2025年大學(xué)自動(dòng)化（控制理論）期末測試卷

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______一、選擇題（總共10題，每題3分，每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確答案填寫在括號(hào)內(nèi)）1.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)取決于（）A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號(hào)C.輸出信號(hào)D.系統(tǒng)的初始狀態(tài)2.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ越小，則系統(tǒng)的（）A.響應(yīng)速度越快B.超調(diào)量越小C.振蕩越劇烈D.穩(wěn)態(tài)誤差越小3.對(duì)于線性定常系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于（）A.系統(tǒng)的輸入信號(hào)B.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)C.系統(tǒng)的初始狀態(tài)D.系統(tǒng)的輸出信號(hào)4.控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與（）有關(guān)。A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號(hào)的形式C.系統(tǒng)的初始狀態(tài)D.以上都是5.根軌跡法是分析和設(shè)計(jì)（）系統(tǒng)的一種圖解方法。A.線性定常B.線性時(shí)變C.非線性D.離散6.比例-積分-微分（PID）控制器中，積分環(huán)節(jié)的作用是（）A.提高系統(tǒng)的快速性B.消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差C.改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性D.增加系統(tǒng)的阻尼比7.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=(s+2)/(s2+3s+2)，則系統(tǒng)的零點(diǎn)為（）A.s=-2B.s=-1C.s=-2和s=-1D.無零點(diǎn)8.線性系統(tǒng)的疊加原理表明（）A.系統(tǒng)的輸出等于輸入之和B.系統(tǒng)的輸出等于各輸入單獨(dú)作用時(shí)輸出之和C.系統(tǒng)的輸出與輸入成正比D.系統(tǒng)的輸出與輸入無關(guān)9.單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s(s+1))，則系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為（）A.10/(s2+s+10)B.10/(s2+s)C.s(s+1)/10D.(s2+s+10)/1010.控制系統(tǒng)的頻率特性是指系統(tǒng)對(duì)（）輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。A.正弦B.階躍C.斜坡D.脈沖二、多項(xiàng)選擇題（總共5題，每題4分，每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，請(qǐng)將正確答案填寫在括號(hào)內(nèi)，少選、多選均不得分）1.控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括（）A.穩(wěn)定性B.快速性C.準(zhǔn)確性D.復(fù)雜性2.以下屬于線性系統(tǒng)的性質(zhì)的是（）A.疊加性B.齊次性C.時(shí)不變性D.因果性3.典型的二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有（）A.上升時(shí)間B.峰值時(shí)間C.超調(diào)量D.調(diào)整時(shí)間4.控制系統(tǒng)校正的方式有（）A.串聯(lián)校正B.并聯(lián)校正C.反饋校正D.前饋校正5.以下哪些是閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（）A.具有抑制干擾的能力B.對(duì)元件特性變化不敏感C.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單D.控制精度高三、判斷題（總共10題，每題2分，請(qǐng)判斷下列說法的對(duì)錯(cuò)，在括號(hào)內(nèi)打“√”或“×”）1.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)只與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，與輸入輸出信號(hào)無關(guān)。（）2.系統(tǒng)的穩(wěn)定性只取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與初始狀態(tài)無關(guān)。（）3.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ越大，系統(tǒng)的超調(diào)量越大。（）4.比例控制器可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。（）5.根軌跡是開環(huán)傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)隨某個(gè)參數(shù)變化時(shí)在復(fù)平面上移動(dòng)的軌跡。（）6.控制系統(tǒng)的頻率特性可以通過實(shí)驗(yàn)方法獲得。（）7.線性系統(tǒng)的輸出響應(yīng)等于輸入信號(hào)與系統(tǒng)脈沖響應(yīng)的卷積。（）8.單位反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)等于開環(huán)傳遞函數(shù)除以（1+開環(huán)傳遞函數(shù)）。（）9.超前校正裝置可以提高系統(tǒng)的相角裕度，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（）10.控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差只與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，與輸入信號(hào)無關(guān)。（）四、簡答題（總共3題，每題10分，請(qǐng)簡要回答下列問題）1.簡述控制系統(tǒng)的基本組成部分及其作用。2.什么是系統(tǒng)的穩(wěn)定性？簡述判斷線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。3.說明PID控制器中比例、積分、微分環(huán)節(jié)的作用及對(duì)系統(tǒng)性能的影響。五、綜合題（總共2題，每題15分，請(qǐng)?jiān)敿?xì)解答下列問題）1.已知控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=K/(s(s+1)(s+2))，試?yán)L制系統(tǒng)的根軌跡，并分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性與開環(huán)增益K的關(guān)系。2.設(shè)有單位反饋控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s(s+1))，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)，并計(jì)算當(dāng)輸入信號(hào)分別為r(t)=1(t)、r(t)=t、r(t)=t2時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。答案：一、選擇題1.A2.C3.B4.D5.A6.B7.A8.B9.A10.A二、多項(xiàng)選擇題1.ABC2.AB3.ABCD4.ABCD5.ABD三、判斷題1.√2.√3.×4.×5.√6.√7.√8.√9.√10.×四、簡答題1.控制系統(tǒng)基本組成部分包括控制器、被控對(duì)象、測量元件和執(zhí)行元件?？刂破鳟a(chǎn)生控制信號(hào)；被控對(duì)象是被控制的設(shè)備或過程；測量元件檢測輸出信號(hào)；執(zhí)行元件根據(jù)控制信號(hào)對(duì)被控對(duì)象施加控制作用。答案：控制系統(tǒng)基本組成部分包括控制器、被控對(duì)象、測量元件和執(zhí)行元件?？刂破鳟a(chǎn)生控制信號(hào)；被控對(duì)象是被控制的設(shè)備或過程；測量元件檢測輸出信號(hào)；執(zhí)行元件根據(jù)控制信號(hào)對(duì)被控對(duì)象施加控制作用。2.系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到外界干擾后，能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。判斷線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有勞斯判據(jù)、赫爾維茨判據(jù)等，通過判斷系統(tǒng)特征方程的根的分布來確定系統(tǒng)是否穩(wěn)定。答案：系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到外界干擾后，能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。判斷線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有勞斯判據(jù)、赫爾維茨判據(jù)等，通過判斷系統(tǒng)特征方程的根的分布來確定系統(tǒng)是否穩(wěn)定。3.比例環(huán)節(jié)能迅速響應(yīng)輸入信號(hào)，增大比例系數(shù)可加快系統(tǒng)響應(yīng)但可能增大穩(wěn)態(tài)誤差；積分環(huán)節(jié)用于消除穩(wěn)態(tài)誤差，積分時(shí)間常數(shù)越大消除穩(wěn)態(tài)誤差能力越強(qiáng)但可能使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差；微分環(huán)節(jié)反映輸入信號(hào)變化率，可改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能增加穩(wěn)定性。答案：比例環(huán)節(jié)能迅速響應(yīng)輸入信號(hào)，增大比例系數(shù)可加快系統(tǒng)響應(yīng)但可能增大穩(wěn)態(tài)誤差；積分環(huán)節(jié)用于消除穩(wěn)態(tài)誤差，積分時(shí)間常數(shù)越大消除穩(wěn)態(tài)誤差能力越強(qiáng)但可能使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差；微分環(huán)節(jié)反映輸入信號(hào)變化率，可改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能增加穩(wěn)定性。五、綜合題1.（1）繪制根軌跡步驟：-確定開環(huán)極點(diǎn)：p1=0，p2=-1，p3=-2。-確定根軌跡分支數(shù)：3條。-確定根軌跡漸近線：-漸近線與實(shí)軸交點(diǎn)：(-1,0)。-漸近線傾角：±60°，±180°。-確定分離點(diǎn)：通過求解方程得到分離點(diǎn)。-繪制根軌跡。（2）穩(wěn)定性與K關(guān)系：當(dāng)0<K<∞時(shí)，系統(tǒng)有一對(duì)共軛復(fù)根和一個(gè)實(shí)根，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)K>∞時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。2.（1）開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=10/(s(s+1))，穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)：-Kp=lim(s→0)G(s)=∞。-Kv=lim(s→0)sG(s)=10。-Ka=lim(s→0)s2G(s)=0。（2）當(dāng)r(t)=1(t)時(shí)，ess=0；當(dāng)r(t)=t時(shí)，ess=1/10；當(dāng)r(t)=t2時(shí)，ess=∞。答案：1.（1）繪制根軌跡步驟：-確定開環(huán)極點(diǎn)：p1=0，p2=-1，p3=-2。-確定根軌跡分支數(shù)：3條。-確定根軌跡漸近線：-漸近線與實(shí)軸交點(diǎn)：(-1,0)。-漸近線傾角：±60°，±18°。-確定分離點(diǎn)：通過求解方程得到分離點(diǎn)。-繪制根軌跡。（2）穩(wěn)定性與K關(guān)系：當(dāng)0<K<∞時(shí)，系統(tǒng)有一對(duì)共軛復(fù)根和一個(gè)實(shí)根，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)K>∞時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。2.（1）開環(huán)傳遞函數(shù)G(s