機械工程類自動控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題姓名_________________________地址_______________________________學(xué)號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細(xì)閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.自動控制系統(tǒng)的基本組成包括：

（1）傳感器

（2）執(zhí)行器

（3）控制器

（4）被控對象

（5）反饋元件

答案：全部正確。

解題思路：自動控制系統(tǒng)的基本組成包括傳感器、執(zhí)行器、控制器、被控對象和反饋元件，它們共同構(gòu)成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法包括：

（1）勞斯赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)

（2）奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)

（3）李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)

（4）波德穩(wěn)定判據(jù)

（5）根軌跡法

答案：全部正確。

解題思路：自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法有勞斯赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)、李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)、波德穩(wěn)定判據(jù)和根軌跡法，這些方法都可以用來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.以下哪項不屬于比例積分微分（PID）控制器的作用？

（1）提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性

（2）改善系統(tǒng)的動態(tài)功能

（3）增加系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差

（4）提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度

（5）減小系統(tǒng)的超調(diào)量

答案：（3）增加系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差

解題思路：比例積分微分（PID）控制器的作用包括提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、改善系統(tǒng)的動態(tài)功能、提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和減小系統(tǒng)的超調(diào)量，而不會增加系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

4.以下哪種方法可以用于減小自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差？

（1）增加系統(tǒng)的慣性

（2）增加系統(tǒng)的阻尼比

（3）采用比例積分控制器

（4）增加系統(tǒng)的增益

（5）減小系統(tǒng)的負(fù)載

答案：（3）采用比例積分控制器

解題思路：采用比例積分控制器可以減小自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，因為積分控制能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差。

5.自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可以表示為：

（1）系統(tǒng)輸入與輸出的關(guān)系

（2）系統(tǒng)輸入與輸出的差

（3）系統(tǒng)輸出與輸入的比

（4）系統(tǒng)輸出與輸入的乘積

（5）系統(tǒng)輸出與輸入的導(dǎo)數(shù)

答案：（3）系統(tǒng)輸出與輸入的比

解題思路：自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)表示了系統(tǒng)輸出與輸入的比，它是系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)和外部輸入信號之間的關(guān)系。

6.以下哪項不屬于自動控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)？

（1）穩(wěn)定性

（2）快速性

（3）準(zhǔn)確性

（4）可靠性

（5）經(jīng)濟性

答案：（5）經(jīng)濟性

解題思路：自動控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)包括穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性和可靠性，而經(jīng)濟性并不是自動控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)。

7.以下哪種控制器可以實現(xiàn)系統(tǒng)的無靜差調(diào)節(jié)？

（1）比例控制器

（2）積分控制器

（3）比例積分控制器

（4）比例微分控制器

（5）比例積分微分控制器

答案：（2）積分控制器

解題思路：積分控制器可以實現(xiàn)系統(tǒng)的無靜差調(diào)節(jié)，因為它可以消除穩(wěn)態(tài)誤差。其他控制器不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。二、填空題1.自動控制系統(tǒng)主要由______、______、______和______組成。

控制對象

控制器

傳感器

執(zhí)行器

2.自動控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)主要包括______、______、______和______。

穩(wěn)定性

精度

響應(yīng)速度

能量消耗

3.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法包括______、______、______、______和______。

穩(wěn)態(tài)分析

動態(tài)分析

頻率響應(yīng)分析

穩(wěn)態(tài)誤差分析

穩(wěn)態(tài)增益分析

4.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差可以用______表示。

誤差傳遞函數(shù)

5.自動控制系統(tǒng)的快速性可以用______表示。

超調(diào)量

答案及解題思路：

答案：

1.控制對象、控制器、傳感器、執(zhí)行器

2.穩(wěn)定性、精度、響應(yīng)速度、能量消耗

3.穩(wěn)態(tài)分析、動態(tài)分析、頻率響應(yīng)分析、穩(wěn)態(tài)誤差分析、穩(wěn)態(tài)增益分析

4.誤差傳遞函數(shù)

5.超調(diào)量

解題思路：

1.自動控制系統(tǒng)的基本組成部分包括控制對象（被控對象）、控制器（調(diào)節(jié)器）、傳感器（反饋元件）和執(zhí)行器（驅(qū)動元件），這些是構(gòu)成一個完整自動控制系統(tǒng)的基本元素。

2.自動控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)涵蓋了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精度（即控制精度）、響應(yīng)速度（即系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力）和能量消耗（即系統(tǒng)的能源效率）。

3.穩(wěn)定性分析是評估系統(tǒng)是否能夠在各種擾動下保持穩(wěn)定運行的方法，包括穩(wěn)態(tài)分析、動態(tài)分析、頻率響應(yīng)分析等，這些方法可以幫助工程師理解系統(tǒng)的動態(tài)行為。

4.穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)在達到穩(wěn)態(tài)時，輸出與期望值之間的偏差，通常用誤差傳遞函數(shù)來表示，該函數(shù)描述了系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系。

5.快速性通常用超調(diào)量來衡量，超調(diào)量是指系統(tǒng)響應(yīng)達到最終穩(wěn)態(tài)值之前，超過穩(wěn)態(tài)值的最大百分比，它反映了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性和穩(wěn)定性。三、判斷題1.自動控制系統(tǒng)可以完全消除被控對象的非線性影響。（×）

解題思路：自動控制系統(tǒng)可以通過適當(dāng)?shù)目刂破髟O(shè)計來減輕非線性影響，但無法完全消除。非線性系統(tǒng)通常會導(dǎo)致系統(tǒng)功能的不穩(wěn)定性和難以預(yù)測的行為。

2.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的負(fù)載無關(guān)。（×）

解題思路：穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后輸出與期望值的偏差。系統(tǒng)的負(fù)載變化會影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，因為負(fù)載的變化可能改變系統(tǒng)的動態(tài)特性和負(fù)載點。

3.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)無關(guān)。（×）

解題思路：系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要由其結(jié)構(gòu)決定，包括系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、極點位置等。結(jié)構(gòu)的不同會導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性特性顯著不同。

4.自動控制系統(tǒng)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差成正比。（×）

解題思路：快速性是指系統(tǒng)響應(yīng)的速度，而穩(wěn)態(tài)誤差是系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后的誤差。這兩者沒有直接的正比關(guān)系?？焖傧到y(tǒng)可能仍然有較大的穩(wěn)態(tài)誤差，反之亦然。

5.自動控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)包括穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性和可靠性。（√）

解題思路：自動控制系統(tǒng)的功能確實包括穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性和可靠性等關(guān)鍵指標(biāo)。這些指標(biāo)共同決定了系統(tǒng)的整體功能和適用性。四、簡答題1.簡述自動控制系統(tǒng)的基本組成。

答案：

自動控制系統(tǒng)的基本組成包括以下幾部分：

控制對象：被控對象，如機械臂、等。

控制器：根據(jù)控制策略對控制對象進行控制的裝置，如PID控制器、模糊控制器等。

執(zhí)行機構(gòu)：將控制器的輸出信號轉(zhuǎn)換為控制對象所需的作用力或運動，如電機、液壓缸等。

傳感器：檢測控制對象的當(dāng)前狀態(tài)，并將信息反饋給控制器，如速度傳感器、位移傳感器等。

信號傳輸元件：連接各個組成部分，傳遞信號，如電纜、無線通信設(shè)備等。

解題思路：

列出自動控制系統(tǒng)中的主要組成部分。

簡述每個組成部分的功能和作用。

2.簡述自動控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)。

答案：

自動控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)主要包括：

穩(wěn)定性：系統(tǒng)在受到擾動后，能否回到穩(wěn)態(tài)的能力。

響應(yīng)速度：系統(tǒng)對輸入信號的響應(yīng)時間。

精度：系統(tǒng)輸出與期望輸出之間的誤差。

魯棒性：系統(tǒng)在參數(shù)變化或外部干擾下保持功能的能力。

動態(tài)范圍：系統(tǒng)能夠處理的輸入信號范圍。

解題思路：

列出自動控制系統(tǒng)功能的主要指標(biāo)。

簡述每個指標(biāo)的定義和意義。

3.簡述自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法。

答案：

自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法主要包括：

穩(wěn)態(tài)分析法：通過分析系統(tǒng)的傳遞函數(shù)或零點、極點來評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

動態(tài)分析法：通過分析系統(tǒng)的階躍響應(yīng)或脈沖響應(yīng)來評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

絕對穩(wěn)定性分析法：使用Bode圖、Nyquist圖等圖形方法來評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

相對穩(wěn)定性分析法：通過計算系統(tǒng)閉環(huán)極點的實部來評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

解題思路：

列出自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的主要方法。

簡述每種方法的基本原理和應(yīng)用。

4.簡述自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

答案：

自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下，實際輸出與期望輸出之間的偏差。穩(wěn)態(tài)誤差可以分為以下幾種：

設(shè)定值誤差：系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，輸出與設(shè)定值之間的誤差。

阻尼誤差：系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，由于阻尼作用而產(chǎn)生的誤差。

負(fù)載誤差：系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，由于負(fù)載變化而產(chǎn)生的誤差。

解題思路：

定義穩(wěn)態(tài)誤差的概念。

列出穩(wěn)態(tài)誤差的幾種類型及其定義。五、計算題1.設(shè)自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s^22s10)，求系統(tǒng)的穩(wěn)定域。

答案：

穩(wěn)定域為s平面中所有使G(s)的極點位于左半平面的區(qū)域。

解題思路：

根據(jù)傳遞函數(shù)G(s)=10/(s^22s10)，求出極點，即解方程s^22s10=0。利用求根公式，得到極點為s1=13i,s2=13i。由于極點均位于s平面的左半平面，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定域為s平面中所有使G(s)的極點位于左半平面的區(qū)域。

2.設(shè)自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s^22s10)，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

答案：

穩(wěn)態(tài)誤差為0。

解題思路：

穩(wěn)態(tài)誤差可以通過終值定理求得。由于G(s)的分子為常數(shù)10，分母為s^22s10，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0。

3.設(shè)自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s^22s10)，求系統(tǒng)的快速性指標(biāo)。

答案：

系統(tǒng)的快速性指標(biāo)為ωn=1rad/s。

解題思路：

快速性指標(biāo)ωn可以通過求傳遞函數(shù)G(s)的極點得到。由于G(s)的極點為s1=13i,s2=13i，系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，因此ωn=1rad/s。

4.設(shè)自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s^22s10)，求系統(tǒng)的準(zhǔn)確性指標(biāo)。

答案：

系統(tǒng)的準(zhǔn)確性指標(biāo)為ζ=0.5。

解題思路：

準(zhǔn)確性指標(biāo)ζ可以通過求傳遞函數(shù)G(s)的極點得到。由于G(s)的極點為s1=13i,s2=13i，系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，因此ζ=0.5。

5.設(shè)自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s^22s10)，求系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

答案：

系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)為R=1。

解題思路：

可靠性指標(biāo)R可以通過求傳遞函數(shù)G(s)的極點得到。由于G(s)的極點為s1=13i,s2=13i，系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，因此R=1。六、論述題1.論述自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法及其應(yīng)用。

穩(wěn)定性分析是自動控制系統(tǒng)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到系統(tǒng)的安全性和可靠性。對自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法及其應(yīng)用的詳細(xì)論述：

a.穩(wěn)定性分析方法

穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性分析：通過系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，使用勞斯胡爾維茨穩(wěn)定判據(jù)或奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)等理論方法，判斷系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下的穩(wěn)定性。

動態(tài)穩(wěn)定性分析：通過系統(tǒng)的時間響應(yīng)特性，分析系統(tǒng)在受到擾動后的穩(wěn)定性，常用方法包括時域分析、頻域分析等。

b.應(yīng)用

在控制系統(tǒng)設(shè)計階段，保證系統(tǒng)滿足穩(wěn)定性要求，避免不穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運行。

在系統(tǒng)調(diào)試過程中，對系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析，找出并消除可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素。

在實際應(yīng)用中，根據(jù)系統(tǒng)的工作環(huán)境和功能要求，對控制系統(tǒng)進行穩(wěn)定性優(yōu)化。

2.論述自動控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)及其對系統(tǒng)設(shè)計的影響。

自動控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)是衡量系統(tǒng)功能的重要標(biāo)準(zhǔn)，對系統(tǒng)設(shè)計有著重要影響。對自動控制系統(tǒng)功能指標(biāo)及其對系統(tǒng)設(shè)計影響的詳細(xì)論述：

a.功能指標(biāo)

穩(wěn)態(tài)誤差：系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出與期望輸出之間的偏差。

響應(yīng)速度：系統(tǒng)從輸入變化到輸出變化所需的時間。

超調(diào)量：系統(tǒng)在達到穩(wěn)態(tài)值前，輸出超調(diào)的最大幅度。

阻尼比：描述系統(tǒng)響應(yīng)特性的參數(shù)，反映了系統(tǒng)在過渡過程中的穩(wěn)定性。

b.對系統(tǒng)設(shè)計的影響

根據(jù)功能指標(biāo)要求，設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和控制器，以滿足功能要求。

功能指標(biāo)是選擇控制器類型和參數(shù)的重要依據(jù)，如PID控制器、模糊控制器等。

功能指標(biāo)影響系統(tǒng)的抗干擾能力和適應(yīng)性，是系統(tǒng)設(shè)計中的重要考慮因素。

3.論述自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差產(chǎn)生的原因及其解決方法。

自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是實際應(yīng)用中常見的問題，對穩(wěn)態(tài)誤差產(chǎn)生的原因及其解決方法的詳細(xì)論述：

a.穩(wěn)態(tài)誤差產(chǎn)生的原因

系統(tǒng)參數(shù)不匹配：控制器參數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致系統(tǒng)無法達到期望的穩(wěn)態(tài)功能。

模型誤差：系統(tǒng)模型與實際系統(tǒng)存在差異，導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)誤差的產(chǎn)生。

輸入信號變化：輸入信號的不穩(wěn)定或突變會導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)誤差。

b.解決方法

優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)：根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的大小和產(chǎn)生原因，調(diào)整控制器參數(shù)，使系統(tǒng)達到期望的穩(wěn)態(tài)功能。

改進系統(tǒng)模型：通過實驗或仿真，獲取更準(zhǔn)確的系統(tǒng)模型，減小模型誤差。

穩(wěn)態(tài)濾波：對輸入信號進行濾波處理，降低輸入信號的不穩(wěn)定性和突變性，減小穩(wěn)態(tài)誤差。

答案及解題思路：

1.穩(wěn)定性分析方法：

解題思路：首先了解穩(wěn)定性分析的基本理論，然后結(jié)合具體系統(tǒng)，應(yīng)用勞斯胡爾維茨穩(wěn)定判據(jù)或奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)等理論方法，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.功能指標(biāo)及其對系統(tǒng)設(shè)計的影響：

解題思路：明確自動控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)，分析這些指標(biāo)對系統(tǒng)設(shè)計的影響，以及如何根據(jù)指標(biāo)要求設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和控制器。

3.穩(wěn)態(tài)誤差產(chǎn)生的原因及其解決方法：

解題思路：了解穩(wěn)態(tài)誤差產(chǎn)生的原因，如系統(tǒng)參數(shù)不匹配、模型誤差、輸入信號變化等，然后針對原因提出相應(yīng)的解決方法，如優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)、改進系統(tǒng)模型、穩(wěn)態(tài)濾波等。七、實驗題1.實驗名稱：自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析實驗

2.實驗?zāi)康模?/p>

驗證自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法。

分析系統(tǒng)在不同參數(shù)變化下的穩(wěn)定性。

3.實驗原理：

使用根軌跡法分析自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通過繪制根軌跡圖，觀察系統(tǒng)在參數(shù)變化時的極點分布，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.實驗步驟：

（1）搭建自動控制系統(tǒng)實驗平臺；

（2）設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)；

（3）進行實驗測量；

（4）分析實驗數(shù)據(jù)；

（5）得出實驗結(jié)論。

實驗題庫：

單選題：

1.根軌跡法中，當(dāng)系統(tǒng)的增益K從0增加到無窮大時，根軌跡將向哪個方向移動？(A)內(nèi)部；B)外部；C)不變；D)交錯。

2.根軌跡法中，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是什么？(A)所有極點位于s平面的左半部；B)所有極點位于s平面的右半部；C)所有極點位于s平面的實軸上；D)所有極點位于s平面的虛軸上。

簡答題：

1.簡述根軌跡法的基本原理。

2.如何通過根軌跡圖判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性？

計算題：

1.給定一個二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=K/(s^22s2)，求K的值范圍，使得系統(tǒng)的根軌跡全部位于s平面的左半部。

5.實驗名稱：自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差實驗

6.實驗?zāi)康模?/p>

驗證自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

分析系統(tǒng)在不同負(fù)載下的穩(wěn)態(tài)功能。

7.實驗原理：

通過測量系統(tǒng)在不同負(fù)載下的輸出，計算穩(wěn)態(tài)誤差。

穩(wěn)態(tài)誤差是系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時輸出與期望輸出之間的偏差。

8.實驗步驟：

（1）搭建自動控制系統(tǒng)實驗平臺；

（2）設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)；

（3）進行實驗測量；

（4）分析實驗數(shù)據(jù)；

（5）得出實驗結(jié)論。

實驗題庫：

單選題：

1.穩(wěn)態(tài)誤差ess定義為系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時輸出與期望輸出之間的什么？(A)差