2025年大學(xué)大一（自動(dòng)化）自動(dòng)控制原理基礎(chǔ)階段試題

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題，共30分）答題要求：本卷共6題，每題5分。每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。請(qǐng)將正確答案填寫在相應(yīng)位置。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.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：A3.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ=0時(shí)，其階躍響應(yīng)為（）A.等幅振蕩B.單調(diào)上升C.衰減振蕩D.無振蕩答案：A4.若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s+1)，其單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值為（）A.0B.1C.2D.3答案：B5.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與（）有關(guān)。A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號(hào)的大小C.輸出信號(hào)的大小D.干擾信號(hào)的大小答案：A6.比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為（）A.KB.1/TsC.1/(Ts+1)D.Ts+1答案：A第II卷（非選擇題，共70分）簡(jiǎn)答題（共20分）答題要求：本卷共2題，每題10分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答問題，要求條理清晰，語言準(zhǔn)確。1.簡(jiǎn)述自動(dòng)控制原理的研究?jī)?nèi)容。答案：自動(dòng)控制原理主要研究自動(dòng)控制系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞、變換、處理以及系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法。包括建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分析系統(tǒng)的性能，如穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等，以及根據(jù)性能要求設(shè)計(jì)控制器，使系統(tǒng)滿足預(yù)期的性能指標(biāo)。2.什么是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)？它有哪些特點(diǎn)？答案：傳遞函數(shù)是指零初始條件下，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)：只取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與輸入輸出信號(hào)的具體形式無關(guān)；反映系統(tǒng)的固有特性；可用于分析系統(tǒng)的性能和設(shè)計(jì)控制器等。計(jì)算題（共20分）答題要求：本卷共2題，每題10分。請(qǐng)寫出詳細(xì)的計(jì)算過程和答案。1.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=1/(s2+2s+1)，求其單位階躍響應(yīng)。答案：首先求系統(tǒng)的特征方程s2+2s+1=0，解得特征根s=-1（二重根）。則單位階躍響應(yīng)為c(t)=1-(1+t)e^(-t)。2.設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的K的取值范圍。答案：系統(tǒng)的特征方程為s3+3s2+2s+K=0。根據(jù)勞斯判據(jù)，列出勞斯表，要使系統(tǒng)穩(wěn)定，勞斯表第一列元素均大于零，可得0<K<6。分析題（共15分）答題要求：本卷共1題，15分。請(qǐng)分析給定系統(tǒng)的性能，并提出改進(jìn)措施。材料：某控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s2+2s+10)。分析該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，并提出提高系統(tǒng)性能的建議。答案：系統(tǒng)的特征方程為s2+2s+10=0，特征根為s=-1±3j，系統(tǒng)穩(wěn)定。穩(wěn)態(tài)精度方面，對(duì)于單位階躍輸入，穩(wěn)態(tài)誤差為0。動(dòng)態(tài)響應(yīng)上，阻尼比ζ=0.2，自然頻率ωn=√10，響應(yīng)為欠阻尼振蕩?？蛇m當(dāng)增大比例系數(shù)K來加快響應(yīng)速度，但要注意可能影響穩(wěn)定性；也可調(diào)整阻尼比，如增加合適的零點(diǎn)來改善動(dòng)態(tài)性能。設(shè)計(jì)題（共15分）答題要求：本卷共1題，15分。請(qǐng)根據(jù)給定要求設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)。材料：設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地跟蹤給定溫度，并且具有一定的抗干擾能力。已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s(s+1))。設(shè)計(jì)一個(gè)合適的控制器，使系統(tǒng)滿足性能要求。答案：可采用PI控制器，設(shè)控制器傳遞函數(shù)為Gc(s)=Kp+Ki/s。系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)Gc(s)=(Kp+Ki/s)/(s(s+1))。根據(jù)性能要求，通過調(diào)整Kp和Ki的值來滿足快速跟蹤和抗干擾能力。例如，可先根據(jù)穩(wěn)態(tài)精度要求確定Ki，再結(jié)合動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)整Kp，使系統(tǒng)達(dá)到較好的性能。綜合題（共10分）答題要求：本卷共1題，10分。請(qǐng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題。材料：一個(gè)控制系統(tǒng)由控制器、被控對(duì)象和反饋環(huán)節(jié)組成。已知控制器的傳遞函數(shù)為Gc(s)=K，被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s2+2s+2)，反饋環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為H(s)=1。求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，并分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。答案：系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Φ(s)=Gc(s)G(s)/(1+Gc(s)G(s)H(s))=K/(s2+2s+2+K)。特征方程為s2+2s+2+K=