單位負反饋系統的開環傳遞函數為： )5.34( 1000)( sssG 試求系統的 %., sp tt 五、（本題 15 分）某系統的開環傳遞函數為： )11.0)(12( )15.0(100)( sss ssG 試畫出系統的 Bode 圖。 38 重慶三峽學院 2005 至 2006 學年度 第 1 期 自動控制原理 課程補考試 題評分標準 命題人 廖祥學 使用于 物理與電子信息 院（系） 03 級 應用電子技術 專業 1 班（專科 ） 一、 （本題 20 分） 38、 在沒有人直接干預的情況下，通過控制裝置使被控對象或過程自動按照預定的規律運行，使之達到一 定的狀態和性能。 39、 控制器、測量裝置、比較裝置、參考輸入變換裝置、執行機構、被控對象。 40、 隨動控制系統、定值控制系統、程序控制系統。 41、 穩定性、快速性、準確性。 42、 線性定常系統，在正弦信號作用下，輸出的穩態分量與輸入的復數比。 、有一個或兩個閉環極點距離虛軸最近，這些極點在該高階系統時間響 應中起主導作用，而其它極點 距離虛軸較遠，可以近似忽略。 、穩態精度，平穩性、快速性，對輸入段高頻信號的抑制能力。 、串聯校正，反饋校正。 9、 G（ Z） =C（ Z） /R（ Z） 。 10、 )()()()(0 teKdeKteKtu dtdDtIP 二、 （本題 40 分） 、答：控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯系，即有被控量對控制過程的影響，這種控制稱為閉環控制。 閉環控制系統的特點是： 1）由負反饋構成閉環，利用誤差信號進行控制； 2）對系統外界擾動和內部參 數變化具有一定的抑制能力，因而控制精度較高 ； 3）若系統內部元件參數配合不當，可能產生振蕩。 2、答： PID 控制就是對偏差信號 e(t)進行比例、積分、微分運算后，形成的一種控制規律。它的特點是： ）在系統的低頻段， PID 控制器中積分器部分的作用，將使對數幅頻特性的斜率增加，使系統無靜差度提高，從而改善系統的穩態性能 .）在系統的中頻段， PID 控制器中微分器部分的作用，將使系統相位裕量增加，也使得系統的穿越頻率增加，從而改善系統的動態性能 .）在系統的高頻段， PID控制器中微分器部分的作用，將使系統的高頻幅值增加，抗高頻干擾的能力降低。 39 3、答 ： 1）串聯超前校正主要針對系統頻率特性的中頻段進行校正，使校正后幅頻特性曲線的中頻段斜率為 -20dB/dec，并有足夠的相位裕量。 2）串聯超前校正會使系統的穿越頻率增加，這表明校正后系統的頻帶變寬，瞬態響應速度變快，但系統抗高頻干擾的能力也變差。 3）串聯超前校正很難使原系統的低頻特性得到改善，若想用提高增益的辦法使低頻段上移，則由于整個幅頻特性曲線的上移，將使系統的平穩性變差，抗高頻噪聲的能力也將被削弱。 4）當未校正系統的相頻特性曲線在穿越頻率附近急劇下降時，由穿越頻率的增加而帶來的系統相角滯后量，將超過由 相位超前特性所引起的相角超前量。此時，若用單級的超前校正網絡來校正，收效不大。 5）串聯超前校正主要用于系統的穩態性能已符合要求，而動態性能有待改善的場合。 4、答：）根據系統對穩態指標的要求確定開環增益；）根據確定的定開環增益，繪制原系統 Bode圖，并確定其相位裕量 ；）根據性能指標要求的相位裕量 和實際的相位裕量 ，確定最大超前相角 m；）根據確定的m，按式：mm sin1 sin1 ，計算出 。）在未校正系統對數幅頻特性曲線上找到幅頻值為 20lg 的點，選定對應的頻率為超前校正裝置的m( )。）根據確定的m，確定校正裝置的轉折頻率 : ,1 m ,/2 m）校驗系統的相位裕量，若不滿足要求，則增大，從）重新計算。 四、 （本題 15 分）不穩定。 五、 （本題 15 分） 0.12； 0.17； 13%。 六、 （本題 10 分） 3、重慶三峽學院 2007 至 2008 學年度第 1 期 自動控制原理 課程補考試題冊 04 級 一、填空（本題共 30 分） l自動控制是 。 2一個反饋控制系統通常由 、 、 、 、 、 等幾個部分組成。 3按給定量的運動規律，控制系統可分為 、 、 。 4系統的頻率特性是指 。 6對于高階系統，系統主導極點 是指 。 7開環對數頻率特性的低頻段反映了系統的 ，中頻段反映了系統的 和 ，高頻段反映了系統 。 8控制系統校正的主要方法有： 和 。 9采樣系統的脈沖傳遞函數定義： 。 10 PID控制器的表達 式為： u（ t） = 。 40 二、（本題 20 分）簡單回答下列問題 1、什么是閉環控制？閉環控制有什么優缺點？ 2、簡述控制系統串聯超前校正裝置設計的步驟。 3、控制系統穩定性的含義是什么？如何判斷系統的穩定性？ 三、 （本題 10 分） 某工業過程溫度控制系統如圖所示，電位器上設定的電壓 ur是系統的輸入量，箱體內液體的實際溫度為輸出量，插入箱體內的熱電偶的輸出 U 與成正比。試分析該系統的工作原理，并畫出系統的方框圖。 四、（本題 10 分） 系統結構圖如圖所示，試 求系統的閉環傳遞函數 C（ S） /R（ S） 。 五、（本題 15 分）已知系統的閉環傳遞函數為：2() (1 )dKs s K K s K ，若系統在單位階躍輸入時的超調量 % 為 0.2，峰值時間pt為 1 秒，試確定系統參數 K 和dK的數值，并計算此時系統的上升時間rt和調節時間st。 六、（本題 15 分）已知最小相位系統的開環傳遞函數為：21 0 ( 0 . 2 )() ( 0 . 1 ) 1 5sGs s s s （）， 試畫出系統對數幅頻特性漸近曲線圖。 -Rs() Cs()1Gs() 2Gs()1Hs()- 41 重慶三峽學院 2005 至 2006 學年度 第 1 期 自動控制原理 課程補考試題評分標準 命題人 廖祥學 使用于 物理與電子信息 院（系） 03 級 應用電子技術 專業 1 班（專科 ） 一、 （本題 20 分） 43、 在沒有 人直接干預的情況下，通過控制裝置使被控對象或過程自動按照預定的規律運行，使之達到一 定的狀態和性能。 44、 控制器、測量裝置、比較裝置、參考輸入變換裝置、執行機構、被控對象。 45、 隨動控制系統、定值控制系統、程序控制系統。 46、 穩定性、快速性、準確性。 47、 線性定常系統，在正弦信號作用下，輸出的穩態分量與輸入的復數比。 、有一個或兩個閉環極點距離虛軸最近，這些極點在該高階系統時間響應中起主導作用，而其它極點 距離虛軸較遠，可以近似忽略。 、穩態精度，平穩性、快速性，對輸入段高頻信號的抑制能力。 、串聯校正，反饋校正。 9、 G（ Z） =C（ Z） /R（ Z） 。 10、 )()()()(0 teKdeKteKtu dtdDtIP 二、 （本題 20 分） 、答：控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯系，即有被控量對控制過程的影響，這種控制稱為閉環控制。 閉環控制系統的特點是： 1）由負反饋構成閉環，利用誤差信號進行控制； 2）對系統外界擾動和內部參 數變化具有一定的抑制能力，因而控制精度較高； 3）若系統內部元件參數配合不當，可能產生振蕩。 42 2、答：）根據系統對穩態指標的要求確定開環增益；）根據確定的定開環增益，繪制原系統 Bode圖，并確定其相位裕量 ；）根據性能指標要求的相位裕量 和實際的相位裕量 ，確定最大超前相角 m；）根據確定的m，按式：mm sin1 sin1 ，計算出 。）在未校正系統對數幅頻特性曲線上找到幅頻值為 20lg 的點，選定對應的頻率為超前校正裝置的m( )。）根據確定的m，確定校正裝置的轉折頻率 : ,1 m ,/2 m）校驗系統的相位裕量，若不滿足要求，則增大，從）重新計算。 三、 （本題 15 分） 0 . 1 7 8 , 1 2 . 5dKK 四、（本題 15 分）12121211)( )( HGGGG GGsR sC 五、 （本題 15 分） 0.05sse 六、 （本題 15 分） 4、重慶三峽學院 2007 至 2008 學年度第 2 期 自動控制原理 課程畢業生清理考試試題冊 04 級 八、 （本題 20 分）簡單回答下列問題 1、什么是閉環控制？閉環控制有什么優缺點？ 2、簡述控制系統串聯超前校正裝置設計的步驟。 九、 （本題 15 分）設位置控制系統的閉環傳遞函數為： 21000() 3 4 . 5 1 0 0 0s ss 試求系統的上升時間 rt 、峰值時間pt、超調量 % 和調整時間st。 三、 （本題 15 分）試判斷下列問題閉環系統的穩定性 : 1) 設某系統的特征方程式為： 4322 4 8 1 0 0s s s s ， 2）下圖表示開環傳遞函數 G(s)的奈奎斯待圖， P 為 G(s)的正實部極點數目。 43 四、（本題 15 分）已知單位反饋系統的開傳遞函數為：1210() ( 1 ) ( 1 )Gs s T s T s ，試計算在參考輸入信號 ( ) 0.5r t a t 作用下的穩態誤差。 五、（本題 15 分）已知某個單位反饋系統的開環傳遞函數為 :20 . 1 (1 0 1 )() ( 1 )sGs ss , 試畫出系統的開環幅頻特性曲線的漸近線圖。 六、（本題分）已知系統的開環幅率特性曲線如圖所示，試求系統的開環傳遞函數，并計算系統 的相位裕量。 L(w)dB -40dB/dec 20lg4 -20dB/dec 100 w 20 -40dB/dec 44 重慶三峽學院 2005 至 2006 學年度 第 1 期 自動控制原理 課程補考試題評分標準 命題人 廖祥學 使用于 物理與電子信息 院（系） 03 級 應用電子技術 專業 1 班（專科 ） 一、 （本題 20 分） 、答：控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯系，即有被控量對控制過程的影響，這種控制稱為閉環控制。 閉環控制系統的特點是： 1）由負反饋構成閉環，利用誤差信號進行控制； 2）對系統外界擾動和內部參 數變化具有一定的抑制能力，因而控制精度較高； 3）若系統內部元件參數配合不當，可能產生振蕩。 2、答：）根據系統對穩態指標的要求確定開環增益；）根據確定的定開環增益，繪制原系統 Bode圖，并確定其相位裕量 ；）根據性能指標要求的相位裕量 和實際的相位裕量 ，確定最大超前相角 m；）根據確定的m，按式：mm sin1 sin1 ，計算出 。）在未校正系統對數幅頻特性曲線上找到幅頻值為 20lg 的點，選定對應的頻率為超前校正裝置的m( )。）根據確定的m，確定校正裝置的轉折頻率 : ,1 m ,/2 m）校驗系統的相位裕量，若不滿足要求，則增大，從）重新計算。 二、 （本題 15 分） str 081.0 、 stp 119.0、 %13% 、 sts 174.0。 三、（本題 15 分）不穩定 ,不穩定 四、 （本題 15 分） 0.05sse 五、（本題 15 分） 六、 （本題 20 分）)101.0( )11.0(400)( 2 ss ssG 2.54 45 重慶三峽學院 2007 至 2008 學年度第 2 期 自動控制原理 課程畢業生清理考試試題冊 試題使用對象 ： 物理與電子信息 院（系） 04 級 電子信息工程 專業（本科 ) 命題人： 廖祥學 考試用時 120 分鐘 答題方式采用： 閉卷 說明： 1、答題請使用黑色或藍色的鋼筆、圓珠筆在答題紙上書寫工整。 2、考生應在答題紙上答題，在此卷上答題作廢。 十、 （本題 20 分）簡單回答下列問題 1、什么是閉環控制？閉環控制有什么優缺點？ 2、簡述控制系統串聯超前校正裝置設計的步驟。 十一、 （本題 15 分）設位置控制系統的閉環傳遞函數為： 21000() 3 4 . 5 1 0 0 0s ss 試求系統的上升時間 rt 、峰值時間pt、超調量 % 和調整時間st。 三、 （本題 15 分）試判斷下列問題閉環系統的穩定性 : 1) 設某系統的特征方程式為： 4322 4 8 1 0 0s s s s ， 2）下圖表示開環傳遞函數 G(s)的奈奎斯待圖， P 為 G(s)的正實部極點數目。 四、（本題 15 分）已知單位反饋系統的開環傳遞函數為：1210() ( 1 ) ( 1 )Gs s T s T s ，試計算在參考輸入信號 ( ) 0.5r t a t 作用下 的穩態誤差。 46 五、（本題 15 分）已知某個單位反饋系統的開環傳遞函數為 :20 . 1 (1 0 1 )() ( 1 )sGs ss , 試畫出系統的開環幅頻特性曲線的漸近線圖。 六、（本題 20 分）已知系統的開環幅率特性曲線如圖所示，試求系統的開環傳遞函數，并計算系統 的相位裕量。 L(w)dB -40dB/dec 20lg4 -20dB/dec 100 w 20 -40dB/dec 47 重慶三峽學院 2007 至 2008 學年度 第 2 期 自動控制原理 課程補考試題評分標準 命題人 廖祥學 使用于 物理與電子信息 院（系） 04 級 應用電子技術 專業 1 班（本科 ） 一、 （本題 20 分） 、答：控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯系，即有被控量對控制過程的影響，這種控制稱為閉環 控制。 閉環控制系統的特點是： 1）由負反饋構成閉