2025年大學(xué)自動化（自動控制）期中考試卷

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______一、選擇題（總共10題，每題3分，每題只有一個正確答案，請將正確答案填寫在括號內(nèi)）1.自動控制系統(tǒng)中，反饋控制的本質(zhì)是（）。A.基于偏差的控制B.基于給定值的控制C.基于干擾的控制D.開環(huán)控制2.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于（）。A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號C.干擾信號D.初始條件3.傳遞函數(shù)的定義是在（）條件下，系統(tǒng)輸出的拉氏變換與輸入的拉氏變換之比。A.零初始條件B.非零初始條件C.任意初始條件D.穩(wěn)定初始條件4.一階系統(tǒng)的時間常數(shù)T越大，則系統(tǒng)的響應(yīng)速度（）。A.越快B.越慢C.不變D.不確定5.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ=0時，系統(tǒng)的響應(yīng)是（）。A.等幅振蕩B.單調(diào)上升C.衰減振蕩D.發(fā)散振蕩6.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.輸入信號的形式C.干擾信號D.以上都是7.PID控制器中，積分環(huán)節(jié)的作用是（）。A.消除穩(wěn)態(tài)誤差B.加快響應(yīng)速度C.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性D.抑制干擾8.根軌跡是指當(dāng)系統(tǒng)的某個參數(shù)（）時，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的根在復(fù)平面上的軌跡。A.從0變化到無窮大B.從無窮大變化到0C.從某個值變化到另一個值D.任意變化9.頻率響應(yīng)法中，系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性是通過（）得到的。A.拉氏變換B.傅里葉變換C.Z變換D.狀態(tài)空間法10.線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（）。A.與輸入信號有關(guān)B.與輸出信號有關(guān)C.與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)D.與初始條件有關(guān)二、多項(xiàng)選擇題（總共5題，每題5分，每題有兩個或兩個以上正確答案，請將正確答案填寫在括號內(nèi)，少選、多選均不得分）1.自動控制系統(tǒng)按給定信號的特征可分為（）。A.恒值控制系統(tǒng)B.隨動控制系統(tǒng)C.程序控制系統(tǒng)D.開環(huán)控制系統(tǒng)2.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3.下列屬于線性系統(tǒng)的特性的是（）。A.疊加性B.齊次性C.響應(yīng)的形式與輸入信號的形式相同D.滿足比例性4.二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)主要有（）。A.上升時間B.峰值時間C.調(diào)節(jié)時間D.超調(diào)量5.常用的控制算法有（）。A.PID控制B.模糊控制C.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制D.自適應(yīng)控制三、判斷題（總共10題，每題2分，請判斷下列說法的對錯，正確的打“√”，錯誤的打“×”）1.自動控制系統(tǒng)是由控制裝置和被控對象組成的一個整體。（）2.開環(huán)控制系統(tǒng)不存在反饋，所以系統(tǒng)的精度較高。（）3.傳遞函數(shù)只取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與輸入信號無關(guān)。（）4.一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線是一條單調(diào)上升的指數(shù)曲線。（）5.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ越大，系統(tǒng)的響應(yīng)越平穩(wěn)，超調(diào)量越小。（）6.穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時輸出與輸入之間的誤差。（）7.PID控制器中，比例環(huán)節(jié)的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。（）8.根軌跡起始于開環(huán)極點(diǎn)，終止于開環(huán)零點(diǎn)。（）9.頻率響應(yīng)法只能分析線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。（）10.線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性只取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與輸入信號無關(guān)。（）四、簡答題（總共3題，每題10分）1.簡述自動控制系統(tǒng)的基本組成部分及其作用。2.什么是傳遞函數(shù)？它有哪些特點(diǎn)？3.簡述PID控制器的工作原理及其參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。五、綜合題（總共2題，每題15分）1.已知某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為$G(s)=\frac{K}{s(s+1)(s+2)}$，試?yán)L制該系統(tǒng)的根軌跡，并分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.某二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為$G(s)=\frac{ω_n^2}{s^2+2ζω_ns+ω_n^2}$，當(dāng)輸入為單位階躍信號時，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖所示。已知系統(tǒng)的超調(diào)量$σ_p=20\%$，調(diào)節(jié)時間$t_s=2s$，試求系統(tǒng)的阻尼比ζ和無阻尼自然頻率$ω_n$。答案：一、選擇題1.A2.A3.A4.B5.A6.D7.A8.A9.B10.C二、多項(xiàng)選擇題1.ABC2.ABC3.ABD4.ABCD5.ABCD三、判斷題1.√2.×3.√4.√5.√6.√7.√8.√9.×10.√四、簡答題1.自動控制系統(tǒng)主要由控制器、被控對象、測量變送裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。控制器根據(jù)測量變送裝置反饋的被控量與給定值的偏差，產(chǎn)生控制作用；被控對象是被控制的生產(chǎn)過程或設(shè)備；測量變送裝置用于測量被控量并將其轉(zhuǎn)換為便于處理的信號；執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制器的輸出信號，對被控對象施加控制作用，以實(shí)現(xiàn)對被控量的控制。2.傳遞函數(shù)是在零初始條件下，系統(tǒng)輸出的拉氏變換與輸入的拉氏變換之比。特點(diǎn)：只取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與輸入信號無關(guān)；能反映系統(tǒng)的動態(tài)特性；可以方便地分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能等。3.PID控制器由比例、積分、微分三個環(huán)節(jié)組成。比例環(huán)節(jié)根據(jù)偏差的大小成比例地輸出控制信號，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度；積分環(huán)節(jié)能消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分環(huán)節(jié)根據(jù)偏差的變化率輸出控制信號，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。比例系數(shù)增大，響應(yīng)速度加快，但超調(diào)量可能增大；積分時間常數(shù)增大，消除穩(wěn)態(tài)誤差的能力增強(qiáng)，但系統(tǒng)響應(yīng)速度可能變慢；微分時間常數(shù)增大，系統(tǒng)的阻尼比增大，超調(diào)量減小，但對干擾較敏感。五、綜合題1.（1）確定開環(huán)極點(diǎn)：$p_1=0$，$p_2=-1$，$p_3=-2$；開環(huán)零點(diǎn)：無。（2）繪制根軌跡：根軌跡起始于開環(huán)極點(diǎn)，終止于開環(huán)零點(diǎn)（本題無開環(huán)零點(diǎn)，終止于無窮遠(yuǎn)處）。實(shí)軸上的根軌跡區(qū)間為$(-2,-1)$和$(-\infty,0)$。漸近線：漸近線與實(shí)軸的交點(diǎn)為$\frac{0-1-2}{3}=-1$，漸近線的傾角為$\pm60^{\circ}$。分離點(diǎn)：通過求解方程$\sum_{i=1}^{n}\frac{1}{s-p_i}=\sum_{j=1}^{m}\frac{1}{s-z_j}$得到，本題解得分離點(diǎn)約為$s=-0.42$。（3）穩(wěn)定性分析：當(dāng)系統(tǒng)的開環(huán)增益$K$增大時，根軌跡向左移動。當(dāng)根軌跡進(jìn)入左半平面時，系統(tǒng)是穩(wěn)定的；當(dāng)根軌跡進(jìn)入右半平面時，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。通過分析可知，存在一個臨界增益$K_c$，當(dāng)$K<K_c$時，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)$K>K_c$時，系統(tǒng)不穩(wěn)定。2.已知超調(diào)量