第一章 习题答案 习 题 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。 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 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 1-4 题1-4图是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器1P 、2 P
并联后跨接到同一电源0 E 的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结，组成方位角的给定元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速后带动，电动机采用电枢控制的方式工作。 试分析系统的工作原理，指出系统的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 题1-4图导弹发射架方位角控制系统原理图 1-5 采用离心调速器的蒸汽 机转速控制系统如题1-5图所示。 其工作原理是：当蒸汽机带动负载 转动的同时，通过圆锥齿轮带动一 对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链 可带动套筒上下滑动，套筒装有平 衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠 杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽 阀门的开度。在蒸汽机正常运行 时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速 ω下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速 ω增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速 ω保持在某个期望值附近。 指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 1-6 摄像机角位置自动跟踪系统如题1-6图所示。当光点显示器对准某个方向时，摄像机会自动跟踪并对准这个方向。试分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量及给定量，画出系统方框图。 题1-5图蒸汽机转速自动控制系统
一、填空题（每空1分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为 ()G s ，则G(s)为G 1(s)+G 2(s)（用G 1(s)与G 2(s)表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω 1.414， 阻尼比=ξ0.707， 该系统的特征方程为2220s s ++=， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s + ++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 (1) (1) K s s Ts τ++。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，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。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在 零初始条件下、线性定常控制系统的 输出拉氏变换与 输入拉氏变换之比。 5、设系统的开环传递函数为2(1)(1)K s s Ts τ++，则其开环幅频特性为222221 1 K T τωωω++； 相频特性为arctan 180arctan T τωω--(或：2 180arctan 1T T τωω τω---+)。 6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标调整时间s t ，它们反映了系统动态过程的快速性 .
《自动控制原理》习题参考答案 第1章 1.7.2基础部分 1.答：开环控制如：台灯灯光调节系统。 其工作原理为：输入信号为加在台灯灯泡两端的电压，输出信号为灯泡的亮度，被控对象为灯泡。当输入信号增加时，输出信号（灯泡的亮度）增加，反之亦然。 闭环控制如：水塔水位自动控制系统。 其工作原理为：输入信号为电机两端电压，输出信号为水塔水位，被控对象为电机调节装置。当水塔水位下降时，通过检测装置检测到水位下降，将此信号反馈至电机，电机为使水塔水位维持在某一固定位置增大电机两端的电压，通过调节装置调节使水塔水位升高。反之亦然。 2.答：自动控制理论发展大致经历了几个阶段： 第一阶段：本世纪40~60年代，称为“经典控制理论”时期。 第二阶段：本世纪60~70年代，称为“现代控制理论”时期。 第三阶段：本世纪70年代末至今，控制理论向“大系统理论”和“智能控制”方向发展。 3.答：开环控制：控制器与被空对象之间只有正向作用而没有反馈控制作用，即系统的输 出量与对控制量没有影响。 闭环控制：指控制装置与被空对象之间既有正向作用，又有反向联系控制的过程。 开环控制与闭环控制的优缺点比较： 对开环控制系统来说，由于被控制量和控制量之间没有任何联系，所以对干扰造成的误差系统不具备修正的能力。 对闭环控制系统来说，由于采用了负反馈，固而被控制量对于外部和内部的干扰都不甚敏感，因此，有不能采用不太精密和成本低廉的元件构成控制质量较高的系统。 4.答：10 线性定常系统；（2）非线性定常系统； （3）非线性时变系统；（4）非线时变系统； 1.7.3 提高部分 1.答：1）方框图： 2)工作原理：假定水箱在水位为给定值c（该给定值与电位器给定电信ur对应），此时浮子处于平衡位置，电动机无控制作用，水箱处于给定水位高度，水的流入量与流出量保持不变。当c增大时，由于进水量一时没变浮子上升，导致c升高，给电信计作用后，使电信计给电动机两端电压减小，电动机带动减齿轮，使控制阀开度减小，使进水量减小，待浮
专升本《自动控制理论》 一、（共34题,共154分） 1. 洗衣机是将洗涤、漂洗、脱水三个过程按设定的程序流程，顺序控制相应的进水阀门开通或关断、电机的启动，正反转和停止等操作，达到洗涤衣物的目的。其控制方式为：( ) （4分） A.反馈控制 B.开环控制 C.复合控制 D.变频控制 .标准答案：B 2. 传递函数是一种用系统参数表示输入量与输出量之间关系的表达式，它取决于：( ) （4分） A.输入量的形式 B.输出量的形式 C.系统的结构和参数 D.系统的初始条件 .标准答案：C 3. 图1所示的系统方框图对应的系统闭环传递函数为( ) 图1 （4分） A. B. C. D. .标准答案：B 4. 控制系统的性能分动态性能和稳态性能两类，以下选项中( )不属于系统在阶跃信号下的动态性能指标。（4分） A.超调量 B.峰值时间 C.调节时间 D.精度 .标准答案：D 5. 典型二阶控制系统的阻尼比决定了系统的阻尼程度，当阻尼比为0时，该系统的单位阶跃响应会是：( ) （4分） A.等幅振荡 B.衰减振荡 C.发散振荡 D.单调上升 .标准答案：A 6. 已知一系统的闭环传递函数，其主导极点为( ) （4分） A.-1 B.-3 C.-1+j, -1-j D.-10 .标准答案：C 7. 控制系统如图2所示图2 系统稳定时K值范围为( ) （4分） A.K >10 B.0 .标准答案：A 8. {系统的根轨迹，如图3所示，（4分） A. B. C. D. .标准答案：B 9. 某最小相位系统的开环幅相曲线如图4所示( ) 图4 （4分） A.相角裕度PM B.相角裕度PM C.相角裕度PM>0，系统稳定。 D.相角裕度PM>0，系统不稳定。 .标准答案：C 10. 已知一最小相位校正器的开环幅频特性曲线如图4所示。
《自动控制理论 第3版》习题参考答案 第二章 2-1 (a) ()()1 1 2 12 11212212122112+++?+=+++=CS R R R R CS R R R R R R CS R R R CS R R s U s U (b) ()()1 )(1 2221112212121++++= s C R C R C R s C C R R s U s U 2-2 (a) ()()RCs RCs s U s U 112+= (b) ()()1 4 1112+?-=Cs R R R s U s U (c) ()()??? ??+-=141112Cs R R R s U s U 2-3 设激磁磁通f f i K =φ恒定 ()()()? ? ? ???++++=Θφφπφm e a a a a m a C C f R s J R f L Js L s C s U s 2602 2-4 ()() ()φ φφπφ m A m e a a a a m A C K s C C f R i s J R f L i Js iL C K s R s C +?? ? ??++++= 26023 2-5 ()2.0084.01019.23-=?--d d u i 2-8 (a) ()()()()3113211G H G G G G s R s C +++= (b) ()()()()() 31243212143211H G H G G G H G G G G G G s R s C +++++= 2-9 框图化简中间结果如图A-2-1所示。 0.7 C(s) + + _ R(s) 1 13.02++s s s 22.116.0+Ks + 图A-2-1 题2-9框图化简中间结果 ()()()()52 .042.018.17.09.042 .07.023 ++++++=s k s k s s s R s C 2-10 ()()42 32121123211G H G G H G G H G G G G s R s C ++-+= 2-11 系统信号流程图如图A-2-2所示。
自动控制原理 一、简答题：（合计20分, 共4个小题，每题5分） 1. 如果一个控制系统的阻尼比比较小，请从时域指标和频域指标两方面 说明该系统会有什么样的表现？并解释原因。 2. 大多数情况下，为保证系统的稳定性，通常要求开环对数幅频特性曲 线在穿越频率处的斜率为多少？为什么？ 3. 简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 4. 用根轨迹分别说明，对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一 个开环极点对系统根轨迹走向的影响。 二、已知质量-弹簧-阻尼器系统如图(a)所示，其中质量为m 公斤，弹簧系数为k 牛顿/米，阻尼器系数为μ牛顿秒/米，当物体受F = 10牛顿的恒力作用时，其位移y (t )的的变化如图(b)所示。求m 、k 和μ的值。(合计20分) F ) t 图(a) 图(b) 三、已知一控制系统的结构图如下，（合计20分, 共2个小题，每题10分） 1） 确定该系统在输入信号()1()r t t =下的时域性能指标：超调量%σ，调 节时间s t 和峰值时间p t ； 2） 当()21(),()4sin3r t t n t t =?=时，求系统的稳态误差。
四、已知最小相位系统的开环对数幅频特性渐近线如图所示，c ω位于两个交接频率的几何中心。 1） 计算系统对阶跃信号、斜坡信号和加速度信号的稳态精度。 2） 计算超调量%σ和调节时间s t 。（合计20分, 共2个小题，每题10分） [ 1 %0.160.4( 1)sin σγ =+-, 1s t ?= 五、某火炮指挥系统结构如下图所示，()(0.21)(0.51) K G s s s s = ++系统最 大输出速度为2 r/min ，输出位置的容许误差小于2o ，求： 1） 确定满足上述指标的最小K 值，计算该K 值下的相位裕量和幅值裕量； 2） 前向通路中串联超前校正网络0.41 ()0.081 c s G s s +=+，试计算相位裕量。 （合计20分, 共2个小题，每题10分） L ()/ -20 5c
4-1 绘制具有下列开环传递函数的负反馈系统的根轨迹 1、()()()() 54* ++=s s s K s H s G 解：（1）3个开环极点为：p 1=0，p 2=-4，p 3=-5。 （2）实轴上的根轨迹（-4，0），（-∞，-5） （3）3030 54011 -=----= --= ∑∑==m n z p n i m j j i σ ()() ,,3 3 1212ππ π π ?±± =+= -+= k m n k a (4) 分离点： 1110d 45 d d ++=++ d=-1.47, d=-4.53(舍) （5）与虚轴的交点： 在交点处，s=j ω，同时也是闭环系统的特征根，必然符合闭环特征方程，于是有： () 020******** =++--=+++*=* K j j K s s s j s ωωωω 整理得： 0203 =-ωω；092 =-* ωK 解得01=ω；203,2±=ω；18092 ==* ωK 最后，根据以上数据精确地画出根轨迹。 2、()()()() 11.02 *++=s s s K s H s G 解：（1）开环极点有3个，分别为：p 1=p 2=-0，p 3=-1，开环零点为z=-0.1 （2）实轴上的根轨迹为：[-1 -0.1] (3) 渐进线有两条， 45.01 31 .010011 -=-+--=--=∑∑==m n z p n i m j j i σ ()() ,2 3,2 1 31212ππ π π ?± ± =-+= -+= k m n k a (4) 分离点： 1111d 10.1 d d d ++=++ d=0, d=--0.4(舍), d=0.25(舍 )
一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为G1(s)+G2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率= n ω 阻尼比=ξ ，0.7072 = 该系统的特征方程为2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s +++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的 开环传递函数为(1) (1)K s s Ts τ++。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1 ()[()()]p u t K e t e t dt T =+ ?， 其相应的传递函数为 1 [1] p K Ts + ，由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态性 能。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，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。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉
自动控制原理试题库含 答案 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为 ()G s ，则G(s)为G1(s)+G2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率 n ω 阻尼比=ξ，0.7072 = 该系统的特征方程为2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s + ++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传 递函数为(1) (1)K s s Ts τ++。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1 ()[()()]p u t K e t e t dt T =+ ?， 其相应的传递函数为 1 [1] p K Ts + ，由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态性能。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。
2、自动控制系统有两种基本控制方式，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。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。 5、设系统的开环传递函数为 2(1)(1) K s s Ts τ++ 为arctan 180arctan T τωω--。 6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率 c ω对应时域性能指标调整时间s t ，它们反映了系统动态过程的。 1、对自动控制系统的基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。一阶系统传函标准形式是1 ()1 G s Ts = +，二阶系统传函标准形式是22 2 ()2n n n G s s s ωζωω=++。 3、在经典控制理论中，可采用劳斯判据、根轨迹法或奈奎斯特判据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。
S ] 2, s 2 4 2j ，因此，有 3条根轨迹趋于无穷远，其渐近线倾角为 F 面确定根轨迹的分离点和汇合点 D(s) s(0.05s 2 0.4s 1) K 0 10 3 题 4-1 j A (b) (c) 题4-2 解： 由开环传 递函数容易得到 3,m 0 个极点分别为 (2k 1) 3 5 3 ，渐近线与实轴交点为 n m (P l ) ( Z i ) 11 i 1 ________ A n m Pl 0, P 2 4 2j, P 3 dK 。 0.15s 2 0.8s 1 0
计算根轨迹的出射角与入射角 8 0 $ 2齐2年（舍去）
8 0 $ 2 齐 2年（舍去） P3 p2 63.4° 确定根轨迹与虚轴的交点 由开环传递函数容易得到 n 3,m 0 ,三个极点分别为 p, 0, P 2 2, P 3 4 ，因 令s j ,特征方程D(s) 0.4 2 K 0 0 0.05 3 0.05 2 0.4j 1) K 。 2.5 8 K o K 。 0或 题4-5 解: 此，有3条根轨迹趋于无穷远, 其渐近线倾角为 (2k 1) 3 3,詈，渐近线与实轴 n m (P l ) 交占为 d---------------------- 」 n m (Z i ) 2。 F 面确定根轨迹的分离点和汇合点 D(s) s(s 2)(s 4) 坐 3s 2 12s ds K 。 0 确定根轨迹与虚轴的交点 p2 ( arcta n 63.4°
题4-6 令s j ,特征方程D(s) j (j 2)( j 4) K o 3.1 P ci 要产生阻尼振荡，需要 0且 0。当s. 2、孑3 2 时，K 0 =3.08，所以，当 3 K o 48时，系统呈阻尼振荡。 当K o 48时，系统产生持续等幅振荡，振荡频率为 2,2 =0.5 arccos 0.5 过 s 平面原点，与实轴负方向夹角为 60作射线，与根轨迹 60° 交占 八、、 即为主导 极点 。由图知，主 导极点为 0.7 ji.2 。 又 P c2 P c3 P i P 2 P 3 6 P c3 4.6 所以仲％ K o 2)*( 7.176 4.6 4) K 0 解: (1)由开环传递函数容易得到n 3,m 1 , 三个极点 和一个零点分别为
自动控制理论试卷A 答案 一、填空题（每空 1 分，共20分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 输入量 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 输入 的前馈复合控制和按 扰动 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 G 1(s)+G 2(s) （用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 稳定性 、 快速性 和 准确性 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 1050.20.5s s s s +++ 。 6、根轨迹起始于 开环极点 ，终止于 开环零点 。 7、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。一阶系统传函标准形式是1()1 G s Ts = +，二阶系统传函标准形式是 222()2n n n G s s s ωζωω=++ 。 8、在经典控制理论中，可采用 时域法 、 根轨迹 法或 频域法 等方法判断线性控制系统稳定性。 9、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。 10、在水箱水温控制系统中，受控对象为 水箱 ，被控量为 水温 。 二、选择题（每题 2 分，共10分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( D ) 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。 2、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。
第一章 绪论 1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答：1开环系统 (1) 优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。 (2) 缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量 偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。 1-2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说 明之。 解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。 闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。 1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非 线性，定常，时变）？ （1）22 ()()() 234()56()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+ （2）()2()y t u t =+ （3）()()2()4()dy t du t t y t u t dt dt +=+ （4）() 2()()sin dy t y t u t t dt ω+= （5）22 ()() ()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= （6）2() ()2() dy t y t u t dt +=
自动控制理论试卷B 答案 一、填空题（每空 1 分，共20分） 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为 水箱 ，被控量为 水温 。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，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 。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统 稳定 。 4、传递函数是指在 零 初始条件下、线性定常控制系统的 输出的拉氏变换 与 输入拉氏变换 之比。 5、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。 6、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 调节时间 。%σ是 超调量 。 7、对于自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面，即： 稳定性 、 快速性 、和 准确性 ，其中最基本的要求是 稳定性 。 8、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为()G s ，则该系统的开环传递函数为 ()G s 。 ~ 9、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法，叫系统的数学模型，在古典控制理论中系统数学模型有 微分方程 、 传递函数 等。 二、选择题（每题 2 分，共10分） 1、关于传递函数，错误的说法是 ( B ) A 传递函数只适用于线性定常系统； B 传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C 传递函数一般是为复变量s 的真分式； D 闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。 2、已知单位负反馈系统的开环传递函数为221 ()6100 s G s s s +=++，则该系统的闭环 特征方程为 ( B )。
1-13 对自动控制系统基本的性能要求是什么？最主要的要求是什么？并叙述其内容。 答：稳定性；快速性；准确性。 最主要的要求是稳定性。(叙述其内容在书上第六页。) 1-8 一晶体管稳压电源如图1-3所示。试画出其方框图，说明该电路的工作原理，并说明在该电路图中哪些元件起测量﹑放大﹑执行的作用，以及系统的干扰量和给定量是 什么？ 1-3晶体管稳压电路 答： 是给定量 是放大 是执行 是测量 BG1 BG2 R 1 R 2 BG2 BG1 U sr U w
因为：(当输出电压Usc 下降的时候，通过R1 、R2组成的分压电路的作 用，BG2 的基极电位Ub2也下降了。由于基准电压UW 使BG2 的发射极电位保持不变，Ubc2 ＝Ub2一UW 随之减小。于是BG2 集电极电流Ic2减小，Uc2增高，即BG1 的基极电位Ub1增高，使Icl 增加，管压降Uce1减小，从而导致输出电压Usc ＝Usr 一Uce1保持基本稳定。BG2 的放大倍数越大，调整作用就越强，输出电压就越稳定。如果输出电压Usc 增高时，同样道理，又会通过反馈作用使Usc 减小，保持输出电压基本不变。 ) 方框图如下： 1．一个水池水位自动控制系统如图1-1所示。试简述系统工作原理，指出主要变量和各环节的构成，画出系统的方框图。 电动机 图1-1 水池水位控制系统原理图 解 在这个水位控制系统中，水池的进水量1Q 来自由电机控制开度的进水阀门，出水量2Q 随 意变化的情况下，保持水箱水位在希望的高度上不变。 希望水位高度由电位器触头A 设定，浮子测出实际水位高度。由浮子带动的电位计触头B 的位置反映实际水位高度。A 、B 两点的电位差AB U 反映希望水位的偏差。当实际低于希望水位时，0AB U >。通过放大器驱动电动机转动，开大进水阀门，使进水量1Q 增加，从而使水位上升。当实际水位上升到希望位置时，A 、B 两个触头在同一位置，0AB U =，电动机停止转动，进水阀门开度不变，这时进水量1Q 和出水量2Q 达到平衡位置。若实际水位高于 希望水位，0AB U <，则电动机使进水阀门关小，使进水量减少，实际水位下降。 （5分） 这个系统是个典型的镇定系统，在该系统中： 控制量 希望水位的设定值 被控制量 实际水位 扰动量 出水量2Q
一、填空题（每空1分，共15分）1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s) 为G1(s)+G2(s)（用G 1(s)与G 2(s)表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω， 阻尼比=ξ，0.7072= 该系统的特征方程为2220s s ++=， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为1050.20.5s s s s +++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 (1) (1)K s s Ts τ++。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1()[()()]p u t K e t e t dt T =+?， 其相应的传递函数为1[1]p K Ts +，由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态性能。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，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。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。
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班级 姓名 学号 ----------------------------装--------------------------订----------------------线----------------------------- （b ）在单位斜坡输入下的稳态误差rad e ss 15 1 < ； （c ）截止频率s rad /5.7≥ω。 要求： （1）作出校正前后的对数幅频特性； （2）计算待校正系统的稳定裕度； )(15 1 11rad K K e ss <== υ，则有)(151->s K ，取16=K （大于15均可） 待校正系统的开环传递函数为) 1(16 )(+= s s s G （4分） 校正前Bode 图 （4分） )/(4's rad c =ω， 04.14)(180'=+=c ω?γ （4分） 超前网络传递函数为：s s s G c 038.01469.01)(36.12++= （4分） 校正后Bode 图 （2分） 验算 （2分）。 （本题20分）设单位反馈控制系统开环传递函数：) 1()(+=s s K s G ，试设计一串联校正装置，使系 统满足如下指标： （a ）相角裕度 45≥γ； （b ）在单位斜坡输入下的稳态误差rad e ss 1.0<； （c ）截止频率s rad /4.4≥ω； （d ）幅值裕度dB h 10≥。 要求： （1）作出校正前后的对数幅频特性； （2）计算待校正系统的稳定裕度； )(10 1 11rad K K e ss <== υ，则有)(101->s K ，取10=K （大于10均可） 待校正系统的开环传递函数为) 1(10 )(+= s s s G （4分） 校正前Bode 图 （4分） )/(1.3's rad c =ω， 9.17)(180'=+=c ω?γ （4分） 超前网络传递函数为：s s s G c 114.01456.01)(4++= （4分） 校正后Bode 图 （2分） 验算 （2分） 习题6-4 （本题20分）设单位反馈控制系统开环传递函数：) 12.0)(11.0()(++=S s s K s G ，试设计串联滞后 校正装置，使系统满足如下指标： （a ）相角裕度 40≥γ； （b ）静态速度误差系数1 30-=s K v ； （c ）截止频率s rad /3.2≥ω； （d ）幅值裕度dB h 10≥ 要求： （1）作出校正前后的对数幅频特性； （2）计算待校正系统的稳定裕度； 由于)(30)(1 -→===s K s sG Lim K s v 待校正系统的开环传递函数为) 12.0)(11.0(30 )(++= s s s s G （4分） 校正前Bode 图 （4分） )/(12's rad c =ω， 6.27)(180'-=+=c ω?γ （4分） 滞后网络传递函数为：s s s G c 4117.31)(++= （4分） 校正后Bode 图 （2分） 验算 （2分） 习题6-4（2）（参数变化）（第五版习题6-4（2）） （本题20分）设单位反馈控制系统的开环传递函数：) 10625.0)(12.0(40 )(++= s s s s G ,若要 求校正后的相角裕度 50≥γ,幅值裕度大于dB 15,试设计串联滞后校正装置。要求： （1）绘制校正前后的对数幅频渐近特性曲线；
(a) (b) (c) (d) (e) (f) 题4-2 解： 由开环传递函数容易得到 3,0n m ==，三个极点分别为1230,42,42p p j p j ==- +=--，因此，有3条根轨迹趋于无穷远，其渐近线倾角为(21)5,, 333 k πππ θπ+= =，渐近线与实轴交点为1 1 ()() 8 3 n m l i l i A p z n m σ==----= =--∑∑。 下面确定根轨迹的分离点和汇合点 2020 12()(0.050.41)00.150.81010 2,3D s s s s K dK s s ds s s =+++=? =---=?=-=- 计算根轨迹的出射角与入射角 2322(arctan())63.4 4 2 63.4 p p p π θππθθ=---=-=-= 确定根轨迹与虚轴的交点
202 03 00,()(0.050.41)0 0.400080.050s j D s j j K K K K ωωωωωωωωω==-+++=??-+==?=±???????==-+=????? 令特征方程或 σ 题4-5 解： 由开环传递函数容易得到3,0n m ==，三个极点分别为1230,2,4p p p -=-=--=-，因此，有3条根轨迹趋于无穷远，其渐近线倾角为(21)5,, 333 k π ππ θπ+= =，渐近线与实轴交点为1 1 ()() 2n m l i l i A p z n m σ==----= =--∑∑。 下面确定根轨迹的分离点和汇合点 确定根轨迹与虚轴的交点 02 0300,()(2)(4)0 60004880 s j D s j j j K K K K ωωωωωωωωω==+++=??-+==?=±??????? ==-+=?????令特征方程或 020 12()(2)(4)0312802,233 D s s s s K dK s s ds s s =+++=? =---=?=-+ =--（舍去）
1《自动控制原理》试卷（A 卷） 一、 用运算放大器组成的有源电网络如图所示，试采用复数阻抗法写出它的传递函数。 （10分） （1图 ） （3图） 二、假设某系统对于单位阶跃输入信号的响应为t t e e t y 10602.12.01)(---+= 。 (a) 求该系统的闭环传递函数。 (b) 确定该系统的阻尼系数。（10分） 三、试用梅逊增益公式求图中系统的闭环传递函数。（写出步骤）（10分） 四、控制系统的结构如图所示，设 r(t ) = t ? 1(t ) ，p (t ) = 1(t )定义e (t ) = r(t ))(t y -，试求系统的稳态误差。（10分） （4图） 五、试确定题图所示系统参数K 和ξ的稳定域。（写步骤）（10分） （5图） 六、设单位反馈控制系统的开环传递函数为 （1） 绘制根轨迹，并加以简要说明。 （2） 当系统的阻尼振荡频率s rad /1d =ω时试确定闭环主导极点的值与相应的增益值。 （15分）
七、最小相位系统的开环对数幅频特性的渐近线如图所示，确定系统的开环传递函数。（10分） 八、已知最小相位系统校正前后系统的折线对数幅频特性如图所示，其中Lo(ω)为校正前 特性，L开(ω)为校正后特性。 （1）试作出校正装置的 对数幅频特性Lc(ω)(折线)； （2）试写出校正装置的 传递函数Gc(s); （3）计算校正后系统的相位裕度 γ。（15分） c p为s右半平面上的开环根的个数，v为开九、设开环系统的奈氏曲线如下图所示，其中， 环积分环节的个数，试判别闭环系统的稳定性。(10分) （a）(b)
第一章自动控制系统概述 1、组成自动控制系统的基本元件或装置有哪些？各环节的作用？ 控制系统是由控制对象和控制装置组成，控制装置包括：(1) 给定环节给出与期望的输出相对应的系统输入量。(2) 测量变送环节用来检测被控量的实际值，测量变送环节一般也称为反馈环节。(3) 比较环节其作用是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。(4) 放大变换环节将比较微弱的偏差信号加以放大，以足够的功率来推动执行机构或被控对象。(5) 执行环节直接推动被控对象，使其被控量发生变化。常见的执行元件有阀门，伺服电动机等。 2、什么是被控对象、被控量、控制量、给定量、干扰量？举例说明。 被控对象指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控量指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量，被控量又称输出量、输出信号。控制量也称操纵量，是一种由控制器改变的量值或状态，它将影响被控量的值。给定值是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰，干扰又称扰动。比如一个水箱液位控制系统，其控制对象为水箱，被控量为水箱的水位，给定量是水箱的期望水位。 3、自动控制系统的控制方式有哪些？ 自动控制系统的控制方式有开环控制、闭环控制与复合控制。 4、什么是闭环控制、复合控制？与开环控制有什么不同？ 若系统的输出量不返送到系统的输入端（只有输入到输出的前向通道），则称这类系统为开环控制系统。在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作用，若能取自被控量的反馈信息（有输出到输入的反馈通道），即根据实际输出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，这种控制原理被称为反馈控制原理。复合控制是闭环控制和开环控制相结合的一种方式，既有前馈通道，又有反馈通道。 5、自动控制系统的分类（按元件特性分、按输入信号的变化规律、按系统传输信号的性质）？ 按系统输入信号的时间特性进行分类，可分为恒值控制系统和随动系统。控制系统按其结构可分为开环控制、闭环控制与复合控制等。按元件特性分为线性系统和非线性系统。按系统传输信号的性质来分连续系统离散系统。 6、什么是恒值控制系统？什么是随动控制系统（伺服控制系统）？ 恒值控制系统的输入信号是一个恒定的数值。随动控制系统参考输入量是预先未知的随时间任意变化的函数。 7、什么是连续系统？什么是线性系统？ 系统各部分的信号都是模拟信号的系统叫连续函数。组成系统的元件的特性均为线性的系统叫线性系统。 8、对控制系统的要求可以概括为哪几个字？如何理解？ 对控制系统的要求可以概括为稳、快、准。稳是指稳定性，稳定是自动控制系统最基本的要求，不稳定的控制系统是不能工作的。快是指快速性，在系统稳定的前提下，希望控制过程（过渡过程）进行得越快越好。准是指准确性，即要求动态误差（偏差）和稳态误差（偏差）都越小越好。