2025年大學(xué)（自動(dòng)化）自動(dòng)控制原理階段測(cè)試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共40分）答題要求：每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確答案填在括號(hào)內(nèi)。(總共8題，每題5分)1.反饋控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有（）A.反饋回路B.慣性環(huán)節(jié)C.積分環(huán)節(jié)D.微分環(huán)節(jié)答案：A2.自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式不包括（）A.開環(huán)控制B.閉環(huán)控制C.復(fù)合控制D.程序控制答案：D3.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.干擾信號(hào)答案：A4.一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(Ts+1)，其時(shí)間常數(shù)T越大，則系統(tǒng)的響應(yīng)（）A.越快B.越慢C.不變D.先快后慢答案：B5.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ越小，則系統(tǒng)的超調(diào)量（）A.越小B.越大C.不變D.不確定答案：B6.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與系統(tǒng)的（）有關(guān)。A.增益B.結(jié)構(gòu)C.參數(shù)D.以上都是答案：D7.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與（）有關(guān)。A.輸入信號(hào)B.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)C.干擾信號(hào)D.以上都是答案：D8.串聯(lián)校正裝置中，相位超前校正的作用是（）A.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性B.增加系統(tǒng)的帶寬C.減小穩(wěn)態(tài)誤差D.以上都是答案：D第II卷（非選擇題共60分）簡(jiǎn)答題（共20分）答題要求：簡(jiǎn)要回答問題，語言要精煉準(zhǔn)確。(總共4題，每題5分)1.簡(jiǎn)述自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成部分。答案：自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由被控對(duì)象、測(cè)量元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件和校正裝置等組成。被控對(duì)象是被控制的設(shè)備或過程；測(cè)量元件用于檢測(cè)被控量；比較元件將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較；放大元件對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行放大；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；校正裝置用于改善系統(tǒng)性能。2.什么是傳遞函數(shù)？它有哪些特點(diǎn)？答案：傳遞函數(shù)是指在零初始條件下，線性定常系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。特點(diǎn)包括：只取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與輸入輸出信號(hào)無關(guān)；反映系統(tǒng)的固有特性；可以方便地分析系統(tǒng)的性能等。3.簡(jiǎn)述一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)特性。答案：一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)是非周期的單調(diào)上升過程。其響應(yīng)曲線從初始值開始逐漸上升，最終趨于穩(wěn)態(tài)值。上升速度與時(shí)間常數(shù)T有關(guān)，T越小上升越快。系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)值為輸入階躍信號(hào)的幅值。4.如何判斷二階系統(tǒng)的穩(wěn)定性？答案：根據(jù)二階系統(tǒng)的特征方程的根來判斷穩(wěn)定性。當(dāng)特征方程的根為兩個(gè)負(fù)實(shí)根時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)特征方程有一對(duì)共軛復(fù)根且實(shí)部為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)特征方程有正實(shí)根或共軛復(fù)根實(shí)部為正時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定；當(dāng)特征方程有零根或一對(duì)純虛根時(shí)，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定。計(jì)算題（共20分）答題要求：寫出詳細(xì)的計(jì)算步驟和答案。(總共2題，每題10分)1.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=10/(s2+2s+10)，求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。答案：首先將傳遞函數(shù)進(jìn)行變換，G(s)=10/[(s+1)2+9]。根據(jù)二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)公式，wn=√10，ζ=1/√10。計(jì)算出響應(yīng)表達(dá)式為y(t)=1-e^(-t)cos(3t)-1/3e^(-t)sin(3t)。2.設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/s(s+1)，求使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。答案：系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Φ(s)=K/(s2+s+K)。特征方程為s2+s+K=0。根據(jù)穩(wěn)定條件，判別式1-4K>0，解得K<1/4，所以使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍是0<K<1/4。分析題（共10分）答題要求：結(jié)合給定材料，分析相關(guān)問題。(總共1題，每題10分)材料：某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K(s+1)/s2(s+2)。1.繪制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性曲線，并分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。答案：首先將開環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行變換，G(jω)=K(jω+1)/(-ω2)(jω+2)。計(jì)算出實(shí)頻特性和虛頻特性，然后繪制頻率特性曲線。通過奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，計(jì)算出系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度。當(dāng)相角裕度大于0且幅值裕度大于1時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定；否則不穩(wěn)定。經(jīng)分析可知，該系統(tǒng)在一定K值范圍內(nèi)穩(wěn)定，K值變化會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)題（共10分）答題要求：根據(jù)要求設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。(總共1題，每題10分)設(shè)計(jì)一個(gè)二階系統(tǒng)，使其滿足上升時(shí)間tr≤1s，超調(diào)量σ%≤10%。答案：根據(jù)上升時(shí)間和超調(diào)量的要求，確定二階系統(tǒng)的阻尼比ζ和自然頻率wn。由tr=(π-β)/wn，σ%=e^(-ζπ/√(1-ζ2))×100%。通過計(jì)算可得ζ≥0.6，wn≥3