2025年大學(xué)第一學(xué)年（自動化）自動控制原理基礎(chǔ)測試題及答案

（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：本卷共6題，每題5分。在每題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的，請將正確答案填在題后的括號內(nèi)。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.PID調(diào)節(jié)器答案：A2.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)取決于（）。A.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號C.輸出信號D.干擾信號答案：A3.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ，等于（）。A.系統(tǒng)的粘性阻尼系數(shù)B.臨界阻尼系數(shù)與系統(tǒng)粘性阻尼系數(shù)之比C.系統(tǒng)粘性阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比D.系統(tǒng)粘性阻尼系數(shù)的倒數(shù)答案：C4.對于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當無阻尼自然振蕩頻率ωn保持不變時，（）。A.阻尼比ζ越大，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間ts越大B.阻尼比ζ越大，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間ts越小C.阻尼比ζ越大，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間ts不變D.阻尼比ζ越大，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間ts不定答案：B5.一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(Ts+1)，其單位階躍響應(yīng)的調(diào)整時間ts為（）。A.4TB.3TC.2TD.T答案：A6.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于（）。A.系統(tǒng)的干擾信號B.系統(tǒng)的輸入信號C.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)D.系統(tǒng)的輸出信號答案：C第II卷（非選擇題，共70分）一、填空題（每題5分，共20分）答題要求：請在每題的空格中填上正確答案。錯填、不填均無分。1.自動控制系統(tǒng)主要由______、______、______和______組成。答案：控制器、被控對象、執(zhí)行機構(gòu)以及測量變送環(huán)節(jié)2.控制系統(tǒng)的性能指標通常有______、______、______和______等。答案：穩(wěn)定性、準確性、快速性、抗干擾性3.傳遞函數(shù)的定義是在______條件下系統(tǒng)輸出量的______與輸入量的______之比。答案：零初始條件、拉氏變換、拉氏變換4.二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標主要有______、______、______和______等。答案：上升時間、峰值時間、調(diào)節(jié)時間、超調(diào)量二、簡答題（每題10分，共20分）答題要求：簡要回答問題，條理清晰，語言簡潔。1.簡述自動控制系統(tǒng)的基本控制方式。答案：自動控制系統(tǒng)的基本控制方式有開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制。開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但控制精度不高，適用于對控制精度要求不高的場合。閉環(huán)控制能自動糾正偏差，控制精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，容易產(chǎn)生振蕩。復(fù)合控制結(jié)合了開環(huán)控制和閉環(huán)控制的優(yōu)點，既能快速跟蹤輸入信號，又能提高控制精度。2.什么是系統(tǒng)的穩(wěn)定性？如何判斷線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性？答案：系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到外界干擾后，能夠自動恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。對于線性定常系統(tǒng)，可通過系統(tǒng)的特征方程來判斷其穩(wěn)定性。若系統(tǒng)特征方程的所有根均具有負實部，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；若特征方程有正實部的根，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的；若特征方程有零實部的根，且其余根具有負實部，則系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。三、計算題（每題15分，共30分）答題要求：寫出詳細的計算過程和答案。1.已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s(s+1))，求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)、特征方程，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。答案：閉環(huán)傳遞函數(shù)：根據(jù)公式\(G_{cl}(s)=\frac{G(s)}{1+G(s)H(s)}\)，這里\(H(s)=1\)，可得\(G_{cl}(s)=\frac{10}{s(s+1)+10}=\frac{10}{s^2+s+10}\)。特征方程：\(s^2+s+10=0\)。判斷穩(wěn)定性：由特征方程可得\(a=1\)，\(b=1\)，\(c=10\)，計算判別式\(\Delta=b^2-4ac=1^2-4×1×10=-39<0\)，且\(a>0\)，所以系統(tǒng)是穩(wěn)定的。2.設(shè)二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為\(G(s)=\frac{4}{s^2+2s+4}\)，求系統(tǒng)的無阻尼自然振蕩頻率ωn、阻尼比ζ，并計算單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量σ%。答案：無阻尼自然振蕩頻率\(\omega_n=\sqrt{4}=2\)。阻尼比\(\zeta=\frac{2}{2\omega_n}=\frac{2}{2×2}=\frac{1}{2}\)。超調(diào)量\(\sigma\%=e^{-\frac{\pi\zeta}{\sqrt{1-\zeta^2}}}×100\%=e^{-\frac{\pi×\frac{1}{2}}{\sqrt{1-(\frac{1}{2})^2}}}×100\%\approx16.3\%\)。四、分析題（10分）答題要求：閱讀以下材料，回答問題。材料：某控制系統(tǒng)的方框圖如下所示，其中\(zhòng)(G_1(s)=\frac{1}{s+1}\)，\(G_2(s)=\frac{2}{s+2}\)，\(H(s)=1\)。1.求系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)。答案：開環(huán)傳遞函數(shù)\(G(s)=G_1(s)G_2(s)=\frac{1}{s+1}×\frac{2}{s+2}=\frac{2}{(s+1)(s+2)}\)。閉環(huán)傳遞函數(shù)\(G_{cl}(s)=\frac{G(s)}{1+G(s)H(s)}=\frac{\frac{2}{(s+1)(s+2)}}{1+\frac{2}{(s+1)(s+2)}}=\frac{2}{s^2+3s+4}\)。五、設(shè)計題（10分）答題要求：根據(jù)以下要求設(shè)計一個控制系統(tǒng)。設(shè)計一個單位負反饋控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為\(G(s)=\frac{K}{s(s+1)(s+2)}\)，使得系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)\(K_v=10\)。答案：靜態(tài)速度誤差系數(shù)\(K_v=\lim_{s\to0}sG(s)=\lim_{s\to0}s×\fr