已知某系统连续控制器的传递函数试分别用阶跃响应和脉冲响应不
自动控制原理及其应用试卷与答案8套
自动控制原理试卷与答案自动控制原理1单项选择题（每小题1分，共20分）1. 系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（ c ）A.系统综合B.系统辨识C.系统分析D.系统设计2. 惯性环节和积分环节的频率特性在（ d ）上相等。
A.幅频特性的斜率B.最小幅值C.相位变化率D.穿越频率3. 通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（ d ）A.比较元件B.给定元件C.反馈元件D.放大元件4. ω从0变化到+∞时，延迟环节频率特性极坐标图为（a ）A.圆B.半圆C.椭圆D.双曲线5. 当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时，电动机可看作一个（ d ）A.比例环节B.微分环节C.积分环节D.惯性环节6. 若系统的开环传 递函数为2)(5 10+s s ，则它的开环增益为（c ） A.1 B.2 C.5 D.107. 二阶系统的传递函数52 5)(2++=s s s G ，则该系统是（b ） A.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统8. 若保持二阶系统的ζ不变，提高ωn ，则可以（b ）A.提高上升时间和峰值时间B.减少上升时间和峰值时间C.提高上升时间和调整时间D.减少上升时间和超调量9. 一阶微分环节Ts s G +=1)(，当频率T1=ω时，则相频特性)(ωj G ∠为（ a ） A.45° B.-45° C.90° D.-90°10.最小相位系统的开环增益越大，其（ d ）A.振荡次数越多B.稳定裕量越大C.相位变化越小D.稳态误差越小11.设系统的特征方程为()0516178234=++++=s s s s s D ，则此系统 （ ）A.稳定B.临界稳定C.不稳定D.稳定性不确定。
12.某单位反馈系统的开环传递函数为：())5)(1(++=s s s k s G ，当k =（ ）时，闭环系统临界稳定。
《控制工程基础》课程作业习题(含解答)
第一章概论本章要求学生了解控制系统的基本概念、研究对象及任务，了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类，开环控制与闭环控制的区别；闭环控制系统的基本原理和组成环节。
学会将简单系统原理图抽象成职能方块图。
例1 例图1-1a 为晶体管直流稳压电源电路图。
试画出其系统方块图。
例图1-1a 晶体管稳压电源电路图解：在抽象出闭环系统方块图时，首先要抓住比较点，搞清比较的是什么量；对于恒值系统，要明确基准是什么量；还应当清楚输入和输出量是什么。
对于本题，可画出方块图如例图1-1b。
例图1-1b 晶体管稳压电源方块图本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过R和4R分压后与稳压管的电3压U比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极w电流增大，集电极电流随之增大，降在R两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。
c反之，如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。
例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。
其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。
解：该系统是一种阀控液压油缸。
当阀向左移动时，高压油从左端进入动力油缸，推动动力活塞向右移动；当阀向右移动时，高压油则从右端进入动力油缸，推动动力活塞向左移动；当阀的位置居中时，动力活塞也就停止移动。
因此，阀的位移，即B点的位移是该系统的比较点。
当X向左时,B点亦向左，而高压油使Y向右，将B点拉回到原来的中点，堵住了高压油，Y的运动也随之停下；当X向右时,其运动完全类似，只是运动方向相反。
由此可画出如例图1-2b的职能方块图。
例图1-2a 简单液压系统例图1-2b 职能方块图1．在给出的几种答案里，选择出正确的答案。
（1）以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，其精度比较为_______ （A ）开环高； （B ）闭环高； （C ）相差不多； （D ）一样高。
（2）系统的输出信号对控制作用的影响 （A ）开环有； （B ）闭环有； (C ）都没有； （D ）都有。
控制工程基础_课后答案
控制工程基础习题解答第一章1-5．图1-10为张力控制系统。
当送料速度在短时间内突然变化时，试说明该控制系统的作用情况。
画出该控制系统的框图。
由图可知，通过张紧轮将张力转为角位移，通过测量角位移即可获得当前张力的大小。
当送料速度发生变化时，使系统张力发生改变，角位移相应变化，通过测量元件获得当前实际的角位移，和标准张力时角位移的给定值进行比较，得到它们的偏差。
根据偏差的大小调节电动机的转速，使偏差减小达到张力控制的目的。
框图如图所示。
1-8．图1-13为自动防空火力随动控制系统示意图及原理图。
试说明该控制系统的作用情况。
题1-5 框图电动机给定值角位移误差张力-转速位移张紧轮滚轮输送带转速测量轮测量元件角位移角位移（电压等）放大电压测量 元件>电动机角位移给定值电动机图1-10 题1-5图该系统由两个自动控制系统串联而成：跟踪控制系统和瞄准控制系统，由跟踪控制系统获得目标的方位角和仰角，经过计算机进行弹道计算后给出火炮瞄准命令作为瞄准系统的给定值，瞄准系统控制火炮的水平旋转和垂直旋转实现瞄准。
跟踪控制系统根据敏感元件的输出获得对目标的跟踪误差，由此调整视线方向，保持敏感元件的最大输出，使视线始终对准目标，实现自动跟踪的功能。
瞄准系统分别由仰角伺服控制系统和方向角伺服控制系统并联组成，根据计算机给出的火炮瞄准命令，和仰角测量装置或水平方向角测量装置获得的火炮实际方位角比较，获得瞄准误差，通过定位伺服机构调整火炮瞄准的角度，实现火炮自动瞄准的功能。
控制工程基础习题解答第二章2-2．试求下列函数的拉氏变换，假定当t<0时，f(t)=0。
(3). ()t et f t10cos 5.0-=解：()[][]()1005.05.010cos 25.0+++==-s s t e L t f L t(5). ()⎪⎭⎫⎝⎛+=35sin πt t f 图1-13 题1-8图敏感 元件定位伺服机构 （方位和仰角）计算机指挥仪目标 方向跟踪环路跟踪 误差瞄准环路火炮方向火炮瞄准命令--视线瞄准 误差伺服机构（控制绕垂直轴转动）伺服机构（控制仰角）视线敏感元件计算机指挥仪解：()[]()252355cos 235sin 2135sin 2++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=s s t t L t L t f L π2-6．试求下列函数的拉氏反变换。
自动控制原理第三章课后习题 答案()
3-1 设系统的微分方程式如下：（1） )(2)(2.0t r t c= （2） )()()(24.0)(04.0t r t c t c t c=++ 试求系统闭环传递函数Φ(s),以及系统的单位脉冲响应g(t)和单位阶跃响应c(t)。
已知全部初始条件为零。
解：（1） 因为)(2)(2.0s R s sC =闭环传递函数ss R s C s 10)()()(==Φ 单位脉冲响应：s s C /10)(= 010)(≥=t t g单位阶跃响应c(t) 2/10)(s s C = 010)(≥=t t t c（2）)()()124.004.0(2s R s C s s =++ 124.004.0)()(2++=s s s R s C `闭环传递函数124.004.01)()()(2++==s s s R s C s φ单位脉冲响应：124.004.01)(2++=s s s C t e t g t 4sin 325)(3-= 单位阶跃响应h(t) 16)3(61]16)3[(25)(22+++-=++=s s s s s s C t e t e t c t t 4sin 434cos 1)(33----=3-2 温度计的传递函数为11+Ts ，用其测量容器内的水温，1min 才能显示出该温度的98%的数值。
若加热容器使水温按10ºC/min 的速度匀速上升，问温度计的稳态指示误差有多大解法一 依题意，温度计闭环传递函数11)(+=ΦTs s 由一阶系统阶跃响应特性可知：o o T c 98)4(=，因此有 min 14=T ，得出 min 25.0=T 。
视温度计为单位反馈系统，则开环传递函数为Tss s s G 1)(1)()(=Φ-Φ=⎩⎨⎧==11v TK ！用静态误差系数法，当t t r ⋅=10)( 时，C T Ke ss ︒===5.21010。
解法二 依题意，系统误差定义为 )()()(t c t r t e -=，应有 1111)()(1)()()(+=+-=-==ΦTs TsTs s R s C s R s E s e C T sTs Ts ss R s s e s e s ss ︒==⋅+=Φ=→→5.210101lim )()(lim 203-3 已知二阶系统的单位阶跃响应为)1.536.1sin(5.1210)(2.1o tt et c +-=-试求系统的超调量σ％、峰值时间ｔp 和调节时间ｔs 。
控制工程技术课后习题答案
1习题1-1 试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统的例子，并说明其工作原理。
1-2 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图：（1）将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈系统；（2）画出系统方框图。
1-3 下图是水位控制系统的示意图，图中1Q ,2Q 分别为进水流量和出水流量。
控制的目的是保持水位为一定的高度。
试说明该系统的工作原理并画出其方框图。
1-4 仓库大门自动控制系统如图1-3所示，试分析系统的工作原理，绘制系统的方框图，指出各实际元件的功能及输入、输出量。
2习题2-1 求下列函数的拉氏变换。
（1）t t t f 4cos 4sin )(+= （2）t e t t f 43)(+= （3）t te t f --=1)( （4）()cos3t f t e t -=2-2求下列函数的拉氏反变换。
（1）)3)(2(1)(+++=s s s s F（2）()()()2114F s s s =++（3）()225sF s s s =-+（4）()221225s F s s s +=++(5) )3()1(2)(2=++=s s s s s G (6) ))()(()()(c s b s a s d s s G ++++=(7) 152122)(2+++=s s s s G2-3 解微分方程()()()22681d y t dy t y t dt dt++=，初始条件：(0)1y =，'(0)0y = 。
2-4 试证明图2-75所示电气系统与机械系统具有相同的传递函数。
图2-75 题2-4 图2-5 试分别写出图2-76中各有源网络的传递函数。
（1） （2）图2-76 题2-5图2-6系统的方框图如图2-77所示，试求该系统的输入输出传递函数。
图2-77 题2-6图2-7 系统的方框图如图2-78所示，试用梅逊公式求传递函数。
图2-78 题2-7图2-8 已知系统结构如图2-79所示。
陈后金《信号与系统》(第2版)配套题库【名校考研真题+课后习题+章节题库+模拟试题】(上册)
图2-2
3．有一离散时间信号
（1）画出
（2）求序列 学]
使之满足
解：（1）
又 比较上述两式可得： 故如图2-3所示。
[电子科技大
图2-3
4．已知 如图2-4（a），画出
和
的波形。[北
京理工大学]
解：将 反转得 如图2-4（b）所示，将它们相加、减得 ，波形如图2-4（c）、（d）所示。
图2-4 5．已知f（t）的波形如图2-5所示，令r（t）＝tu（t）。
大学]
图1-2 解：因为：
故：
y2（t）的波形如图1-3所示。
图1-3 3．将如图1-4（a）、（b）所示的连续信号展成如下形式：
给出信号
最简单的解析表达形式。[北京航空航天大学]
图1-4
解：（a）该信号可分为两段：
和
可化简为
故
，即：
（b）该信号可分为三段： 可化简为 故
，即
4．求
的值。[北京航空航天大学2006研]
，应该与齐次解有关，即系统的特征根为－1和－3，故特征方程应为 ，即a0＝4，a1＝3。
（2）设系统对激励 rzs（t），则
的零输入响应和零状态响应分别为rzi（t）和
由于
，则由线性时不变系统的微分特性可知
同时，设系统的单位冲激响应为h（t），则由线性时不变系统的叠加性 可知
由式（1）、式（2），并设
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第一部分 名校考研真题 第1章 信号与系统分析导论 一、选择题
1．方程 天大学2007研] A．线性时不变 B．非线性时不变 C．线性时变 D．非线性时变 E．都不对 【答案】B
描述的系统是（ ）。[北京航空航
计算机控制系统试题及答案
计算机控制系统试卷一答案一、简答题（每小题5分，共50分）1、画出典型计算机控制系统的基本框图。
答：典型计算机控制系统的基本框图如下：2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？答(1)周期采样指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。
(3)(4)(5)3、答：K P过(3)4、传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。
5、为什么会出现比例和微分饱和现象？答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。
如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响控制效果。
二、已知系统的差分方程为（10分）输入信号是初始条件为1)0(=y ，试写出输出脉冲序列()y k 。
解：1)0(=y… 三、设被控对象传递函数为)1()(+=s s K s G p ，在对象前接有零阶保持器，试求广义对象的脉冲传递函数。
（10分）解：广义对象传递函数试用（10为使则有单解得c 则)718.01)(1()368.01)(5.01(435.5)()()()(1111----+---=ΦΦ=z z z z z G z z z D e 11223412()()()(2)234(1)z Y z R z z z z z z z z -------=Φ=-=+++-（图略）。
计算机控制系统试卷三答案班级：姓名：学号：成绩：一、简答题（每小题4分，共40分）1、简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。
答：开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。
3、什么是采样或采样过程？答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程，有时也称为离散化过程。
4、数z5、。
6、(7、答：最少拍设计，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度信号等)作用下，经过最少拍(有限拍)，使系统输出的稳态误差为零。
自动控制原理 习题解答
3-8
已知系统的闭环传递函数为 GB (s)
=
Y (s) R(s)
=
(s2
15.36(s + 6.25)
，试估算
+ 2s + 2)(s + 6)(s + 8)
系统性能指标。
解：高阶系统可以降阶，系统有一对零极点 − 6.25 和 − 6 ，是对偶极子，可以相消。 系统剩下三个极点 −1 ± j 和-8，显然 −1 ± j 是系统的主导极点，所以系统降阶后，闭环传
解 (1) 当τ = 0时则原系统 的开环传递函数为
G(s) = 10 s(s + 2)
3-2
与G(s) =
ω
2 n
比较可知
s(s + 2ζωn )
由
ω2ζn2ω=n
10 =
2
得
ωn = 10
ζ =
10
10
(2) 当τ ≠ 0时则原系统 的开环传递函数为
G(s) =
10
s(s + 2 +10τ )
3-10 设单位反馈系统的开环传递函数如下，试确定系统稳定时 K 的取值范围。
（1） G(s)H (s) =
K
s(s + 1)(0.2s + 1)
(2) G(s)H (s) = K (0.2s + 1) s(s + 1)(s + 1)
解 (1) 闭环传递函数为
∴GB (s)
=
K s(s + 1)(0.2s + 1) + K
=
0.2s 3
K + 1.2s 2
+s+
K
自动控制原理习题解答
1、 已知系统方框图如图1所示，试计算传递函数)()(11s R s C ，)()(12s R s C ，)()(21s R s C 及)()(22s R s C 。
解: 计算传递函数)()(11s R s C 时，在方框图中需设0)(2=s R ，画出如图A-1(a)所示的)(1s R 为输入、)(1s C 为输出的方框图。
由图A-1(a)求得传递函数)()(11s R s C 为)()()()(1)()()(4321111s G s G s G s G s G s R s C -= 计算传递函数)()(12s R s C 时，在方框图中需设0)(2=s R ，画出如图A-1(b)所示的)(1s R 为输入、)(2s C 为输出的方框图。
图 1 第1题题图图A- 1（a ）图A- 1（b ）由图A-1(b)求得传递函数)()(12s R s C 为 )()()()(1)()()()()(432132112s G s G s G s G s G s G s G s R s C --= 计算传递函数)()(21s R s C 时，在方框图中需设0)(1=s R ，画出如图A-1(c)所示的)(2s R 为输入、)(1s C 为输出的方框图。
由图A-1(c)求得传递函数)()(21s R s C 为 )()()()(1)()()()()(432143121s G s G s G s G s G s G s G s R s C --= 计算传递函数)()(22s R s C 时，在方框图中需设0)(1=s R ，画出如图A-1(d)所示的)(2s R 为输入、)(2s C 为输出的方框图。
由图A-1(d)求得传递函数)()(22s R s C 为)()()()(1)()()(4321322s G s G s G s G s G s R s C -=2、设已知描述某控制系统的运动方程组如下)()()()(11t n t c t r t x +-=)()(112t x K t x =)()()(523t x t x t x -=图A- 1 (b)图A- 1（c ）图A-1（d ）)()(34t x dtt dx T = )()()(2245t n K t x t x -=dtt dc dt t c d t x K )()()(2250+= 式中 )(t r ：系统控制信号输入（输入变量）)(),(21t n t n ：系统扰动信号（输出变量）)(t c ：系统的被控制信号（输出变量）)()(51t x t x ：中间变量210K K K ：常值增益T ：时间常数 试绘出系统的方框图，并由方框图求取闭环传递函数)()(s R s C 、)()(1s N s C 、)()(2s N s C解：（1）绘制系统方框图对题中运动方程组取拉氏变换，设初始条件为零，得：)()()()(11s N s C s R s X +-=)()(112s X K s X =)()()(523s X s X s X -=)()(34s X s TsX =)()()(2245s N K s X s X -=)()()(250s sC s C s s X K +=根据以上各式，按照变量之间传递关系，绘出系统结构如下图A-2-1所示（2）求取闭环传递函数)()(s R s C 、)()(1s N s C 、)()(2s N s C求取闭环传递函数)()(s R s C 时，令0)(1=s N 以及0)(2=s N ，由图A-2得 102310201201)1(1111111)()(K K s s T Ts K K s s K TsTs K s s K Ts Ts K s R s C 由于扰动信号)(1t n 与控制信号)(t r 在系统中作用点相同，所以1023101)1()()()()(K K s s T Ts K K s R s C s N s C 求取闭环传递函数)()(2s N s C 时，需令0)(1=s N 及0)(=s R ，图A-2-1改画成图A-2-2 (a),图（a ）可等效画成图A-2-2（b ）,由图A-2-1 (b)得：图A- 2- 1图A- 2-210232010022)1()1(1)1()1(1111)1()1(111)()(K K s s T Ts Ts K K K Ts s s K Tss s K Ts K s N s C ++++-=-⋅⋅+⋅---+⋅---=3、求取题图所示电路传递函数)()(12s U s U解答：首先计算传递函数)()(13s U s U ，此时将2LR 电路看做与电容C 并联的负载，应用复阻抗法写出传递函数)()(13s U s U 为 )(||1)(||1)()(21213R Ls CsR R Ls Cs s U s U +++= 式中：Cs1、Ls 分别为电容C 及电感线圈L 的复阻抗； )(||12R Ls Cs +表示复阻抗Cs1与复阻抗)(2R Ls +的并联值。
计算机控制复习题
一、简答题1、简述计算机控制的典型形式有几种。
2、简述接口和过程通道的定义。
3、什么是计算机控制系统？绘制结构图说明它由哪几部分组成。
5、简述积分饱和的含义。
7、简述数字控制器的连续化设计步骤（1）设计假想的模拟控制器()D s 。
（2）正确地选择采样周期T 。
（3）将()D s 离散化为()D z 。
（4）求出与()D z 对应的差分方程（5）根据差分方程编制相应程序，并仿真校验。
8、简要说明采样过程和采样定理的内容。
12、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？13．计算机控制系统的控制过程是怎样的?14、数据采集系统（DAS ）的功能（1）生产过程的集中监视 DAS 通过输入通道对生产过程的参数进行实时采集、加工处理，并以一定格式在CRT 上显示，或通过打印机打印出来，实现生产过程的集中监视。
（2）操作指导 DAS 对采集到的数据进行分析处理,并以有利于指导生产过程的方式表示出来,实现生产过程的操作指导。
（3）越限报警 DAS 预先将各种工艺参数的极限存入计算机,DAS 在数据采集过程中进行越限判断和报警,以确保生产过程安全。
15、什么是最少拍系统？设计最少拍系统必须满足哪些条件？最少拍系统也称为最小调整时间系统或最快响应系统。
它是指系统对应于典型的输入具有最快的响应速度，被控量能经过最少个采样周期达到设定值，且稳态误差为零。
1.计算机控制系统的典型形式:（1）数据采集系统（DAS ），实现生产过程的集中监视，生产过程的操作指导，以及越限报警等功能。
（2）直接数字控制系统（DDC ），计算机代替模拟调节器，实时性好，可靠性高和适应性强。
（3）监督计算机控制系统（SCC ），使生产过程始终处于最优工况。
（4）集散控制系统（DCS ），分散控制，集中操作，分级管理。
（5）现场总线控制系统（FCS ），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构2、接口定义：接口是连接通道与计算机的中间设备，经接口联系，通道便于接受微机的控制，使用它可达到由微机从多个通道中选择特定通道的目的。
自动控制习题第3章
第三章 线性系统的时域分析 (32)3.1 典型输入信号 ................................................................................................................ 32 3.2 线性系统的稳定性 .. (32)1、稳定性的基本概念 (32)2、线性系统稳定的充要条件：脉冲响应0)(lim =∞→t g t (32)3、稳定判据 ................................................................................................................... 32 4、系统的稳态与动态 ................................................................................................... 34 3.3 动态性能 (34)1、动态性能指标 ........................................................................................................... 34 2、典型系统的动态性能 ............................................................................................... 35 3、高阶系统的时域分析 ............................................................................................... 37 3.4 稳态误差 (37)1、稳态误差定义 ........................................................................................................... 37 2、稳态误差的求取 ....................................................................................................... 38 3、减小或消除稳态误差的措施 .. (40)思考题 ............................................................................................................................................ 40 习题解答......................................................................................................................................... 40 水平测试题..................................................................................................................................... 53 测试题答案. (57)第三章 线性系统的时域分析3.1 典型输入信号典型输人信号：为了便于对系统进行分析、设计和比较，根据系统常遇到的输入信号形式，对其数学描述进行理想化的一些基本输入函数，称为典型输入信号。
《自动控制原理》试卷及答案(B20套)
《自动控制原理》试卷B （01） 一、问答题（30分）1．试画出一般自动控制系统的原理结构图，并简要说明各部分的作用？（6分）2．什么是最小相位系统和非最小相位系统？最小相位系统的主要特点是什么？（6分） 3．试画出超前网络的伯德图，并说明其特点以及用频率法超前校正的使用条件？（6分） 4．写出绘制根轨迹的条件方程？（6分） 5．试回答下列问题：（6分）（1） 进行校正的目的是什么？为什么不能用改变系统开环增益的办法来实现？ （2） 在什么情况下采用串联滞后校正？它主要能改善系统哪方面的性能？二、综合计算题（70分）1、（12分）画出下图所示电路的方框图（或信号流图），并求传递函数)()(12s U s U 。
2、（12分）具有单位负反馈系统的开环传递函数为)2348242(46)(234++++=s s s s s s G试用劳斯判据判别闭环系统的稳定性及闭环特征根的分布情况。
3、（16分）最小相位系统的开环对数幅频特性的渐近线如下图所示，试求： （1）系统的开环传递函数；（2）绘出对应的对数相频特性的大致形状； （3）判断闭环稳定性及根的分布情况。
四、（15分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为)3)(6()(++=s s s k s G 。
（1）绘制系统的根轨迹（∞<<k 0）；（2）求系统临界稳定的k 值与系统的闭环极点。
L1R 2R +-+_五、（15分）已知系统结构图如图所示，试求当)tntr==时，系统的稳态误差⋅tt(t(1()),)(1e?=ss《自动控制原理》试卷B （01）参考答案一、问答题略。
二、综合计算题 1、1)(1)()(2122112221112++++=s C R C R C R s C R C R s U s U 。
2、系统临界稳定，左半平面1个根，右半平面0个根，虚轴上4个根。
3、（1）)1()110(1.0)(2++=s s s s G k ；（2）图略；（3）闭环不稳定，2个右根。
单位阶跃响应与单位脉冲响应
➢ 一阶系统的形式
C(s) 1 R(s) Ts 1
闭环极点(特征根)：-1/T
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自动控制理论
➢一阶系统的单位阶跃响应
R(s) 1 s
C(s) 1 1 1 T Ts 1 s s Ts 1
第三章
1t
c(t) 1 e T
R(s)
1 s2
C(s)
1 Ts 1
1 s2
1T T s2 s s 1
T
1t
c(t) t T Te T
t0
第三章
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第三章
性质： 1）经过足够长的时间 (≥4T)，输出增长速率近 似与输入相同； 2）输出相对于输入滞后 时间T； 3）稳态误差=T。
o
t
R(s)
2A S3
当A=1/2时称为单位抛物线函数,其数学表达式为
r (t )
0 1 2
t
t0 t0
R(s)
1 S3
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四．脉冲函数
r(t)
A
第三章
0
r (t )
A
t 0及t 0t
稳定边界
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n ：无阻尼自然频率
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临界阻尼：=1
C(s) R(s)
自动控制原理课后习题答案解析
第一章引论1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。
答：自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。
控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。
如下图所示为自动控制系统的基本组成。
开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。
此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。
开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。
闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。
闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。
1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。
答：自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。
稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。
稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。
对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。
对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。
快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。
在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。
准确性用稳态误差来衡量。
在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。
显然，这种误差越小，表示系统的精度越高，准确性越好。
当准确性与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求。
计算机控制系统试题
计算机控制系统一、简答题1. 画出典型计算机控制系统的基本框图。
（chap 1）2. 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型. （chap 2）3. 简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。
（chap 5）4. 线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？（chap 4）5. 为什么会出现比例和微分饱和现象？（chap 5）6. 什么是振铃现象？如何消除振铃现象？（chap 6）7. 连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？（chap 1）8. 简述计算机控制系统的一般控制过程。
（chap 1）9. 简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。
（chap 2）10.增量型PID控制算式具有哪些优点？（chap 5）11.如何利用试凑法调整PID算法的参数？（chap 5）12．简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。
（chap 2）13.什么是采样或采样过程？（chap 2）14.线性离散系统的脉冲传递函数的定义是什么？（chap 3）15.何为积分饱和现象？（chap 5）16.等效离散化设计方法存在哪些缺陷？（chap 5）17.何为最少拍设计？（chap 6）18.使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？（chap 2）19.什么是信号重构？（chap 2）20.写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传 递函数的极点有何影响？（chap 5）21.阶跃响应不变法的基本思想是什么？（chap 5）22.如何消除积分饱和现象？（chap 5）23.给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。
（chap 6）24.简述采样定理的基本内容。
（chap 2）25. 线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？（chap 4）26. 脉冲响应不变法的基本思想是什么？（chap 5）27. 写出位置型与增量型PID 的差分控制算式。
（chap 5）28. 如何消除比例和微分饱和现象？（chap 5）29.简要说明A/D 转换的基本原理有哪些？举例说明逐次逼近的基本过程？（chap 2）30.简要说明D/A 转换器的梯形电阻法基本原理？（chap 2）31.简要说明微分先行算法要解决的问题，并说明其是通过什么方法实现的？（chap 5）二、计算题1、已知系统的差分方程为)2()1()(-=-+k r k y k y输入信号是⎩⎨⎧<≥=0001)(k k k r初始条件为1)0(=y ，试写出输出脉冲序列()y k 。
控制系统阶跃响应与脉冲响应实验
电子信息工程学系实验报告实验项目名称：控制系统阶跃响应与脉冲响应实验实验目的:（1）观察学习控制系统的单位阶跃响应和单位脉冲响应（2）记录单位阶跃响应和单位脉冲响应曲线（3）掌握时间响应分析的一般方法实验环境:Matlab7.1软件实验内容及过程:1、实验内容：已知二阶系统：（1）建立系统模型，观察阶跃响应曲线和单位脉冲响应，并计算系统的闭环根、阻尼比，无阻尼振荡频率，并作记录。
（2）修改参数，分别实验ξ=1，ξ=2的响应曲线，并作记录。
2、实验步骤：（1）运行MATLAB；（2）建立系统模型1）传递函数模型TF2）ZPK模型3）MATLAB的阶跃响应函数3、实验要求：（1）分析系统的阻尼比和无阻尼振荡频率对系统阶跃响应和脉冲响应的影响；（2）分析响应曲线的零初值、非零初值与系统模型的关系；（3）分析响应曲线的稳态值与系统模型的关系；（4）分析系统零点对阶跃响应曲线和单位脉冲响应曲线的影响；实验结果及分析：1、阶跃曲线（step）与脉冲曲线（impulse）,三组图分别当ξ=sqrt（10）/10,ξ=1，ξ=2的响应曲线：图1 不同ξ系统响应曲线下面是三种情况下的系统的闭环根、阻尼比，无阻尼振荡频率的结果：Eigenvalue（闭环跟） Damping（阻尼比） Freq. (rad/s)（无阻尼振荡频率）-1.00e+000 + 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+000-1.00e+000 - 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+000Eigenvalue（闭环跟） Damping（阻尼比） Freq. (rad/s)（无阻尼振荡频率）-3.16e+000 1.00e+000 3.16e+000-3.16e+000 1.00e+000 3.16e+000Eigenvalue（闭环跟） Damping（阻尼比） Freq. (rad/s)（无阻尼振荡频率）-8.47e-001 1.00e+000 8.47e-001-1.18e+001 1.00e+000 1.18e+0012、实验结果分析（1）分析系统的阻尼比和无阻尼振荡频率对系统阶跃响应和脉冲响应的影响；系统的阻尼比（0<ζ<1）越大，其阶跃响应超调量越小，上升时间越长；系统的阻尼比ζ决定了其振荡特性：0<ζ<1时，有振荡，ζ>1 时，无振荡、无超调，阶跃响应非周期趋于稳态输出。
自动控制原理完整版课后习题答案
1 请解释下列名字术语：自动控制系统、受控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。
解：自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成；受控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。
如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。
外扰是系统的输入量。
给定值：受控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值参考输入即为给定值。
反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。
2 请说明自动控制系统的基本组成部分。
解：作为一个完整的控制系统，应该由如下几个部分组成：①被控对象：所谓被控对象就是整个控制系统的控制对象；②执行部件：根据所接收到的相关信号，使得被控对象产生相应的动作；常用的执行元件有阀、电动机、液压马达等。
③给定元件：给定元件的职能就是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量）；④比较元件：把测量元件检测到的被控量的实际值与给定元件给出的参考值进行比较，求出它们之间的偏差。
常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电桥等。
⑤测量反馈元件：该元部件的职能就是测量被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般需要将其转换成为电量。
常用的测量元部件有测速发电机、热电偶、各种传感器等；⑥放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。
如电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、晶闸管等组成的电压放大器和功率放大级加以放大。
⑦校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，用以改善系统的性能。
常用的校正元件有电阻、电容组成的无源或有源网络，它们与原系统串联或与原系统构成一个内反馈系统。
3 请说出什么是反馈控制系统，开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？解：反馈控制系统即闭环控制系统，在一个控制系统，将系统的输出量通过某测量机构对其进行实时测量，并将该测量值与输入量进行比较，形成一个反馈通道，从而形成一个封闭的控制系统；开环系统优点：结构简单，缺点：控制的精度较差；闭环控制系统优点：控制精度高，缺点：结构复杂、设计分析麻烦，制造成本高。
自动控制原理习题答案3
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载自动控制原理习题答案3地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容第三章线性系统的时域分析与校正习题及答案3-1 已知系统脉冲响应试求系统闭环传递函数。
解3-2 设某高阶系统可用下列一阶微分方程近似描述，其中，。
试证系统的动态性能指标为解设单位阶跃输入当初始条件为0时有：1) 当时;2) 求（即从到所需时间)当 ;当 ;则3) 求3-3 一阶系统结构图如图3-45所示。
要求系统闭环增益，调节时间s，试确定参数的值。
解由结构图写出闭环系统传递函数令闭环增益，得：令调节时间，得：。
3-4 在许多化学过程中，反应槽内的温度要保持恒定，图3-46（a）和（b）分别为开环和闭环温度控制系统结构图，两种系统正常的值为1。
若，两种系统从响应开始达到稳态温度值的63.2％各需多长时间？当有阶跃扰动时，求扰动对两种系统的温度的影响。
解（1）对（a）系统：，时间常数（a）系统达到稳态温度值的63.2%需要10个单位时间；对（a）系统：，时间常数（b）系统达到稳态温度值的63.2%需要0.099个单位时间。
（2）对（a）系统：时，该扰动影响将一直保持。
对（b）系统：时，最终扰动影响为。
3-5 一种测定直流电机传递函数的方法是给电枢加一定的电压，保持励磁电流不变，测出电机的稳态转速；另外要记录电动机从静止到速度为稳态值的50%或63.2%所需的时间，利用转速时间曲线（如图3-47）和所测数据,并假设传递函数为可求得和的值。
若实测结果是：加10V电压可得1200的稳态转速，而达到该值50%的时间为1.2s，试求电机传递函数。
提示：注意，其中，单位是解依题意有：（弧度/秒）（1）（弧度/秒）（2）设系统传递函数应有（3）由式（2），（3）得解出（4）将式（4）代入式（3）得3-6 单位反馈系统的开环传递函数，求单位阶跃响应和调节时间。
第6章 习题解答
第六章 习题解答(部分)［1］数字滤波器经常以图P6-1描述的方式来处理限带模拟信号，在理想情况下，通过A/D 变换把模拟信号转变为序列)()(nT x n x a =，然后经数字滤波器滤波，再由D/A 变换将)(n y 变换成限带波形)(n y a ，即有∑∞-∞=-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=n a nT t nT t n y t y )(Tπ)(T πsin )()( 这样整个系统可等效成一个线性时不变模拟系统。
如果系统)(n h 的截止角频率是rad 8/π，ms T 01.0=，等效模拟滤波器的截止频率是多少？ 设s T μ5=，截止频率又是多少？解：对采样数字系统，数字频率ω与模拟角频率Ω之间满足线性关系T Ω=ω。
因此，当ms T 01.0=时，T T cc 8πω==Ω，Hz T f c c 6251612==Ω=π当s T μ5=时， TT c c 8πω==Ω，Hz T f c c 125001612==Ω=π［2］已知模拟滤波器的系统函数为()22)(b a s bs H a ++=，试用冲激响应不变法将)(s H a 转换为)(z H 。
其中抽样周期为T ，式中a 、b 为常数，且)(s H a 因果稳定。
解：)(s H a 的极点为：jb a s +-=1，jb a s --=1将)(s H a 部分分式展开： )(21)(21)(jb a s j jb a s j s H a +---+---= 所以有1)(1)(121121)(-+------+-=z e j zej z H T jb a Tjb a通分并化简整理得：TT T ez bT e z bTe z z H ααα2211cos 21sin )(------+-= ［3］设计一个模拟带通滤波器，要求其幅度特性为单调下降（无波纹），通带带宽s rad B /2002⨯=π，中心频率s rad /10020⨯=Ωπ，通带最大衰减dB p 2=δ，s rad s /80021⨯=Ωπ，s rad s /124022⨯=Ωπ，阻带最小衰减dB s 15=δ。
系统的单位阶跃响应为试求系统的传递函数和脉冲响应
2 1
P
1
n k 1
pk k
p11 p22
1 (af
ed(1 bg) abcd bg ch ehgf ) afch
p11 p22
G3G2 1 G1G2H1 1 G1G2H1 G1G2
2-14(b) 试用梅森公式求下图的传递函数C(s)/R(s).
(s)
1
n k 1
pk k
P11
P22
P33
G1G2G4 G3G4 G2G4 1 G2G4 G3G4
2-14(b) 试用梅森公式求下图的传递函数C(s)/R(s).
G6 (1 G2G3H2 G3H1 G3G4H3 ) G1G2G3G4G5 1 G2G3H2 G3H1 G3G4H3
G6
1
G1G2G3G4G5 G2G3H2 G3H1
G3G4 H 3
前向通路个数为？ 增益？ 前向通路个数为n=2, 增益分别为G6 , G1G2G3G4G5 单独回路个数？增益？ 单独回路3个，增益分别为 -G2G3H2， -G3H1， -G3G4H3
dt 2
dt
s2C(s) sc(0) c(0) 3{sC(s) c(0)} 2C(s) 2R(s)
s2C(s) s 3sC(s) 3 2C(s) 2 s
C(s)
s2 3s 2 s(s2 3s 2)
1 s
s
4 1
s
2
2
(4) 对输出量进行拉氏反变换:
C(s)
s2 3s 2 s(s2 3s 2)
计算输入信号下的闭环传递函数,令 N(s)=0,则此时
前向通路个数为？ 增益分别为？ 前向通路3个, 增益为G1G2G4, G3G4, G2G4
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试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函
数D(z) ，其中T=1s。
第五章习题
5.7 已知计算机控制系统开环脉冲传递函数 0.368z 0.264
G(z) z2 1.368z 0.368
（T=1s）试分别作下列双线性变换，然后作伯德图。
(1) 1 z1 ，即 z 1
第五章习题
5.11 已知
Gc
(
s)
1
0.15s 0.05s
写出等效的增量型数字PID控制器的差分形式。 5.12 已知某连续控制器的传递函数为
D(s) 1 0.17s 0.085s
现用数字PID算法实现它，试写出其相应的增量型PID算 法输出表达式。设采样周期 T=1s。
第五章习题
5.13 为什么说增量型PID控制器调节比位置型PID调节效果更
第五章习题
5.10 已知某被控对象的传递函数为
G(s) 1 s(s 1)
要求设计成单位反馈计算机控制系统，结构如图5. 21所示。 采样周期为T＝0.5s。要求闭环特征根为1 0.4, 2 0.6 。 试求数字控制器。
r(t)
－
D(z)
T
Gh (s)
G(s) y(t)
图5.21题5.10图
1 2s
s)
(2) Gc (s)
40s 1 3s
第五章习题
5.5 已知某连续控制器的传递函数 D(s) s 0.5 (s 1)2
试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函
数D(z)，其中T=1s。
5.6 已知某连续控制器的传递函数为
D(s)
s2
n2 2n s
n2
第五章习题
5.3 某连续控制系统的校正装置的传递函数为 D(s) 1 T1s 1 T2s
试分别用前向差分法和后向差分法求该装置的递推输出 序列（设输入为e(t)，输出为u(t) ）。
5.4 用双线性变换法求下列模拟控制器的等效数字控制器， 设采样周期T=0.5s。
(1)
Gc
(s)
5(1
(3) 画出实现D(z)的程序框图。
好? 二者的区别是什么?
5.14 标准PID控制算法存在什么问题?主要针对哪几项进行改
进?
5.15 PID控制器参数整定方法有那些?试比较各自优缺点。
5.16 设被控对象传递函数为(T=1s)
G(s)
100
(40s 1)(0.5s 1)
(1) 试用“二阶工程最佳”设计法确定模拟控制器Gc(s)。 (2) 将Gc(s)用双线性变换法离散化为数字控制器D(z)，并将其 转换为差分方程。
1 z1
1
1 T
(2) 2 1 z1
T 1 z1
，即 z 2
1 T
2
第五章习题
5.8 试分别用阶跃响应不变法和脉冲响应不变法求5.2题的
等效数字控制器。
5.9 已知某系统连续控制器的传递函数
D(s)
ห้องสมุดไป่ตู้
2
(s 1)(s 2)
试分别用阶跃响应和脉冲响应不变法求D(z)的等效数字 控制器，其中采样周期 T=1s。