东北大学自控原理期末试题(2009B)答案
东北大学自控课后习题.
1-1试举几个开环与闭环自动控制系统的例子，画出它们的框图，并说明它们的工作原理，讨论其特点。
1-2闭环自动控制系统是由哪些环节组成的？各环节在系统中起什么作用？1-3图P1-1所示，为一直流发电机电压自动控制系统。
图中，1为发电机；2为减速器；3为执行机构；4为比例放大器；5为可调电位器。
（1）该系统由哪些环节组成，各起什么作用？（2）绘出系统的框图，说明当负载电流变化时，系统如何保持发电机的电压恒定。
（3）该系统是有差还是无差系统？（4）系统中有哪些可能的扰动？U的极性接反，成为正反馈系统，对1-4图1-6所示闭环调速系统，如果将反馈电压f系统工作有什么影响？此时各环节工作于什么状态？电动机的转速能否按照给定值运行？1-5图P1-2为仓库大门自动控制系统。
试说明自动控制大门开启和关闭的工作原理。
如果大门不能全开或全关，则怎样进行调整？图P1-1 电压自动控制系统图P1-2 仓库大门控制系统2-1 试求出图P2-1中各电路的传递函数。
图P2-12-2 试求出图P2-2中各有源网络的传递函数。
图P2-22-3 求图P2-3所示各机械运动系统的传递函数。
（1）求图（a ）的 ()()?=s X s X r c （2）求图（b ）的()()?=s X s X r c （3）求图（c ）的()()?12=s X s X （4）求图（d ）的 ()()?1=s F s X图P2-32-4 图P2-4所示为一齿轮传动机构。
设此机构无间隙、无变形，求折算到传动轴上的等效转动惯量、等效粘性摩擦系数和()()()s M s s W 2θ=。
图P2-4 图P2-52-5 图P2-5所示为一磁场控制的直流电动机。
设工作时电枢电流不变，控制电压加在励磁绕组上，输出为电机角位移，求传递函数()()()s u s s W r θ=。
2-6 图P2-6所示为一用作放大器的直流发电机，原电机以恒定转速运行。
试确定传递函数()()()s W s U s U r c =，设不计发电机的电枢电感和电阻。
东北大学自控原理期末试题(2009A)答案
当 X 时，
线性部分传递函数为 3 阶，所以， W ( j ) 曲线必与负实轴有交点： 若 W ( j ) 曲线在 [0,1] 区间与实轴相交，则产生稳定的自振荡； （2 分）
Wk ( j ) P( ) jQ( )
式中
K (1 2T1T2 ) K (T1 T2 ) P( ) ； Q( ) [1 2 (T12 T22 ) 4T12T22 ] 1 2 (T12 T22 ) 4T12T22
图1 解：
控制系统结构图
WB ( s )
由此得到给定误差的拉氏变换为
X c ( s) W1 ( s) Wc ( s)W2 ( s) （5 分） X r ( s) 1 W1 ( s)W2 ( s)
1 Wc ( s)W2 ( s) X r ( s) 1 W1 ( s)W2 ( s)
所以，校正装置的传递函数为
s 1) Wc ( s) 4.32 （6 分） s ( 1) 19.87 (
此校正为串联超前校正，主要是利用该装置的相位超前特性。 （4 分） 由校正后特性得：
20 c 4.32 ) 9.26s 1 （5 分） A( c 1 ，则 c c c 2
4 3 0
根轨迹与虚轴交点为 2 ，对应的根轨迹放大系数为 K g 20 ， （2 分）所以，系统的单位阶跃函 数输入响应为衰减振荡过程的 K g 取值范围为 0.8794 K g 20 。 （2 分）
五． （20 分）一单位负反馈最小相位系统的开环对数幅频特性如图 2 所示，其中虚线为校正前特性，实线 为加入串联校正装置后的特性。 1． 试写出串联校正装置的传递函数，并说明此校正主要是利用该装置的什么特性； 2． 试求校正后系统的相位裕量 (c ) 。
东北大学自动控制原理简答题汇总
1.闭环控制系统的基本环节及作用：1、给定环节：设定被控制的给定值的装置2、比较环节：将所检测的的被控制量与给定量进行比较，确定两者之间的偏差量3、校正环节：将比较环节的输出量转化为标准信号4、放大环节：将偏差信号变换成适于控制执行机构工作的信号5、执行机构:直接作用于控制对象，使被控量达到所要求的数值6、被控对象或调节对象:指要进行控制的设备或过程7、检测装置或传感器：用来检测被控量，并将其转换为与给定量相同的物理量2.什么是系统的暂态过程？对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加到某一个值时，输出量的暂态过程如何？（1）暂态过程：系统从一个稳态过渡到新的稳态的过渡过程（2）输出量的暂态过程可能有以下几种情况：1.单调过程。
输出量单调变化，缓慢达到新的稳态值。
2.衰减振荡过程。
被控制量变化很快，产生超调，经过几次振荡后，达到新的稳定工作状态。
3.持续振荡过程。
被控制量持续振荡，始终不能达到新的稳定工作状态。
4.发散振荡过程。
被控制量发散振荡，不能达到所要求的稳定工作状态。
3.如何区分线性系统和非线性系统？可以通过线性和非线性各自的特性区分，线性系统具有叠加性和齐次性，非线性系统则不具备以上特性。
非线性系统不仅与系统的结构和参数有关，还与系统的初始条件有关。
4.按给定力量的特征，系统可分成哪几种类型？1.恒值系统。
恒值系统的给定量保持不变。
（输出量恒定不变）2.随动系统。
随动系统中的给定量按照事先未知的时间函数变化。
（输出量跟随给定量的变化，所以也可以叫做同步随动系统）3.程序控制系统。
这种系统的给定量是按照一定的时间函数变化的。
（输出量与给定量的变化规律想同）5.简述控制系统性能指标。
自动控制系统的性能指标通常是指系统的稳定性，稳态性能和暂态性能。
稳定性：自动控制系统的首要条件时系统能稳定正常运行。
稳态性能：系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度。
暂态性指标：1.最大超调量σ％：输出最大值与输出稳态值的相对误差。
《自动控制原理》第1学期期末考试试题2008-2009(B卷)
东北大学考试试卷（B 卷）2008—2009 学年第 1 学期 课程名称： 自动控制原理 一、（10分）简要回答下列问题（每小题各5分）。
1. 简述自动控制系统一般是由那些基本环节组成，并画出控
制系统结构框图。
2. 简述什么是无差系统。
得分
二、（10分）控制系统如图1所示，其中)(s W c 为补偿校正装置，
试求该系统扰动误差传递函数)()(s N s X c ，并从理论上说明如何设计补偿校正装置)(s W c 可以使系统补偿后的扰动误差为零。
图1 题二图
得分
三、（10分）已知某三阶单位负反馈系统具有一个有限零点为
1.5-，三个极点分别为6.1
2.1j ±-和 1.49-，且系统传递函数根的
形式放大系数为4。
试求系统在单位阶跃函数作用下，系统的动态性能指标超调量%σ、调整时间5s t ±（%）和峰值时间m t 。
得分
四、（14分）设单位负反馈系统的开环传递函数为
)
2)(1()(++=
s s s k s W g
k
1． 绘制闭环系统根轨迹（写出具体绘制过程并标出关键点）； 2． 试确定系统呈单调动态响应以及衰减振荡动态响应的g k 取
值范围。
得分
r
五、（20分）一单位负反馈最小相位系统的开环对数幅频特性
如图2所示，其中虚线为校正前特性，实线为加入串联校正装置后的特性。
1． 试写出串联校正装置的传递函数，并说明此校正主要是利
用该装置的什么特性；
2． 求校正后系统的相位裕量()c γω。
图2 题五图
得分。
自动控制原理试题(B卷)答案
1广东技术师范学院20 —20 学年度第( )学期期末考试试卷 （参考答案及评分标准）科 目：自动控制原理 （B ）卷考试形式：闭卷 考试时间: 120 分钟一、填空题（每空2分，共20分）1、闭环控制系统，对主反馈而言，只有按 负反馈 原理组成的闭环控制系统才能实现自动控制任务。
因为这种系统能使 偏差 越来越小，甚至被消除。
2、闭环系统的开环传递函数是指 闭环系统的主反馈信号与偏差信号的拉式变换之比 。
3、设系统开环传递函数为5(4)()()(1)(2)s G s H s s s s +=++，则开环根轨迹增益*K =5 ;静态速度误差系数=v K 10 。
4、已知系统开环传递函数)4)(2()(++=s s s K s G gk ，有 3 条渐近线。
5、一个稳定的线性定常系统，当输入为正弦信号时，其稳态输出也是同频率的正弦信号，其系统的幅频特性定义为 输出与输入的振幅之比 。
6、频率法校正的实质是利用引入的校正装置的特性去 改变原系统开环对数幅频特性的形状，使其满足性能指标要求 。
27、右图所示为典型的 死区 非线性特性。
8、离散控制系统稳定的充分必要条件是：系统特征方程 的根全部位于Z 平面上以圆点为圆心的单位圆内 。
二、单项选择题（每题2分，共20分） 1、适合应用传递函数描述的系统是：（ A ）A 、单输入，单输出的线性定常系统；B 、单输入，单输出的线性时变系统；C 、单输入，单输出的定常系统；D 、非线性系统。
2、典型二阶系统闭环极点分布如右图时，则无阻尼自然频率n ω、阻尼比ξ、单位阶跃响应分别是：（ D ）A 、1，0.5，衰减正弦振荡；B 、2，0.707，单调上升曲线；C 、2，0.5，单调上升曲线；D 、2，0.707，衰减正弦振荡。
3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统（ C ）：A 、 稳定；B 、右半平面闭环极点数2=Z ；C 、 临界稳定；D 、 型别1=v 。
(完整版)自东控制原理题库
1. 已知单位反馈系统的开环传递函数，试绘制参数b从0→∞的根轨迹，并写出b=2时系统的闭环传递函数。
(1)(2)答案:[提示] 求等效开环传递函数，画根轨迹。
(1)分离点坐标：d1=-8.472，d2=0.472(舍)，出射角θp=153.4°；(2)两支根轨迹，分离点的坐标-202. 已知系统的开环传递函数为(1)确定实轴上的分离点及K*的值；(2)确定使系统稳定的K*值范围。
答案:(1)实轴上的分离点d1=-1，d2=-1/3，对应的K*1=0，K2*=22/27；(2)稳定范围0＜K*＜63. 设单位负反馈系统的开环传递函数如下：(1)绘制系统准确的根轨迹图；(2)确定使系统临界稳定的开环增益K c的值；(3)确定与系统临界阻尼比相应的开环增益K。
答案:(1)分离点坐标：d1=-79(舍)，d2=-21；(2)K c=150；(3)K=9.64. 设单位负反馈控制系统开环传递函数已知，要求：(1)确定产生纯虚根的开环增益K；(2)确定产生纯虚根为±j1的z值和K*值。
答案:(1)用劳斯判据求临界稳定点得K*=110，化成开环增益K=11(2)将±j1任一点代入闭环特征方程得K*=30，z=199/305. 反馈系统的开环传递函数为试用根轨迹法确定出阶跃响应有衰减的振荡分量和无振荡分量时的开环增益K值范围。
答案:[提示] 特征根全为负实数时无振荡分量，为复数时有振荡分量6. 已知系统的特征方程为(1)s3+9s2+K*s+K*=0 (2)(s+1)(s+1.5)(s+2)+K*=0(3)(s+1)(s+3)+K*s+K*=0试绘制以K*为参数的根轨迹图。
答案:[提示] 将带K*项合并，方程两端同除不带K*项的多项式，求出等效的开环传函7. 已知单位反馈系统的开环传递函数为试绘制闭环系统的根轨迹图。
答案:[提示] 开环极点分布图分离点有3个，不要画错。
自动控制原理期末考试卷含答案
自动控制原理期末考试卷与答案一、填空题〔每空 1 分，共20分〕1、对自动控制系统的根本要求可以概括为三个方面，即： 稳定性 、快速性和 准确性 。
2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。
3、在经典控制理论中，可采用 劳斯判据(或：时域分析法)、根轨迹法或奈奎斯特判据(或：频域分析法) 等方法判断线性控制系统稳定性。
4、控制系统的数学模型，取决于系统 结构 和 参数, 与外作用及初始条件无关。
5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为20lg ()A ω(或：()L ω)，横坐标为lg ω 。
6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指 开环传函中具有正实部的极点的个数，Z 是指 闭环传函中具有正实部的极点的个数，R 指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。
7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 调整时间 。
%σ是超调量 。
8、设系统的开环传递函数为12(1)(1)Ks T s T s ++，那么其开环幅频特性为2212()()1()1KA T T ωωωω=+⋅+，相频特性为01112()90()()tg T tg T ϕωωω--=---。
9、反应控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值 与反应量的差值进行的。
10、假设某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105tt g t ee --=+，那么该系统的传递函数G(s)为1050.20.5s s s s+++。
11、自动控制系统有两种根本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为 开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为 闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 闭环控制系统。
12、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。
13、稳定是对控制系统最根本的要求，假设一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，那么该系统 稳定。
《自动控制原理》第2学期期末考试试题2008-2009
东北大学考试试卷2008—2009 学年第 2 学期课程名称： 自动控制原理 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄二、简答题，共10分： 1．典型二阶系统极点分布如图1所示，则 ① 无阻尼自然频率=n ω ； ② 阻尼比=ξ 。
（4分）2．简述按照校正装置和系统不可变部分的连接方式，通常可分为哪三种基本校正方式，其中哪种校正方式可以抑制系统的参数波动及非线性因素对系统性能的影响。
(4分) 3. 简述线性闭环离散控制系统稳定条件。
（2分） 总分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 学 院班 级学 号姓 名……………○……………密……………○……………封……………○…………线………………………………得分得分图五、（20分）已知系统的开环传递函数2()(67)s aG s s s s +=++，要求。
（1） 绘出a 从0∞时系统的根轨迹（要求出分离点、渐近线、与虚轴的交点等）；（2） 确定使系统稳定且系统的暂态为过阻尼状态时的a 的取值范围。
六、（20分）已知一单位反馈控制系统，采用串联校正方式，其中校正前系统开环对数幅频特性和校正装置对数幅频特性分别为L 0和L C 如图4所示。
dBL /)(ω1/-s ω-20d B /d e c-40d B /de c 10020L CL 10020d B /de c1题六图（1） 写出校正前系统开环传递函数、校正装置传递函数以及校正后系统的开环传递函数；（2） 分析校正装置对系统的作用及其特点。
七、（10分）设某非线性系统如图5所示，其中继电器特性的描述函数为：4A π。
试确定其自振荡的振幅和频率。
题七图得分得分得分。
自动控制原理期末试卷与答案
自动控制原理期末试卷与答案自动控制原理期末试卷与答案自动控制原理1一、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10，则它的开环增益为（c ）s(5s2)7. 二阶系统的传递函数G(s)5，则该系统是（b ）2 s2s5A.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G(s)1Ts，当频率1时，则相频特性G(j)为（a ）T°°°°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Dss48s317s216s50，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：Gsk，当k=（）时，闭环系统s(s1)(s 5)临界稳定。
13.设系统的特征方程为Ds3s410s35s2s20，则此系统中包含正实部特征的个数有（）14.单位反馈系统开环传递函数为Gs差为（）5，当输入为单位阶跃时，则其位置误2s6ss若已知某串联校正装置的传递函数为Gc(s)s1，则它是一种（）10s1A.反馈校正B.相位超前校正C.相位滞后—超前校正D.相位滞后校正16.稳态误差ess与误差信号E(s)的函数关系为（）limE(s) limsE(s) s0s0limE(s) limsE(s) ss17.在对控制系统稳态精度无明确要求时，为提高系统的稳定性，最方便的是（）A.减小增益B.超前校正C.滞后校正D.滞后-超前18.相位超前校正装置的奈氏曲线为（）A.圆B.上半圆C.下半圆°弧线19.开环传递函数为G(s)H(s)=K,则实轴上的根轨迹为（）3s(s3)A.(-3，∞)B.(0，∞)C.(-∞，-3)D.(-3，0)20.在直流电动机调速系统中，霍尔传感器是用作（）反馈的传感器。
2009年东北大学自动控制原理考研试题
2009年东北大学自动控制原理考研试题（回忆版）
1、人取书的反馈控制
2、结构图化简，书上原题
3、二阶单位相应性能
4、根轨迹，好像也是树上的，用到主导极点
5、画波特图，求稳定性，比较简单
6、超前校正适用范围
7、求继电特性描述函数
8、求离散系统时域输出
一（1）画出从书架上拿取书的负反馈系统图（2）说明该系统的工作原理
二给了一个方框图，要求用化简的方法求得系统的传递函数是一个二输入一输出的系统三（1）最佳二阶系统的性能指标
（2）串联一反馈环节使，kesai=0.707时，超调量为5%，求参数
四画出一系统的根轨迹，并用根轨迹的方法使主导极点的kesai=0.707，求参数
五串联超前校正的原理和适用范围
六（1）描述函数法的原理（2）求继电器环节的描述函数
七离散环节求输出。
(完整版)自动控制原理习题及答案.doc
第一章 习题答案1-1 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 用线连接成负反馈状态；（2） 画出系统方框图。
解 (1)负反馈连接方式为:d a ↔，c b ↔；(2）系统方框图如图解1—1 所示。
1—2 题1—2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。
试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。
题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后,驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。
与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。
反之,当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。
系统方框图如图解1—2所示。
1—3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。
分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。
题1-3图 炉温自动控制系统原理图解 加热炉采用电加热方式运行,加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。
炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。
f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。
在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C,热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u .此时,0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值.这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。
当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升,直至T °C 的实际值等于期望值为止。
09年东北大学真题控制理论与控制工程
一、（10分）试画出人从书架上取书的负反馈控制系统方框图，并简述其工作过程。
二、（20分）试简化图一所示的系统结构图，并求传递函数C(S)/R(S)。
图一。
题二系统结构图
三、（20分）
（1）给出二阶工程最佳系统的单位阶跃响应动态性能指标；
（2）为了改善图二所示系统的动态响应性能，满足单位阶跃输入下系统超调量σ%<=5%，
ξ=0.707的要求，今加入微分负反馈,如图3所示，求微分时间常数
图二。
题三原系统结构图
图三。
题三改善后系统结构图
四、（20分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为：
试画出根轨迹草图，并用根轨迹法确定使闭环主导极点的阻尼比ξ=0.5时Kg值。
五、（20分）已知系统的开环传递函数为：
试绘制伯德图，求出相位裕度及增益裕度，并判断闭环系统的稳定性。
六、（20分）试写出串联引前（微分）校正装置的传递函数，并说明其作用和适用范围。
七、（20分）
（1）试说明用描述函数法分析非线性系统的基本思想；
（2）设继电器特性为：
试计算非线性特性的描述函数。
八、（20分）已知系统的动态结构图如图4所示，求系统的单位阶跃响应（图中取K=1，采样时间T=1S）。
图4.题八系统结构图。
东北大学《自动控制原理》王建辉主编 课后简答及简答补充
在分析稳态性能时不能抵消 ， 在分析系统动态性能时可以近似认为他们的影响相互抵消 ．．．． ．．．．
第五章 频率法
1.用时域与频域法分析设计和设计系统的主要区别是什么？
时域法： 可以直观的看出输出随时间的变化， 但用微分方程求解系统的动态过程比 较麻烦。 频域法：1）由系统的频率特性间接的揭示了系统的动态特性和稳态特性 2）可以简单迅速的判断某个环节或者参数对系统的动态特性和稳态特性 的影响，指明改进系统的方向
系统特征方程的根全部为负实数或具有负实部的共轭复数， 也就是所有闭环特征跟分布 在 s 平面虚轴的左侧。
11.什么是稳态误差，如何消除
当系统从一个稳态过渡到新的稳态或受到扰动又重新平衡后， 系统可能出现偏差， 这种 偏差定义为稳态误差。 消除方法： 1）增大系统的开环增益或扰动作用点之前的前向通道增益。
6.二阶系统是一个振荡环节，这种说法对么？为什么？
当阻尼比 0 到 1 时是一个振荡环节，否则不是一个振荡环节。
7.什么是系统的动态结构图？它等效变换的原则是什么？系统的动态结构图有 哪几种典型的连接？将它们用图形的形式表示出来，并列写出典型连接的传递 函数。
将系统中所有的环节用方框图表示， 图中表明其传递函数， 并且按照在系统中各环 节之间的关系，将各方框图连接起来。 变换的原则：保持输出量不变
5.试述反ห้องสมุดไป่ตู้原理
系统的输出量经过测量和变换后反馈到输入端， 与给定的输入信号相比较得到偏差信号， 偏差信号经控制器产生控制作用使输入量按要求变化， 这就是反馈控制原理。 反馈控制的特 点是利用产生的偏差来控制和消除偏差，抗扰性较好，控制精度高。
6.试述正反馈控制系统的特点
正反馈控制可以增大开环放大系数，但是容易导致系统不稳定
东北大学自动控制原理简答题汇总
1.闭环控制系统的基本环节及作用：1、给定环节：设定被控制的给定值的装置2、比较环节：将所检测的的被控制量与给定量进行比较，确定两者之间的偏差量3、校正环节：将比较环节的输出量转化为标准信号4、放大环节：将偏差信号变换成适于控制执行机构工作的信号5、执行机构:直接作用于控制对象，使被控量达到所要求的数值6、被控对象或调节对象:指要进行控制的设备或过程7、检测装置或传感器：用来检测被控量，并将其转换为与给定量相同的物理量2.什么是系统的暂态过程？对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加到某一个值时，输出量的暂态过程如何？（1）暂态过程：系统从一个稳态过渡到新的稳态的过渡过程（2）输出量的暂态过程可能有以下几种情况：1.单调过程。
输出量单调变化，缓慢达到新的稳态值。
2.衰减振荡过程。
被控制量变化很快，产生超调，经过几次振荡后，达到新的稳定工作状态。
3.持续振荡过程。
被控制量持续振荡，始终不能达到新的稳定工作状态。
4.发散振荡过程。
被控制量发散振荡，不能达到所要求的稳定工作状态。
3.如何区分线性系统和非线性系统？可以通过线性和非线性各自的特性区分，线性系统具有叠加性和齐次性，非线性系统则不具备以上特性。
非线性系统不仅与系统的结构和参数有关，还与系统的初始条件有关。
4.按给定力量的特征，系统可分成哪几种类型？1.恒值系统。
恒值系统的给定量保持不变。
（输出量恒定不变）2.随动系统。
随动系统中的给定量按照事先未知的时间函数变化。
（输出量跟随给定量的变化，所以也可以叫做同步随动系统）3.程序控制系统。
这种系统的给定量是按照一定的时间函数变化的。
（输出量与给定量的变化规律想同）5.简述控制系统性能指标。
自动控制系统的性能指标通常是指系统的稳定性，稳态性能和暂态性能。
稳定性：自动控制系统的首要条件时系统能稳定正常运行。
稳态性能：系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度。
暂态性指标：1.最大超调量σ％：输出最大值与输出稳态值的相对误差。
自控原理习题答案(全)
第一章 习题答案1-11-21-3 闭环控制系统主要由被控对象，给定装置，比较、放大装置，执行装置，测量和变送装置，校正装置等组成。
被控对象：指要进行控制的设备和过程。
给定装置：设定与被控量相对应给定量的装置。
比较、放大装置：对给定量与测量值进行运算，并将偏差量进行放大的装置。
执行装置：直接作用于控制对象的传动装置和调节机构。
测量和变送装置：检测被控量并进行转换用以和给定量比较的装置。
校正装置：用以改善原系统控制性能的装置。
题1-4 答：（图略）题1-5 答：该系统是随动系统。
（图略） 题1-6 答：（图略）第二章习题答案题2-1 解：（1）F(s)=12s 1+-Ts T（2）F(s)=0.5)421(2+-s s（3）F(s)=428+⋅s es sπ （4）F(s)=25)1(12+++s s（5）F(s)=32412ss s ++ 题2-2 解：(1) f(t)=1+cost+5sint(2) f(t)=e -4t(cost-4sint) (3) f(t)=t t t te e e 101091811811----- (4) f(t)= -t t tte e e ----+-3118195214 (5) f(t)= -t te e t 4181312123--+++ 题2-3 解：a)dtduu C R dt du R R c c r 22111=++）（ b)r c c u CR dt du R R u C R dt du R R 1r 12112111+=++）（ c) r r r c c c u dtdu C R C R dtu d C C R R u dtdu C R C R C R dtu d C C R R +++=++++）（）（1211222121122111222121 题2-4 解：a) G(s)=1)(212++s T T sT (T 1=R 1C, T 2=R 2C )b) G(s)=1)(1212+++s T T s T (T 1=R 1C, T 2=R 2C )c) G(s)= 1)(1)(32122131221+++++++s T T T s T T s T T s T T (T 1=R 1C 1, T 2=R 1C 2, T 3=R 2C 1, T 4=R 2C 2 ) 题2-5 解：(图略) 题2-6 解：33)(+=Φs s 题2-7 解：a) ksf ms s +-=Φ21)(b) )()()(1))(1)(()(21221s G s G s G s G s G s +++=Φc) )()(1)())()(()(31321s G s G s G s G s G s ++=Φd) )()()()(1))()()(323121s G s G s G s G s G s G s -+-=Φe) G(s)=[G 1(s)- G 2(s)]G 3(s)f) )()()()()()()()()()(1)()()()()(43213243214321s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s +-++=Φg) )()()()()()()()(1)()()()(43213212321s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s -+-=Φ题2-8 解：102310)1()()(k k s s T Ts k k s R s C ⋅++++⋅=1023101)1()()(k k s s T Ts k k s N s C ⋅++++⋅=1023102)1()()(k k s s T Ts s T k k s N s C ⋅++++⋅⋅⋅= 题2-9 解：)()()()(1)()()(4321111s G s G s G s G s G s R s C +=)()()()(1)()()(4321222s G s G s G s G s G s R s C +=)()()()(1)()()()()(432142121s G s G s G s G s G s G s G s R s C +=)()()()(1)()()(4321412s G s G s G s G s G s R s C +=题2-10 解：(1)3212321)()(k k k s k k k s R s C +=3212032143)()()(k k k s s G k k k s k k s N s C +⋅+=(2) 2140)(k k sk s G ⋅-= 题2-11 解：122212211111)()1()()(z z s T s T T C s T T s T k k s s m m d e L ⋅++⋅+++⋅=ΘΘ (T 1=R 1C, T 2=R 2C, T d =L a /R a , T m =GD 2R a /375C e C m )第三章 习题答案3-1． s T 15=（取5%误差带） 3-2． 1.0=H K K=2 3-3．当系统参数为：2.0=ξ，15-=s n ω时，指标计算为：%7.52%222.0114.32.01===-⨯---e eξξπσs t ns 352.033=⨯==ξωs t n p 641.02.01514.3122=-⨯=-=ξωπ当系统参数为：0.1=ξ，15-=s n ω时，系统为临界阻尼状态，系统无超调，此时有：st ns 95.057.10.145.67.145.6=-⨯=-=ωξ3-4．当110-=s K 时，代入上式得：110-=s n ω，5.0=ξ，此时的性能指标为：%3.16%225.0114.35.01===-⨯---e eξξπσs t ns 6.0105.033=⨯==ξωs t n p 36.05.011014.3122=-⨯=-=ξωπ当120-=s K 时，代入上式得：11.14-=s n ω，35.0=ξ，此时的性能指标为：%5.30%2235.0114.335.01===-⨯---e eξξπσs t ns 6.01.1435.033=⨯==ξω由本题计算的结果可知：当系统的开环放大倍数增大时，其阻尼比减小，系统相对稳定性变差，系统峰值时间变短，超调量增大，响应变快，但由于振荡加剧，调节时间不一定短，本题中的调节时间一样大。
《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 ks 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)(1)(),(1)(t t n t t t r =⋅=时，系统的稳态误差?=ss e>《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。
自动控制原理试卷、习题及答案2套
自动控制 (A )试卷一、系统结构如图所示，u1为输入， u2为输出，试求 1．求网络的传递函数G(s)=U1(s)/U2(s)2． 讨论元件R1，R2，C1，C2参数的选择对系统的稳定性是否有影响。
（15分）2二、图示系统，试求，（1） 当输入r(t)=0，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差e ss;（2） 当输入r(t)=1(t)，n(t)=1(t)时，系统的稳态误差e ss; （3） 若要减小稳态误差，则应如何调整K 1，K 2？（15分）三．已知单位负反馈系统的开环传递函数为.)())(()(1Ts s 1s 12s K s G 2+++=试确定当闭环系统稳定时，T ，K 应满足的条件。
（15分）四、已知系统的结构图如图所示，（1） 画出当∞→0:K 变化时，系统的根轨迹图；（2） 用根轨迹法确定，使系统具有阻尼比50.=ζ时，K 的取值及闭环极点（共轭复根）。
（15分）五、已知最小相位系统的对数幅频特性渐近特性曲线，1.试求系统的开环传递函数G （s ）;2.求出系统的相角裕量γ;3．判断闭环系统的稳定性。
（15分）六、设单位反馈系统的开环传递函数如下，2s158s -+=)()(s H s G 1. 试画出系统的乃奎斯特曲线;2. 用乃氏判据判断系统的稳定性（15分） 七、已知单位反馈系统的开环传递函数为1)s(2s 4G +=)(s使设计一串联滞后校正装置，使系统的相角裕量040≥γ，幅值裕量10db K g≥，并保持原有的开环增益值。
（10分）自动控制理论B一． 试求图示系统的输出z 变换C(z).（20分）(b)(a)二.闭环离散系统如图所示，其中采样周期T =1s ，（20分）1． 试求系统的开环脉冲传递函数G(z); 2． 求系统的闭环脉冲传递函数)z (Φ； 3． 确定闭环系统稳定时K 的取值范围。
（注：()T 22e z z )s 1(Z ,1z Tz )s 1(Z ,1z z )s1(Z αα--=+-=-=）三. 设单位反馈线性离散系统如图所示，其中T ＝1秒，试求取在等速度 输入信号r (t )=1作用下，能使给定系统成为最少拍系统的数字控制器的脉冲传递函数D (z )。
东北大学本科期末试题自控原理
（03 A 卷）1．（10分）下图所示电路，求)()()(s U s U s W r C =。
2．（10分）下图所示系统，求)()()(s X s X s W r C =。
二．（15分）已知一单位负反馈系统的单位阶跃响应曲线如下图所示，求系统的闭环传递函数。
三．（15分）已知单位负反馈系统的开环传函为()3222)(ss s K s W k ++= （1） 画出系统根轨迹（关键点要标明）。
（2） 求使系统稳定的K 值范围，及临界状态下的振荡频率。
四．（15分）设系统开环传函为()()111)(-+=s Ts s W k τ，试分别大致画出τ<T ，τ=T, τ>T三种情况下的奈氏图。
五．（20分）（1）已知一最小相位系统开环的对数幅频特性如下图所示，试写出系统开环传递函数()s W k ，计算相位裕量PM 和增益裕量GM 。
（2）若系统原有的开环传递函数为()()21.01100ss s W +=，而校正后的对数幅频特性如下图所示，求串联校正装置的传递函数。
六．（5分）画出两个常见的非线性元件的特性。
七．（10分）求解差分方程 ()()()()t k f k f k f δ=++-+2132 其中，初始条件：()00=f ，()01=f ；输入条件：()⎩⎨⎧≠=∞=000t t t δ（03 B 卷）2．（10分）下图所示系统，求)()()(s N s X s W C =。
二．（15分）已知系统如下图所示，求系统的单位阶跃响应，并判断系统的稳定性。
三．（15分）已知系统如下图所示，（3） 画出系统根轨迹（关键点要标明）。
（4） 求使系统稳定的K 值范围，及临界状态下的振荡频率。
四．（15分）设系统开环传函为()()11)(-+=s Ts Ks W k τ，画出当K>1时的奈氏曲线（分τ<T ，τ=T, τ>T 三种情况），并判断系统的稳定性。
五．（20分）已知一系统原有的特性为()()21.01100ss s W +=，校正装置的特性为()()()11.0101.0125.0+++=s s s s W c ，（1） 画出原系统和校正装置的对数幅频特性。
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3
n
1.6
1.46 s（或 t s
4
n
3
（3 分） ； 3.33 s）
由 tm
n 1 2
1.96 s，得 t s
n
1 2
1.46 s（或 t s
4
n
（3 分） ； 3.33 s）
由
n n 1
2
1.2 0.75 ，得 % e 1.6
校正后系统的相位裕量为：
) 180 180 arctan (c
6.66 6.66 6.66 2 arctan 37.4 2 arctan 5 16.17 2.74
六．如图 3 所示为一非线性系统，其中 K 1 、 M 1 ，试用描述函数法分析系统存在自振的条件，并确定 振幅与频率。 （图中非线性特性的描述函数为 K
D' ( s) N ( s) N ' ( s) D( s) ( s 1)(s 2) s( s 2) s( s 1) 0
得分离点为 s1 0.423 和 s 2 1.577 。因为在 1 ~ 2 之间不可能有根轨迹，故分离点应为
s1 0.423 ，将 s1 0.423 代入特征方程得其对应 K g 为 0.385；所以，系统的单位阶跃函数输入响应
所以，校正装置的传递函数为
2 （ 1 s 2.74） Wc ( s ) 2 （ 1 s 16.17）
此校正为串联滞后校正，主要是利用该装置的低频幅值衰减特性。 由校正后特性得：
10 c 2.74 ) 6.66s 1 A( c 1 ，则 c 2 c c 5
自动控制原理期末试题 B 卷答案
一．概念题（10 分） （1）简述闭环自动控制系统一般是由哪些基本环节组成，并画出其控制系统结构图。 （2）简述什么是无差系统。 解： （1） （5 分）
1-给定环节；2-比较环节；3-校正环节；4-放大环节；5-执行机构；6-被控对象；7-检测装置 （2）若系统的稳态误差为零，则称该系统为无差系统。 （5 分） 二． 控制系统如图 1 所示，其中 Wc ( s) 为补偿校正装置，试求该系统的扰动误差传递函数 X c ( s) N ( s) ， 并从理论上确定如何设计补偿校正装置 Wc ( s) 可以使系统补偿后的扰动误差为零。 （10 分）
五． 一单位负反馈最小相位系统的开环对数幅频特性如图 2 所示，其中虚线为校正前特性，实线为加入 串联校正装置后的特性。 1． 试写出串联校正装置的传递函数，并说明此校正主要是利用该装置的什么特性； 2． 试求校正后系统的相位裕量 (c ) 。 （20 分）
L( ) / dB
20
-4
0
- 20
100% e 0.75* 100% 4.3% （3 分）
四．设单位负反馈系统的开环传递函数为（14 分）
Wk ( s)
kg s( s 1)(s 2)
；
1． 绘制闭环系统根轨迹； 2． 试确定系统呈单调动态过程以及衰减振荡动态过程的 K g 取值范围。 解： （1） 有三个开环极点： p0 0 , p1 1 , p 2 2 。 （2） 在 1 ~ 0 及 2 ~ 的实轴上有根轨迹。 （3） 分离点计算
为单调过程的 K g 取值范围为 0 K g 0.385 ； （4） 渐近线倾角按式(4-13)算得
渐近线交点计算，
180o (1 2 ) 60o , 60o , 180o 30
k
p j zi
j 1 i 1
n
m
nm
1
（5） 根轨迹与虚轴交点。由已知开环传递函数可得闭环系统特征方程为
0 1 2.74 5
16.17
/ s 1
-60
-60
图2
解： 由图可知： 40 lg K 20 ，则 K 10 校正前系统的开环传递函数为：
WK ( s)
10 s s 2 ( 1) 5
校正后系统的开环传递函数为：
2 10 （ 1 s 2.74） WK ( s) s 2 s2 ( 1 （ ) 1 s 16.17） 5
s( sห้องสมุดไป่ตู้ 1)(s 2) K g 0
令 s j 得
j ( j 1)( j 2) K g 0
亦即
K g 3 2 0
2 3 0
根轨迹与虚轴交点为 2 ，对应的根轨迹放大系数为 K g 6 ，所以，系统的单位阶跃函数输入 响应为衰减振荡过程的 K g 取值范围为 0.8794 K g 6 。
当 X 时，
线性部分传递函数为 3 阶，所以， W ( j ) 曲线必与负实轴有交点： 若 W ( j ) 曲线在 [0,1] 区间与实轴相交，则产生稳定的自振荡； （2 分）
Wk ( j ) P( ) jQ( )
式中
P( )
K (1 2T1T2 ) K (T1 T2 ) Q ( ) ； [1 2 (T12 T22 ) 4T12T22 ] 1 2 (T12 T22 ) 4T12T22
在 0 时， P(0) K (T1 T2 ) ， Q(0) 。 在
1 T1T2
时（2 分） ， P( )
KT1T2 ， Q( ) 0 。 T1 T2
N ( X ) K
T T 4M 4 4 1 1 ；解得： X （2 分） X X KT1T2 (T1 T2 KT1T2 )
K 4M ； W ( s) ） （8 分） X s(T1 s 1)(T2 s 1)
图3 解：
由非线性元件的描述函数得其基准描述函数的负倒特性为：
1 N(X ) 1 4M K X
其负倒描述函数特性如下图所示。
当 X 0 时，
1 0； N(X ) 1 1 1 曲线位于实轴 (0,1] 区间。 1 ，即 N(X ) N(X ) K
如果选取
Wc ( s)
1 （5 分） W1 ( s)
则得到
X c ( s) 0
从而，实现系统补偿后的扰动误差为零。 三．已知某三阶单位负反馈系统具有一个有限零点为-1.5、三个极点分别为 1.2 j1.6 和-1.49、且系统传 递函数根的形式放大系数为 4。试求系统在单位阶跃函数作用下，系统的动态性能指标超调量 % 、调整 时间 t s 和峰值时间 t m 。 （10 分） 解： ： s3 1.49 与 z1 1.5 构成偶极子可相消，故系统可以用主导极点 s1, 2 构成的低阶系统近似（1 分） 由 n 1.2 ，得 t s
1 T1T2
。
即，当 K
4 T1 T2 时（2 分） ，系统存在自振，其振幅 与自振频率为 T1T2 (T1 T2 KT1T2 )
七． 采样系统闭环特征方程 D( z ) z z 0.8 j 0.7 z 0.8 j 0.7 ，判断闭环系统的稳定性（说 明理由） 。 （8 分） 解：系统不稳定（4 分） 。 因为离散时间系统闭环稳定的充要条件是所有闭环极点位于单位圆内，而此系统已有 2 个单位圆 外的闭环极点 z 0.8 j 0.7 。 （4 分）
图1 解： 系统的扰动误差传递函数为
控制系统结构图
X c ( s) [1 W1 ( s)Wc ( s)]W2 ( s) （5 分） N ( s) 1 W1 ( s)W2 ( s)
则
X c ( s)
[1 W1 ( s)Wc ( s)]W2 ( s) N ( s) 1 W1 ( s)W2 ( s)