自動控制理論試題及答案

一、單項選擇題（每題2分，共10題）1.控制系統按給定值信號特點分類不包括（）A.恒值控制系統B.隨動控制系統C.程序控制系統D.反饋控制系統2.線性定常系統的傳遞函數，是在零初始條件下（）A.系統輸出信號與輸入信號之比B.系統輸入信號與輸出信號之比C.系統輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換之比D.系統輸入信號的拉氏變換與輸出信號的拉氏變換之比3.單位反饋系統的開環傳遞函數為\(G(s)=\frac{1}{s(s+1)}\)，其閉環傳遞函數是（）A.\(\frac{1}{s^{2}+s+1}\)B.\(\frac{s^{2}+s}{s^{2}+s+1}\)C.\(\frac{1}{s^{2}+s}\)D.\(\frac{s+1}{s^{2}+s+1}\)4.系統的傳遞函數取決于（）A.系統結構和輸入量B.系統結構和輸出量C.系統結構和參數D.系統的輸入和輸出5.一階系統\(G(s)=\frac{1}{Ts+1}\)的單位階躍響應曲線在\(t=0\)處的切線斜率為（）A.\(0\)B.\(1\)C.\(\frac{1}{T}\)D.\(T\)6.已知系統的開環傳遞函數\(G(s)H(s)=\frac{K}{s(s+1)(s+2)}\)，則該系統的型別為（）A.\(0\)型B.I型C.II型D.III型7.二階系統的阻尼比\(\zeta=0.5\)，無阻尼自然頻率\(\omega_n=10rad/s\)，則系統的單位階躍響應的超調量為（）A.\(16.3\%\)B.\(4.3\%\)C.\(25\%\)D.\(5\%\)8.根軌跡的起點是（）A.開環零點B.開環極點C.閉環零點D.閉環極點9.系統的幅頻特性\(A(\omega)\)是指（）A.輸出與輸入的幅值比B.輸出幅值與輸入幅值之比隨頻率的變化關系C.輸出與輸入的相位差D.輸出相位與輸入相位之差隨頻率的變化關系10.下列哪種校正方式能提高系統的相角裕度（）A.超前校正B.滯后校正C.滯后-超前校正D.前饋校正二、多項選擇題（每題2分，共10題）1.自動控制系統按其基本結構形式可分為（）A.開環控制系統B.閉環控制系統C.復合控制系統D.程序控制系統2.控制系統的性能要求包括（）A.穩定性B.快速性C.準確性D.復雜性3.以下屬于系統數學模型的有（）A.微分方程B.傳遞函數C.狀態空間表達式D.頻率特性4.影響系統穩定性的因素有（）A.系統結構B.系統參數C.輸入信號D.干擾信號5.一階系統的動態性能指標有（）A.上升時間B.峰值時間C.調整時間D.超調量6.二階系統的特征參數有（）A.阻尼比\(\zeta\)B.無阻尼自然頻率\(\omega_n\)C.截止頻率\(\omega_c\)D.相角裕度\(\gamma\)7.根軌跡的繪制法則包括（）A.根軌跡的起點和終點B.根軌跡的分支數C.實軸上的根軌跡D.根軌跡的漸近線8.頻率特性包括（）A.幅頻特性B.相頻特性C.對數幅頻特性D.對數相頻特性9.常用的校正裝置有（）A.超前校正裝置B.滯后校正裝置C.滯后-超前校正裝置D.比例-積分-微分（PID）控制器10.以下屬于線性系統性質的有（）A.疊加性B.齊次性C.穩定性D.頻率保持性三、判斷題（每題2分，共10題）1.開環控制系統一定不存在反饋環節。（）2.傳遞函數的分母多項式的根就是系統的極點。（）3.系統的穩態誤差與輸入信號的形式無關。（）4.一階系統的時間常數\(T\)越大，系統響應越快。（）5.二階系統的阻尼比\(\zeta\)越大，超調量越大。（）6.根軌跡是系統閉環特征根在\(s\)平面上隨某一參數變化的軌跡。（）7.系統的幅頻特性和相頻特性是頻率特性的兩個組成部分。（）8.超前校正主要是利用其相位超前特性提高系統的相角裕度。（）9.比例控制能消除系統的穩態誤差。（）10.線性系統滿足疊加原理和齊次性原理。（）四、簡答題（每題5分，共4題）1.簡述自動控制系統的基本組成部分及作用。答案：基本組成部分有控制器、被控對象、測量變送器、執行器。控制器對偏差信號進行運算處理；被控對象是要控制的生產設備或過程；測量變送器檢測被控量并轉換為標準信號；執行器接收控制信號改變操縱變量。2.簡述傳遞函數的定義及特點。答案：傳遞函數是在零初始條件下，系統輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換之比。特點：與系統結構和參數有關，與輸入輸出量無關；只適用于線性定常系統；可描述系統的動態特性。3.簡述系統穩定性的定義及判定方法。答案：穩定性指系統在受到擾動作用后，能恢復到原來平衡狀態或趨于一個新的平衡狀態的能力。判定方法有勞斯判據、奈奎斯特判據等，通過分析系統特征方程根的分布或頻率特性判斷穩定性。4.簡述PID控制器的作用。答案：比例（P）作用是快速響應偏差；積分（I）作用是消除穩態誤差；微分（D）作用是根據偏差變化率提前給出控制作用，改善系統動態性能。三者結合可使系統兼顧快速性、準確性和穩定性。五、討論題（每題5分，共4題）1.討論在實際工程中如何選擇合適的控制方式（開環、閉環、復合）。答案：開環適用于干擾少、對控制精度要求不高的場合，結構簡單成本低。閉環用于對精度要求高、干擾多的情況，能自動調節。復合則結合兩者優點，在復雜系統中可在閉環基礎上加入前饋補償，提高抗干擾能力和控制精度。根據實際需求、成本、系統特性等綜合選擇。2.討論系統的動態性能和穩態性能之間的關系及如何協調。答案：一般動態性能好，如快速響應、超調小，穩態性能可能受影響，可能存在穩態誤差。要協調兩者，可調整系統參數，如二階系統中合理選擇阻尼比和自然頻率；采用合適校正方式，如超前校正提高動態性能，滯后校正改善穩態性能，使系統在滿足動態要求同時達到穩態精度。3.討論根軌跡法在控制系統分析和設計中的應用。答案：根軌跡法可直觀分析系統閉環極點隨參數變化的軌跡，從而判斷穩定性、動態性能等。在設計中，能根據根軌跡確定使系統滿足性能指標的參數值，還可通過增加零極點改變根軌跡形狀，改善系統性能，是控制系統分析和設計的重要工具。4.討論頻率特性法相比其他方法在控制系統分析中的優勢。答案：頻率特性法可通過實驗獲得，便于分析難以建立數學模型的系統；能直觀反映系統對不同頻率輸入信號的響應特性；利用對數坐標繪制曲線，分析系統性能更簡便；在頻域設計校正裝置直觀有效，可通過調整頻率特性改善系統性能。答案一、單項選擇題1.D2.C3.A4.C5.C6.B7.A8.B9.B