3套自动控制理论自考题真题及答案

1自动控制理论（二）试题（2011年10月）一、单项选择题（本大题共15小题，每小题2分，共30分）1.描述RLC电路的线性常系数微分方程的阶次是(C)A.零阶B.一阶C.二阶D.三阶2.由于运算放大器采用反相放大器方式，其输出端具有输出阻抗特性为(B)A.高B.低C.中等D.零3.方框图的转换，所遵循的原则为(B)A.结构不变B.等效C.环节个数不变D.每个环节的输入输出变量不变4.阶跃输入函数r(t)的定义是(C)A.r(t)=l(t)B.r(t)=x0C.r(t)=x0·1(t)D.r(t)=x0.δ(t)5.设单位负反馈控制系统的开环传递函数为G0(s)=()()BsAs，则系统的特征方程为(D)A.G0(s)=0B.A(s)=0C.B(s)=0D.A(s)+B(s)=06.改善系统在参考输入作用下的稳态性能的方法是增加(C)A.振荡环节B.惯性环节C.积分环节D.微分环节7.当输入信号为阶跃、斜坡函数的组合时，为了满足稳态误差为某值或等于零，系统开环传递函数中的积分环节数N至少应为(C)A.N≥0B.N≥1C.N≥2D.N≥38.设开环系统的传递函数为G(s)=1(0.21)(0.81)sss，则其频率特性极坐标图与实轴交点的幅值|G(jω)|=(D)A.2.0B.1.0C.0.8D.0.169.设某开环系统的传递函数为G(s)=210(0.251)(0.250.41)sss,则其相频特性θ(ω)=(A)A.1124tg0.25tg10.25B.1120.4tg0.25tg10.25C.1120.4tg0.25tg10.25D.1120.4tg0.25tg10.2510.设某校正环节频率特性Gc（j）=1011jj，则其对数幅频特性渐近线高频段斜率为(A)A.0dB／decB.-20dB／decC.-40dB／decD.-60dB／dec11.二阶振荡环节的对数幅频特性的低频段的渐近线斜率为(A)A.0dB／decB.-20dB／decC.-40dB／decD.-60dB／dec12.根轨迹法是一种(B)A.解析分析法B.时域分析法C.频域分析法D.时频分析法13.根轨迹法出射角公式为(D)2A.111=180mnijijB.111=180mnijijC.111=180mnijijD.111=180mnijij14.PID控制器是一种(C)A.超前校正装置B.滞后校正装置C.滞后—超前校正装置D.超前—滞后校正装置15.某二阶系统状态方程的可控标准形为(B)A.1-20=0-31xxuB.010=2-31xxuC.0-20=1-31xxuD.110=2-31xxu二、填空题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）请在每小题的空格中填上正确答案。填错、不填均无分。16.发电机开环励磁控制系统包括控制器和受控对象（发电机）两部分。17.传递函数分母多项式的根，称为传递函数或系统的极点。18.控制系统时域分析法最大的特点是直观。19.在单位阶跃输入信号作用下，0型系统的稳态误差ess=pK11。20.当频率ω从0变化到时，频率特性G（jω）作为一个矢量，其端点在复平面的轨迹曲线就是频率特性的极坐标（或奈氏）图。21.当ω时，最小相位系统的相角为-（n-m）*900。22.奈奎斯特稳定判据是利用开环系统的幅、相频率特性来判别闭环系统稳定性的一个判别准则。23.开环传递函数G(s)H(s)=(2)(1)ksss的根轨迹弯曲部分的轨迹是一个圆。24.频域分析中，反映系统相对稳定性的指标有相位裕量和增益裕量Kg。25.当系统用n阶状态方程x=Ax+Bu表示时，0A-sI是系统的特征方程式。三、名词解释题（本大题共4小题，每小题3分，共12分）26.控制系统的被控量表现于受控对象或系统输出端，并要求实现自动控制的物理量。27.控制系统的上升时间tr（1）响应曲线从稳态值的10%上升到90%所需的时间。（2）响应曲线从稳态值的5%上升到95%所需的时间。（3）响应曲线从0上升到第一次达到稳态值所需的时间。（答出三种中的一种即可）28.控制系统的相对稳定相对稳定是指系统具有一定的稳定裕量。29.根轨迹的幅角条件)12()()(1j1ilpsZsnjmi（l=0,1,2，…）3四、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）30.试举出发电厂中三个恒值控制系统的例子。发电机转速控制系统，发电机电压控制系统，锅炉气压控制系统。31.线性定常系统中有哪些典型环节？比例环节，积分环节，微分环节，惯性环节，震荡环节，延迟环节。32.设校正环节传递函数Gc(s)=1011ss，则其频率特性Gc（jω）的极坐标图终点坐标值为多少？jjjG1101)(c22c11001)(jG11c10)(Gtgtgj当ω→∞时，)(cjG→10，)(Gcj→0.故其终点坐标值为（10，j0）点。33.与经典控制理论相比，为什么现代控制理论中，存在可控性、可观测性问题？经典控制理论是用传递函数来研究系统的输入输出关系，输出量就是被控量，只要系统稳定，输出量就可以控制，而输出量总是可以量测的，所以不存在可控可观测问题。而现代控制理论中，是用状态空间表达式描述DuCxyBuAxx，着眼于对状态的控制从而实现对输出量的控制。那么状态向量x（t）中每个分量x1（t），x2（t）……xn（t）是否一定可被控制量u（t）控制？每个状态分量是否一定可用Y（t）来量测呢？这都不确定，所以现代控制理论存在可控和可观的问题。五、计算题（本大题共3小题，第34、35小题每小题10分，第36小题8分，共28分）34.设有如题34图所示的反馈控制系统，试用赫尔维茨判据确定闭环系统稳定时Kp的取值范围.解：由题意可知，闭环传递函数为：ppBK5s1ssKsXrsXcsG））（（）（）（）（系统的特征方程式为s(s+1)(s+5)+Kp=0即s3+6s2+5s+Kp=0则要求Kp0051K6p2，即30-Kp0Kp30由此可知系统稳定Kp的取值范围应为0Kp30此时，Δ3=a3Δ2=Kp（30-Kp）一定大于零。35.设控制系统的结构图如题35图所示，欲使最大超调量σp=20%，峰值时间tp=0.8秒，试确定K1和K2的值，并在K1，K2值下，求上升时间tr及调整时间ts.4解：456.0)2.0(2.0ln-)(lnln-2222pp21tnp，sradpn/39.4)456.0(18.01416.31t22ωn2=19.2rad/s,y由题图可得闭环传递函数Y(s)/R(s)为：12121)1()()()(GKsKKsKsRsYs，对照二阶系统闭环传递函数标准形式可得K1=ωn2=19.2，21n12KK，156.01212KKn秒52.0)456.0(139.4097.11416.3122nrt097.1121tg秒49.13%)5(nst，秒98.14%)2(nst36.设某单位负反馈系统的开环传递函数G0(s)=1(1)(0.011)3.6ss要使KV=10,γ≥25°试设计一个最简单形式的校正装置。解：Kv=10，ssc10)(G)1100)(16.3(10)()()(0ssssGsGsGc检验：求ωc,令1)j(Gcc得100))100(1)()6.3(1(222ccc近似为：100))6.3(1(22cc解得：ωc=5.5此时，γ=1800-900-tg-1(6.35.5)-tg-1(1005.5)≈300，满足要求。