2025年大學本科三年級（自動化）自動控制系統(tǒng)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40分）答題要求：本卷共20小題，每小題2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。請將正確答案的序號填在題后的括號內(nèi)。1.自動控制系統(tǒng)中，反饋控制的實質(zhì)是按（）進行控制。A.給定值B.干擾量C.偏差D.輸出量答案：C2.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.輸入信號的大小C.干擾信號的大小D.系統(tǒng)的初始狀態(tài)答案：A3.一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(Ts+1)，其時間常數(shù)T越大，則系統(tǒng)的響應速度（）。A.越快B.越慢C.不變D.不確定答案：B4.二階系統(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：B5.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=(s+1)/(s2+2s+2)，該系統(tǒng)是（）。A.一階系統(tǒng)B.二階系統(tǒng)C.三階系統(tǒng)D.非最小相位系統(tǒng)答案：B6.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與（）無關(guān)。A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)B.系統(tǒng)的參數(shù)C.輸入信號D.初始條件答案：C、D7.若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(Ts+1))，則其零點為（）。A.s=0B.s=-1/TC.s=-K/TD.無零點答案：A8.單位階躍響應的穩(wěn)態(tài)值反映了系統(tǒng)的（）。A.穩(wěn)定性B.快速性C.準確性D.動態(tài)性能答案：C9.線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，是在零初始條件下（）。A.系統(tǒng)輸出信號與輸入信號之比B.系統(tǒng)輸入信號與輸出信號之比C.系統(tǒng)輸出信號拉氏變換與輸入信號拉氏變換之比D.系統(tǒng)輸入信號拉氏變換與輸出信號拉氏變換之比答案：C10.控制系統(tǒng)中，能完成信號的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、放大等功能的裝置是（）。A.控制器B.執(zhí)行器C.傳感器D.放大器答案：A11.自動控制系統(tǒng)的基本要求是（）。A.穩(wěn)定性、快速性、準確性B.穩(wěn)定性、動態(tài)性、準確性C.穩(wěn)定性、快速性、靜態(tài)性D.動態(tài)性、快速性、準確性答案：A12.下列哪種控制方式不屬于反饋控制（）。A.比例控制B.積分控制C.前饋控制D.微分控制答案：C13.系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，其開環(huán)增益K增大時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性（）。A.變好B.變差C.不變D.不確定答案：B14.若系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s2+2s+1)，則該系統(tǒng)是（）。A.欠阻尼系統(tǒng)B.臨界阻尼系統(tǒng)C.過阻尼系統(tǒng)D.無阻尼系統(tǒng)答案：B15.二階系統(tǒng)的無阻尼自然振蕩頻率ωn越大，則系統(tǒng)的響應速度（）。A.越快B.越慢C.不變D.不確定答案：A16.控制系統(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.干擾信號的形式D.以上都是答案：D17.某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=(s+2)/(s2+3s+2)，其極點為（）。A.s=-1B.s=-2C.s=-1和s=-2D.s=1和s=2答案：C18.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=K/s(s+1)，當輸入為單位斜坡信號時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為（）。A.0B.1/KC.KD.∞答案：B19.自動控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器的作用是（）。A.將被控變量轉(zhuǎn)換為測量值B.將偏差信號轉(zhuǎn)換為控制信號C.將控制信號轉(zhuǎn)換為被控對象的輸入信號D.將測量值轉(zhuǎn)換為被控變量答案：C20.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)只取決于系統(tǒng)的（）。A.輸入信號B.輸出信號C.結(jié)構(gòu)和參數(shù)D.初始條件答案：C第II卷（非選擇題共60分）答題要求：請將答案寫在相應位置，解答應寫出必要的文字說明、證明過程或演算步驟。一、填空題（每題2分，共10分）1.自動控制系統(tǒng)按給定信號的特征可分為______控制系統(tǒng)、______控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。答案：恒值；隨動2.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在______條件下，系統(tǒng)輸出信號的拉氏變換與輸入信號的拉氏變換之比。答案：零初始3.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ=______時，系統(tǒng)的響應為等幅振蕩。答案：14.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到______作用后，能夠自動恢復到原來平衡狀態(tài)的能力。答案：擾動5.比例控制的特點是______，積分控制的特點是______，微分控制的特點是______。答案：反應快，無余差；消除余差；反映偏差變化的速率二、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述自動控制系統(tǒng)的組成部分及其作用。答案：自動控制系統(tǒng)主要由控制器、執(zhí)行器、被控對象和傳感器組成。控制器產(chǎn)生控制信號；執(zhí)行器將控制信號轉(zhuǎn)換為操作變量作用于被控對象；被控對象是被控制的生產(chǎn)過程或設(shè)備；傳感器檢測被控變量并反饋給控制器。2.什么是系統(tǒng)傳遞函數(shù)的零點和極點？它們對系統(tǒng)性能有何影響？答案：傳遞函數(shù)分子多項式的根為零點，分母多項式的根為極點。零點影響系統(tǒng)響應的幅度和相位；極點決定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應的模態(tài)，極點實部為負時系統(tǒng)穩(wěn)定，極點實部絕對值越大響應越快，共軛極點決定阻尼比影響超調(diào)量等。3.簡述一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的特點及區(qū)別。答案：一階系統(tǒng)只有一個儲能元件，響應速度相對較慢，無振蕩，穩(wěn)態(tài)誤差取決于系統(tǒng)類型和輸入信號。二階系統(tǒng)有兩個儲能元件，有振蕩特性，響應速度與無阻尼自然振蕩頻率有關(guān)，超調(diào)量等取決于阻尼比。區(qū)別在于響應特性不同，二階系統(tǒng)更復雜，有振蕩現(xiàn)象。三、計算題（每題10分，共20分）1.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s(0.1s+1))，求系統(tǒng)對單位階躍輸入的響應。答案：首先將傳遞函數(shù)化為標準形式G(s)=100/(s(s+10))。單位階躍輸入的拉氏變換為1/s。系統(tǒng)輸出的拉氏變換Y(s)=G(s)×1/s=100/(s2(s+10))。用部分分式法分解得Y(s)=10/s2-1/s+1/(s+10)。求拉氏反變換得y(t)=10t-1+e^(-10t)。2.某二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=4/(s2+2s+4)，求系統(tǒng)的阻尼比、無阻尼自然振蕩頻率、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。答案：與標準二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)G(s)=ωn2/(s2+2ζωns+ωn2)對比，可得ωn2=4，ωn=2；2ζωn=2，ζ=0.5。超調(diào)量σ%=e^(-ζπ/√(1-ζ2))×100%=e^(-0.5π/√(1-0.52))×100%≈16.3%。調(diào)節(jié)時間ts（按±5%誤差帶）=3/ζωn=3/(0.5×2)=3s。四、分析題（共10分）材料：某溫度控制系統(tǒng)的方框圖如下，其中控制器為比例積分控制器，傳遞函數(shù)為Gc(s)=Kp(1+1/Tis)，被控對象傳遞函數(shù)為Gp(s)=1/(Ts+1)，反饋環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為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)H(s)=Gc(s)Gp(s)H(s)=Kp(1+1/Tis)×1/(Ts+1)×1=Kp(1+1/Tis)/(Ts+1)。閉環(huán)傳遞函數(shù)Φ(s)=G(s)H(s)/(1+G(s)H(s))=Kp(1+1/Tis)/((Ts+1)+Kp(1+1/Tis))。2.當比例系數(shù)Kp增大時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能會如何變化？答案：Kp增大，開環(huán)增益增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。穩(wěn)態(tài)性能方面，對于階躍輸入，穩(wěn)態(tài)誤差減小，控制精度提高；對于斜坡輸入，穩(wěn)態(tài)誤差與Kp成反比，Kp增大穩(wěn)態(tài)誤差減小。五、設(shè)計題（共5分）設(shè)計一個簡單的液位控制系統(tǒng)，要求說明系統(tǒng)的組成部分、工作原理和控