2025年大學(xué)二年級（自動化）控制原理綜合試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本大題共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。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C.輸出信號D.干擾信號2.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ=0.5時，其階躍響應(yīng)為（）A.等幅振蕩B.單調(diào)上升C.衰減振蕩D.發(fā)散振蕩3.系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)，其閉環(huán)特征方程為（）A.1+G(s)H(s)=0B.G(s)H(s)=0C.1-G(s)H(s)=0D.G(s)+H(s)=04.若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s+1)，則其單位階躍響應(yīng)為（）A.1-e^(-t)B.e^(-t)C.1D.t5.對于最小相位系統(tǒng)，其開環(huán)增益越大，則系統(tǒng)的（）A.穩(wěn)定性越好B.快速性越好C.穩(wěn)態(tài)精度越高D.響應(yīng)速度越慢6.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(s+1)(s+2))，則其零點為（）A.s=0B.s=-1C.s=-2D.無零點7.控制系統(tǒng)的頻率特性是指（）A.系統(tǒng)對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)B.系統(tǒng)對階躍輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)C.系統(tǒng)對斜坡輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)D.系統(tǒng)對脈沖輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)8.若系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，則其截止頻率ωc為（）A.1B.2C.√2D.不確定9.對于二階系統(tǒng)，當(dāng)阻尼比ζ>1時，其單位階躍響應(yīng)為（）A.等幅振蕩B.單調(diào)上升C.衰減振蕩D.發(fā)散振蕩10.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=1/(s^2+2s+1)，其極點為（）A.s=-1B.s=-1±jC.s=1D.s=1±j第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（本大題共5小題，每小題4分，共20分）1.控制系統(tǒng)的基本要求是______、______、______。2.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=ωn^2/(s^2+2ζωns+ωn^2)，當(dāng)ζ=0時，其階躍響應(yīng)為______。3.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)在______作用下，輸出量與輸入量之間的誤差。4.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(s+1)(s+2))，則其開環(huán)增益K=______。5.控制系統(tǒng)的頻率特性包括______和______。三、簡答題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）1.簡述控制系統(tǒng)的組成部分及其作用。2.什么是系統(tǒng)的穩(wěn)定性？如何判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性？3.簡述PID控制器的原理及其作用。四、計算題（本大題共1小題，20分）材料：已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，要求系統(tǒng)的相角裕度γ≥45°，幅值裕度Kg≥10dB。問題：確定開環(huán)增益K的值。五、分析題（本大題共1小題，20分）材料：某控制系統(tǒng)如圖所示，已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s(s+1))，輸入信號為r(t)=t。問題：求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。答案：一、選擇題1.A2.C3.A4.A5.C6.D7.A8.C9.B10.A二、填空題1.穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性2.等幅振蕩3.輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)4.15.幅頻特性、相頻特性三、簡答題1.控制系統(tǒng)由控制器、被控對象、測量元件和比較元件等組成?？刂破鞲鶕?jù)測量元件反饋的信息，對被控對象施加控制作用，使被控量達(dá)到預(yù)期值；被控對象是被控制的對象；測量元件用于測量被控量；比較元件用于比較被控量與給定值，產(chǎn)生偏差信號。2.系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到外界干擾后，能夠自動恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有多種，常用的有勞斯判據(jù)法、奈奎斯特判據(jù)法等。通過這些方法可以確定系統(tǒng)是否穩(wěn)定以及穩(wěn)定的條件。3.PID控制器由比例（P）、積分（I）、微分（D）三個環(huán)節(jié)組成。比例環(huán)節(jié)用于對偏差信號進(jìn)行比例放大，快速響應(yīng)偏差；積分環(huán)節(jié)用于消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分環(huán)節(jié)用于對偏差信號的變化率進(jìn)行放大，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。PID控制器能夠根據(jù)系統(tǒng)的偏差情況，綜合調(diào)整控制作用，使系統(tǒng)達(dá)到較好的控制效果。四、計算題1.首先將開環(huán)傳遞函數(shù)化為標(biāo)準(zhǔn)形式：G(s)H(s)=K/(2s^3+3s^2+2s)。2.計算相角裕度：-令I(lǐng)m[G(jω)H(jω)]=0，求出ωc。-計算相角裕度γ=180°+∠G(jωc)H(jωc)。3.計算幅值裕度：-令Re[G(jω)H(jω)]=-1，求出ωg。-計算幅值裕度Kg=1/|G(jωg)H(jωg)|。4.根據(jù)γ≥45°，Kg≥10dB的條件，通過試算確定開環(huán)增益K的值。五、分析題1.首先求系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)：E(s)=R(s)-C(s)=R(s)-G(s)E(s)，則E(s)=R(s)/(1+G(s))。2.已知r(t)=t，則R(s)=1/s^2。3.將R(s)代