自控原理复习题

第一章 自动控制的一般概念

1、何谓开环控制和闭环控制？

2、试说明闭环控制的特点？

3、什么叫校正元件？

4、试述反馈控制系统的基本组成。

5、对控制系统的首要要求是什么？

6、试述自动控制系统的基本类型。

7、反馈控制原理是什么?

8、自动开关门控制系统原理如图所示，试说明系统工作原理，画出系统方框图。

图1-5自动开关门控制系统原理

9、图为一液位控制系统示意图，说明系统的 工作原理，并画出方块图。

10、对闭环控制系统的基本要求是什么？

11、反馈控制系统的优点之一是它能有效地抑制系统 ( ) 中扰动的影响。

A ．给定通道

B 。反馈通道

C 。测量装置

D 。前向通道 12、根据控制系统传输信号的性质分类，控制系统可分为（ ）。

A ． 恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统

B ． 反馈控制系统、前馈控制系统、前馈—反馈控制系统

C ． 最优控制系统和模糊控制系统

D ． 连续控制系统和离散控制系统

13、什么是反馈元件？

14、开环控制系统和闭环控制系统的主要特点是什么？ 15、什么叫比较元件？

16、自动控制系统最基本的控制方式是什么？

第二章 控制系统的数学模型

1、传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于 ， 并且只适于零初始条件下的线性定常系统。

2、系统方框图如下，求其传递函数

())

(s R s C 。

3、已知系统结构图如图所示，绘制对应的信号流图，并用梅森公式求出传递函数)(/)(s R s C 和误差传递函数)(/)(s R s E 。

4、一线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与 相同。

5、输入信号和反馈信号之间的比较结果称为 。

6、在驱动力矩一定的条件下，机电系统的转动惯量越小，其 越好。

7、求如图所示系统的闭环传递函数()

()()

C s s R s Φ=

。

8、系统的信号流图如图所示，试求其传递函数()()/()s C s R s Φ=（给出求解过程）。

(R s ()

s

9、梅逊公式主要用于什么？

10、适合应用传递函数描述的系统是什么系统？

11、反馈控制系统的优点之一是它能有效地抑制系统 ( ) 中扰动的影响。 A ．给定通道 B 。反馈通道 C 。测量装置 D 。前向通道

12、单位反馈系统的前向通路传递函数为)(s G 。那么，该系统的闭环传递函数应是什么？ 13、什么叫偏差？

14、 是指用线性微分方程描述的系统，其重要性质是可以应用叠加原理。 15、求如下方块图的传递函数。

16、方框图的基本连接方式有有哪些？

17、已知系统信号流图，求传递函数 X 4/X 1及 X 2/X 1。

18、控制系统的闭环传递函数为 )

()(1)

()(s H s G s G s W +=

。那么，该系统的开环传递函数是

什么？

19、关于系统传递函数，以下说法不正确的是

A. 是在零初始条件下定义的；

B. 只适合于描述线性定常系统；

C. 与相应s 平面零极点分布图等价；

D. 与扰动作用下输出的幅值无关。

f

20、如图示系统结构图，试用结构图化简方法求传递函数()

()

C s R s 。

\

21、二阶系统对加速度信号响应的稳态误差是什么？ 22、什么是线性定常系统的传递函数？

23、采用系统的输入、输出微分方程对系统进行数学描述是（ ）。 A ．系统各变量的动态描述 B ．系统的外部描述 C ．系统的内部描述 D ．系统的外部和内部描述

24、控制系统的闭环极点分别为s s 12054=-=-.,，没有零点，系统增益为5，则其闭环传递函数是什么？

25、如果在MA TLAB 提示符>>后输入以下语句， >> num=[1,2,-2]; >> den=[1,3,0,-3,5]; >> tf(num,den)

则运行结果是什么？

第三章 线性系统时域分析法

21

()2551

G s s s =

++，则系统的阻尼

1、设系统的传递函数为比为多少？

2、控制系统对输入信号的响应由______分量和______分量两部分组成。

3、系统的误差大小和系统中的积分环节多少有何关系？

4、已知一连续系统的特征方程为

5432()681317223D s s s s s s =+-+++，则该系统是否稳定？

5、已知单位反馈系统的开环传递函数为()

(0.11)(0.21)

K

G s s s s ++试确定系统稳定时的K

值范围。

6、某典型环节的传递函数是

21

)(+=

s s G ，则系统的时间常数是多少？

7、二阶系统当输入为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒等于什么值？ 8、一控制系统的开环传递函数为 )

22)(15.0()

5.0(10)(2

++++=s s s s s s G o 。那么,该系统是几阶系统？

9、系统结构图如图所示

（1） 写出闭环传递函数)(s Φ表达式； （2） 要使系统满足条件：707.0=ξ,2=n ω,

试确定相应的参数K 和β； （3） 求此时系统的动态性能指标（s t ,0

0σ

）；

（4）t t r 2)(=时，求系统的稳态误差ss e ；

(5)确定)(s G n ，使干扰)(t n 对系统输出)(t c 无影响。

10、某线性控制系统的速度误差为0.那么,该系统至少应为几型系统？ 11、典型一阶系统的传递函数为1

Ts 1

+，其中的T 称为什么？该系统的阶跃响应指标：σ%=？t s = ？

12、系统的稳态误差与哪些因素有关？

13、以下说法正确的是（ ）

A.时间响应只能分析系统的瞬态响应

B.频率特性只能分析系统的稳态响应

C.时间响应和频率特性都能揭示系统的动态特性

D.频率特性没有量纲

14、对二阶系统来说，若阻尼比越小，则超调量越______(答大或小)，上升时间越_______ (答短或长)。

15、在扰动作用点与偏差信号之间加上 能使静态误差降为0。 积分环节

16、增大系统的开环增益可以_________(答增大或减小)系统的稳态误差。 减小

17、系统特征方程为 0632)(2

3

=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A. 稳定； B. 临界稳定；

C. 右半平面闭环极点数2=Z ；

D. 型别1=v 。

18、采用负反馈形式连接后 A. 一定能使闭环系统稳定； B. 系统动态性能一定会提高；

C. 一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；

D. 需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 19、某典型环节的传递函数是1

()4

G s s =

+，则系统的时间常数是多少？ 20、已知一系统的闭环传递函数为()

()1()()

G s S G s H s Φ=+，则无干扰作用时输入端误差传递函数

是什么？

21、单位反馈系统开环传递函数为()2

5

6G s s s s

=++，当输入为单位阶跃时，则其位置误差是多少？

22、某系统的闭环传递函数为：()k

s s s k

s s G B 24322

3++++=，当k =（ ）时，闭环系统临界稳定。

23、单位反馈系统稳态速度误差的正确含义是什么？

24、系统在2

)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明

A. 型别2

B. 系统不稳定；

C. 输入幅值过大；

D. 闭环传递函数中有一个积分环节。

25、非单位反馈系统，其前向通道传递函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)，则输入端定义

的误差E(S)与输出端定义的误差*()E S 之间的关系如何？

26、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明其型别如何？

27、系统的传递函数())

4)(1(5

2

++=

s s s s G ，其系统的增益和型次是什么？ 28、已知二阶系统单位阶跃响应曲线呈现出等幅振荡，则其阻尼比可能是什么？

29、系统结构如图所示。要求系统阻尼比0.6ξ=，试确定t K 之值并计算该系统的动态性能指标（p t 、s t 、%σ）。

30、系统的传递函数G s s s s s ()()

()()

=

+++83232，其系统的增益和型别是什么？

31、单位反馈开环传递函数为)

10)(2()

(10)(+++=s s s a s s G ，

(1)试确定使系统稳定的a 值；

(2)使系统特征值均落在S 平面中1Re -=这条线左边的a 值。 32、系统结构图如图所示。

（1） 为确保系统稳定，如何取K 值？

（2） 若22)(+=t t r 时，要求系统稳态误差25.0≤ss e ，K 应取何值？

33、已知具有局部反馈回路的控制系统方块图如图所示，求： (1)系统稳定时K f 的取值范围； (2)求输入为2

2

1)(t t x =

时，系统的静态加速度误差系数K a ； (3)说明系统的局部反馈K f s 对系统的稳态误差e ss 的影响。

34、如何减少系统的误差?

35、高阶系统简化为低阶系统的合理方法是什么？ 36、若系统的开环传 递函数为

10

(52)

s s +，则它的开环增益是多少？

37、一阶系统的闭环极点越靠近S 平面原点：（ ） 38、什么是主导极点？主导极点起什么作用？

39、评价控制系统的优劣的时域性能指标常用的有哪些？每个指标的含义和作用是什么？ 40、什么是偶极子？偶极子起什么作用？

41、试说明?型系统在稳定条件下不能跟踪加速度输入信号。

42、 二阶系统的传递函数

25

() 25G s s s =

++，则该系统是临界阻尼系统、欠阻尼系统、

过阻尼系统还是零阻尼系统？

43、设系统特征方程为s 4+8s 3+18s 2+16s+5=0；试用劳斯稳定判据判别系统稳定性。 44、系统闭环极点在S 平面的分布如图所示。该系统是否稳定？ 45、控制系统如图所示，系统单位阶跃响应的峰值时间为3s 、超调量为20%，求K ，a 值。

第四章 线性系统的根轨迹法

1、一闭环系统的开环传递函数为G s s s s s ()()

()()

=+++83232，则该系统型别和根轨迹增益分

别是什么？

2、单位负反馈控制系统的开环传递函数为

()(1)(2)

k

G s s s s =

++

试绘制系统的根轨迹图。

渐进线与实轴的交点01213a σ--==-，渐进线与实轴的夹角(21)5,,

333

a k πππ

?π+== 分离点：

111

012

d d d ++=++?0.423d =-、 1.577d =-（舍去）

；

与虚轴的交点：

3、若两个系统的根轨迹相同，则有相同的：（ ）

A 、闭环零点和极点

B 、开环零点

C 、闭环极点

D 、阶跃响应 4、设控制系统的开环传递函数为G(s) =)

4)(2(++s s s K

试绘制该系统的根轨迹，并求出使

系统稳定的K 值范围。

5、根轨迹法是通过 直接寻找闭环根轨迹。

6、已知负反馈系统的开环传递函数

)

102.0)(101.0()(++=

s s s K

s G ，

(1) 概略绘制系统的根轨迹图； (2) 确定临界稳定开环增益v K ；

(3) 确定与系统临界阻尼比相应的开环增益K 。

7、已知单位反馈系统的开环传递函数为)

3)(2()

5()(*+++=s s s s K s G ，试概略绘出系统根轨迹

图。

1、① 实轴上的根轨迹：

[]3,5--, []0,2- （2分）

② 渐近线： ???

????±=+==----=22)12(02

)5(320ππ?σk a a

③ 分离点： 5

1

31211+=

++++d d d d 用试探法可得 886.0-=d

。

根轨迹如图所示。

8、 rlocus(tf([1,2],[1,2,0,3]))是绘制某一闭环系统根轨迹图MATLAB 语句，该语句要绘制的闭环系统的开环传递函数是什么？

9、开环传递函数为G(s)H(s)=

3

(3)

K

s s +,则实轴上的根轨迹是什么？

10、单位反馈系统的开环传递函数为 2

*

)

3()(+=s s K s G （1） 绘制∞→=0*

K 时的系统根轨迹（确定渐近线，分离点，与虚轴交点）； （2） 确定使系统满足10<<ξ的开环增益K 的取值范围； （3） 定性分析在10<<ξ范围内，K 增大时，s t ,0

0σ

以及t t r =)(作用下ss e 的变化

趋势（增加/减小/不变）。

11、已知开环零、极点如下图所示，试绘制相应的根轨迹。

12、设某控制系统的开环传递函数为)

22()(2++=

s s s k

s G

试绘制参量k 由0变至∞时的根轨迹图，并求开环增益临界值。

13、已知控制系统的闭环传递函数)()(1)

()(s H s G s G s +=Φ，则其根轨迹起始于哪个点？

14、开环传递函数为3

()()(4)

K

G s H s s s =

+，则实轴上的根轨迹范围是什么？ 15、已知系统开环传递函数)

2)(1()(*

++=s s s K s G ，则与虚轴交点处的K *等于多少？

16、已知负反馈控制系统的闭环特征方程为：

*2(14)(22)0K s s s ++++=

（1）绘制系统根轨迹（0<*

K <∞）;

（2）确定使复数闭环主导极点的阻尼系ζ＝0.5的*

K 值。

第五章 线性系统的频域分析法

1、设开环传递函数10)

1)((10

)(++=s s s G ，试说明开环系统频率特性极坐标图的起点和终

点。

2、当乃氏图逆时针从第二象限越过负实轴到第三象限去时称为正穿越还是负穿越？

3、频率特性图包括哪些？

4、已知系统开环传递函数)

2)(1(1

)(++=s s s s G v ，试分别绘制4,3,2,1=v 时的概略开环幅

相曲线。

5、0型、I 型、II 型系统对数幅频特性的低频段渐近线斜率分别是什么？

6、一般为使系统有较好的稳定性,希望相位裕量γ的范围多少？

7、对于单位反馈的最小相角系统，依据三频段理论可得出什么结论？

8、已知开环幅频特性如图所示，试分别求出相应闭环系统在s 右半平面的极点数Z 分别为多少？

① ② ③

9、描述系统的微分方程为()()()()t x t x dt

t dx dt t x d i =++230202，则其频率特性=)(ωj G ？ 10、振荡环节在转折频率时的相位角为多少度？大于转折频率时渐近对数幅频特性的斜率为多少dB/dec 。

11、绘制传递函数2

200

()(1)(101)

G s s s s =

++的渐近对数幅频特性曲线。 12、一般来说,系统的相位裕量愈大，则超调量_______；穿越频率愈大，则调节时间_______。 13、某系统的结构图和开环幅相曲线如图(a)、(b)所示。图中

G s s s H s s s ()(),

()()=

+=+1112

3

2

试判断闭环系统稳定性，并决定闭环特征方程正实部根个数。

14、已知一系统传递函数为1

()2

s s Φ=+，当输入信号为()sin(2)r t t =时，系统输出的稳态响应是什么？

15、某单位反馈开环系统的传递函数为)

20)(2(2000

)(++=s s s s G ，

(1)画出系统开环幅频Bode 图。 (2)计算相位裕量。

16、一单位反馈系统的闭环传递函数为2

()2

s s Φ=+，当输入r t t ()sin =22时，则其稳

态输出的幅值为多少？

17、设单位反馈控制系统的开环传递函数为2

1

()s G s s

α+=试确定相角裕度为

45°时的α值。

18、控制系统的相位稳定裕量反咉了系统的 ( )。

A ．稳定性

B 。稳态性能

C 。快速性

D 。动态性能 19、一阶微分环节()1G s Ts =+，当频率1

T

ω=时，则相频特性()G j ω∠为多少度？ 20、写出画伯德图的步骤。 21、已知系统开环传递函数G s s s s ()(.)()(.)

=+++50

021205，试概略绘制系统开环幅相频

率特性曲线。

22、已知系统的开环传递函数为

)

1Ts 2s T )(1s T (s )

1s (k 221++++ζτ 。则系统的开环渐近对数幅

频特性在ω→0时的斜率为多少？

23、当输入为正弦函数时，频率特性G(jω)与传递函数G(s)的关系是什么？ 24、绘制传递函数G s s s s ()()()

=

++200

11012

的渐近对数幅频特性曲线。 25、二阶振荡环节乃奎斯特图中与虚轴交点的频率为（ ）

A.最大相位频率

B.固有频率

C.谐振频率

D.截止频率 26、已知给定系统的传递函数)

1(10

)(+=s s s G ，分析系统由哪些环节组成，并画出系统的

Bode 图。

27、闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的：低频段、中频段还是高频段？

28、已知某单位负反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=12+as

s

，绘制奈奎斯特曲线，判别

系统的稳定性；并用劳斯判据验证其正确性。

29、系统的开环对数频率特性如图所示。在图中标出穿越

频率c ω、相位交界频率g ω、在穿越频率时的相位角

)(C ω?、相位稳定裕量γ和幅值稳定裕量GM(dB)。写出

γ和GM(dB)的表达式。

第六章 线性系统的校正方法

1、什么是校正？根据校正环节在系统中的联结方式，校正可分为几类?

2、单位反馈系统的开环传递函数为()(1)(0.31)

K

G s s s s =

++ ，若要求校正后系统的静态速

度误差系数5K 0≥s -1 ,45≥γ0 。试设计一串联校正网络。 3、频域串联校正方法一般适用于什么系统？ 4、最常用的补偿方法有哪些？

5、PI 控制器是是一种相位________校正装置,主要用来改善系统的_______性能。

6、采用无源滞后网络进行串联校正时，主要利用其什么特性？

7、设系统开环传递函数0G k

（s ）=

s(0.1s+1)

,试用串联比例-微分（PD ）装置或串联比例-积分（PI ）装置进行校正，使系统p k ≥200，()c w γ≥50，并确定校正网络的参数。 8、若已知某串联校正装置的传递函数为1

()101

c s G s s +=

+，则它是一种什么校正？

9、单位反馈系统的开环对数幅频特性曲线)(0ωL 如图3所示，采用串联校正，校正装置的

传递函数 ??

?

??+??? ??+??

? ??+??? ??+=110013.011013)(s s s s s G c

（1） 写出校正前系统的传递函数)(0s G ；

（2） 在图3中绘制校正后系统的对数幅频特性曲线)(ωL ； 求校正后系统的截止频率c ω和相角裕度γ。

10、一般来说，系统增加积分环节，系统的稳定性将（ ）。

A ．变坏

B 。变好

C 。不变

D 。可能变好也可能变坏 11、已知校正装置的渐近对数幅频特性如图所示。试判断该环节的相位特性是( )。

A ．相位超前

B ．相位滞后

C ．相位滞后-相位超前

D ．相位超前-相位滞后

12、.已知超前校正装置的传递函数为1

32.01

2)(++=s s s G c ，

其

最大超前角所对应的频率m ω等于多少？

13、超前校正主要是用于改善系统的什么性能？

14、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 15、某串联校正装置的传递函数为G c （S ）=11TS

K

TS

β++（0<β<1）,则该装置是什么装置？

16、下列串联校正装置的传递函数中，能在1c ω=处提供最大相位超前角的是：（ ）

A 、

1011s s ++ B 、1010.11s s ++ C 、210.51s s ++ D 、0.11

101

s s ++ 17、单位反馈系统的开环传递函数为: 100()(0.041)

K

G s s s =

+ ，若要求系统对单位斜坡输入

信号的稳态误差e SS ≤1%,相位裕度γ≥400,试确定串联校正网络。 18、单位反馈系统开环传递函数为 )

1S (S K

)s (G +=

，设计一串联超前校正网络，使该系

统满足如下指标：（1）相位裕度45≥γ0（2）在单位斜坡输入下稳态误差ss e ＜

15

1

rad 。