自动控制系统练习题
自动控制原理练习题
自动控制原理练习题1. 小车倒车入库问题考虑一个小车倒车入库问题，假设小车以恒定的速度直线倒车。
已知小车的初始位置为P，目标是将小车倒车入停车位Q。
设停车位Q 相对于初始位置P的偏移量为d，方向为与小车移动方向相反的方向。
请回答以下问题：a) 在没有任何控制的情况下，小车如何倒车入库？b) 如何利用反馈控制使得小车能够准确倒车入库？c) 请解释闭环控制与开环控制之间的区别，并分析在这个倒车入库问题中应该选择哪种控制方法？2. PID控制器PID控制器是一种广泛应用于工业控制系统中的控制器。
它通过对错误信号的比例、积分和微分三个部分进行加权求和来调节控制器的输出。
请回答以下问题：a) 请解释PID控制器中比例、积分和微分三个部分的作用和原理。
b) 在实际应用中，如何确定PID控制器的参数？c) 请列举PID控制器的优点和缺点，并举例说明其应用领域。
3. 反馈系统的稳定性在控制系统中，稳定性是一个重要的性能指标。
稳定性可以通过系统的极点位置来判断。
请回答以下问题：a) 什么是系统的极点？它们与系统的稳定性有什么关系？b) 请解释零极点分布对系统稳定性的影响。
c) 如何利用极点配置来设计稳定的控制系统？4. 系统传递函数和频率响应系统的传递函数和频率响应是分析和设计控制系统的重要工具。
请回答以下问题：a) 什么是系统的传递函数？如何从系统的微分方程中推导出传递函数？b) 什么是系统的频率响应？如何利用频率响应来分析系统的稳定性和性能？c) 请解释Bode图和Nyquist图分别代表了什么，并举例说明它们的应用。
5. 状态空间表示和观测器设计状态空间表示是一种用于描述控制系统动态行为的方法。
观测器是一种用于估计系统状态的补偿器。
请回答以下问题：a) 什么是状态空间表示？如何将系统微分方程转化为状态空间表示？b) 什么是观测器？它的作用是什么？如何设计一个观测器？c) 请解释最优观测器与线性二次估计问题的关系，并简要介绍最优观测器的设计方法。
自动控制原理课后习题
自动控制原理课后习题1.简答题。
（1）什么是控制系统？控制系统是由控制器、被控对象、控制目标和反馈装置组成的一种系统，用来实现对被控对象的控制和调节。
（2）控制系统的分类有哪些？控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指控制器的输出不受被控对象的影响，而闭环控制系统是指控制器的输出受到被控对象的影响并进行调节。
（3）什么是控制对象？控制对象是指控制系统中需要被控制或调节的对象，可以是机械、电气、液压等各种设备和系统。
2.计算题。
（1）某电动机的转速控制系统，控制电压为220V，电动机额定转速为1500rpm，控制器输出电压为180V时，电动机的实际转速为多少？解，根据电动机的转速控制系统原理，实际转速可以通过控制电压和额定转速的比例关系计算得出。
实际转速 = 控制器输出电压 / 控制电压× 额定转速 = 180V / 220V × 1500rpm = 1227.27rpm。
所以，电动机的实际转速为1227.27rpm。
（2）某水箱的液位控制系统，控制器输出信号为4-20mA，对应的液位范围为0-100cm，若控制器输出信号为12mA时，水箱的实际液位为多少？解，根据液位控制系统的标定原理，可以通过控制器输出信号和液位范围的比例关系计算得出实际液位。
实际液位 = (控制器输出信号4mA) / (20mA 4mA) × 液位范围= (12mA 4mA) / (20mA 4mA) × 100cm = 60cm。
所以，水箱的实际液位为60cm。
3.分析题。
（1）为什么在控制系统中需要引入反馈？在控制系统中引入反馈可以实现对被控对象的实时监测和调节，使控制系统能够更加准确地达到控制目标。
（2）闭环控制系统和开环控制系统各有什么优缺点？闭环控制系统能够实现对被控对象的实时监测和调节，具有较高的控制精度，但系统稳定性较差，容易产生振荡和不稳定现象；而开环控制系统系统稳定性较好，但控制精度较低，无法实时监测和调节被控对象。
自控习题课习题集合
45. 已知某单位负反馈系统的开环传递函数为 k / s(1 + 0.25s) ，求其在单位阶跃响应下的调节时间 ts？
46. 系统的控制框图如下所示，试画出该系统的信号流图，并用 MASON 公式计算该系统的闭环传 递函数。
47. 某随动系统方框图如下所示，试求当输入信号为 r（t）＝2t 时，系统的稳态误差。
16. 实轴上具有根轨迹的区间是，其右方开环系统的零点数和极点数的总和为 。
17. 系统的开环传递函数为 1 + 3s ，则其频特性ϕ(w) 为
。
1+ s
18. Ⅱ型系统 Bode 图幅频特性的低频段是一条斜率为 19. 闭环系统的 Nyquist 曲线如右，则闭环系统
右半平面极点个数为 。 （P=0，为开环系统右半平面极点个数）
自动控制原理习题课练习题
1. 稳态误差表征的是自动控制系统的
性能指标。
2. 0 型系统在斜坡信号r(t)=t2 的作用下，系统稳态误差为
。
3. 对典型的二阶系统，当______时，最大超调量σ％为零。
4. 在调速系统中。转速与输入量之间的传递函数只与____有关。
5. 自动控制系统的基本要求为__、快速性和准确性。
相位系统。
41. 一个稳定的闭环系统，若它开环右半平面极点数为P，则它的开环传递函数的Nyquist曲线必
（
）时针绕(－1, j0)点P周。
42. 开环控制与闭环控制各有什么特点？
43. 如图 L-R-C 电路，输入电压为 u(t)，输出量为电容二端电压
i1
L
u(t)
R
C uc(t)
uc(t)，试确定其传递函数 G(S)，以及该传递函数的频率特性表达式。 44. 实验测得系统幅频渐近线如下图，求对应的传递函数以及系统的穿越频率 wc。
自动控制系统习题
自动控制系统习题Document number : NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT自动控制系统习题—、简述题1. 简述转速、电流双闭环调速系统的启动过程。
答：转速、电流双闭环调速系统的启动有三个阶段，即：强迫建流阶段、恒流升速阶段、稳速阶段。
强迫建流阶段中，电枢电流由壽上升到电机允许的最大电流，速度调节器ASR饱和”其输岀限幅,电流环线性调节；恒流升速阶段中,电机在允许的最大电流下,转速由零上升到给定速度，速度开环控制，电流为恒流系统；稳速阶段中，系统经退饱和超调后，速度调节器线性状态，系统为调速系统，调节电流、速度达到稳态。
2. 简述PWM变换器中，泵升电压是怎样形成的如何抑制。
答：PWM变换器的直流整流电源由整流二极管构成，不能反馈能量，能量只能单向传递。
当主回路的能量反馈时，该能量储存在储能电容上，使电容上电压升髙，该升高的电压为泵升电压。
抑制泵升电压的措施有2 : 1是提高储能电容的容量，使上升的电压得到抑制；2 是在主电踣的母线上接电流分流器，当主电路电压过高时,通过分流器将能量释放，使主电路电压下降。
3. 简述自然环流电枢可逆转速、电流双闭环调速系统的正向制动过程分为几个阶段各阶段的能量传递的特点。
答：电枢可逆调速系统制动有四个过程，即本组逆变、反接制动（它组建流子阶段）、回馈制动（它组逆变子阶段）、它组逆变减流子阶段。
本组逆变阶段中，主电踣中电感电能传递给电网，电动机电动状态；反接制动阶段中，电网的电能以及电动机机械能传递给主回踣的电阻和电感转化为热能和磁场能量，电动机反接制动；回馈制动中，电动机的机械能传递给电网，电动机回馈制动；它组逆变减流子阶段中，主电踣中电感电能传递给电网。
4. 闭环控制系统的静特性和开环机械特性的主要区别是什么5. 什么叫调速范围、静差率它们之间有什么关系怎样提高调速范围答：调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速与最低转速之比。
自动控制原理典型习题(含答案)
自动控制原理习题一、(20分)试用结构图等效化简求下图所示系统的传递函数)()(s R s C 。
解：所以：32132213211)()(G G G G G G G G G G s R s C +++= 二．（10分）已知系统特征方程为06363234=++++s s s s ，判断该系统的稳定性，若闭环系统不稳定，四．（121m -=222K K-0=1K ⇒=，s = 所以当1K >时系统稳定，临界状态下的震荡频率为ω五．（20分）某最小相角系统的开环对数幅频特性如下图所示。
要求（1） 写出系统开环传递函数； （2） 利用相角裕度判断系统的稳定性；（3） 将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。
解（1）由题图可以写出系统开环传递函数如下：（2）系统的开环相频特性为截止频率1101.0=⨯=c ω相角裕度：︒=+︒=85.2)(180c ωϕγ故系统稳定。
（3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程后，可得系统新的开环传递函数其截止频率10101==c c ωω而相角裕度︒=+︒=85.2)(18011c ωϕγγ= 故系统稳定性不变。
由时域指标估算公式可得)11(4.016.0-+=σoo=o o 1σ（1（2（2）121)(=s G 2函数。
1、的输出量不会对系统的控制量产生影响。
开环控制结构简单、成本较低、系统控制精度取决于系统元部件、抗干扰能力较差。
（２分）2、根轨迹简称为根迹，它是开环系统某一参数从零变到无穷时，闭环特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。
（３分）系统根轨迹起始于开环极点，终至于开环零点。
（２分）二、看图回答问题（每小题10分，共20分）1、解：结论：稳定（２分）理由：由题意知系统位于s 右半平面的开环极点数0=P ，且系统有一个积分环节，故补画半径为无穷大，圆心角为2122πππ-=⨯-=-v 的圆弧，则奈奎斯特曲线如图1示，（３分）由图可知系统奈奎斯特曲线包围(-1,j0)点的圈数为000=-=-=-+N N N ，（３分）由奈奎斯特稳定判据，则系统位于s 右半平面的闭环极点数02=-=N P Z ，（２分）故闭环系统稳定。
自控试题练习题集
第一章习题1-1日常生活中有许多开环和闭环控制系统，试举几个具体例子，并说明它们的工作原理。
1-2说明负反馈的工作原理及其在自动控制系统中的应用。
自动驾驶器用控制系统将汽车的速度限制在允许范围内。
画出方块图说明此反馈系统。
1-3双输入控制系统的一个常见例子是由冷热两个阀门的家用沐浴器。
目标是同时控制水温和流量，画出此闭环系统的方块图，你愿意让别人给你开环控制的沐浴器吗？1-4开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？1-5反馈控制系统的动态特性有哪几种类型？生产过程希望的动态过程特性是什么？1-6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？1-7下图表示一个水位自动控制系统,试说明其作用原理.1-8下图是恒温箱的温度自动控制系统.要求:(1) 画出系统的原理方框图;(2) 当恒温箱的温度发生变化时,试述系统的调解过程;(3) 指出系统属于哪一类型?1-9 下图为位置随动系统,输入量为转角r θ,输出量为转角c θ,p R 为圆盘式滑动电位器,s K 为功率放大器SM 为伺服电动机.要求: (1)说明系统由哪几部分组成,各起什么作用？ (2)画出系统原理方框图;(3)说明当r θ 变化时, c θ的跟随过程.1-10 位置随动系统如下图所示,回答以下问题 1.说明该系统的以下(1)-(10)各是什么:(1)被控制对象 (2)被控制量 (3)给定元件 (4)给定量 (5)主反馈元件 (6)主反馈量 (7)误差量 (8)负载 (9)积分元件 (10)执行元件. 2.画出系统作用方框图,表出个环节的输入输出量。
3.判断(在括号内对的上面打"对号")(1)该系统是(按偏差;按扰动)原则的控制系统; (2)该系统是(有差;无差)系统; (3)该系统是(0型,1型,2型)系统; (4)该系统的输入量是(rr U Q 、);(5)该系统的输出量是(c c U Q 、)。
1－11下图为温度自动控制系统,改变a 点位置可以改变恒温温度.试说明该系统的工作原理和性能,并指出它属何种类型?1-12如题图（a ）、（b ）所示两水位控制系统，要求∙ 画出方块图（包括给定输入量和扰动输入量）； ∙ 分析工作原理，讨论误差和扰动的关系。
自动控制原理复习练习题
自动控制原理复习练习题4、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、前馈一反馈控制系统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5、系统的动态性能包括()一、选择题1•下图所示的图 _______ 是闭环控制系统R(S)1NC(S)----------------- AG(S)---►G 2(S)■(A)给定值1扰动■被控量---■ 控制器' --受控对象(C)2.下图所示函数曲线中，_是阶跃函数。
f(t) R(A) 3、控制系统的输入参考量是一个常值时, (C)我们一般称它为(D)( )(A)恒值控制系统 (B)随动系统(C)程序控制系统( )检测元件(B)(D)f(t)t(t)(B)A 稳定性、平稳性 B.快速性、稳定性C.平稳性、快速性 D .稳定性、准确性6系统的传递函数（）。
A. 与输入信号有关B. 与输出信号有关C .完全由系统的结构和参数决定D. 既由系统的结构和参数决定，也与输入信号有关 7、 运算放大器具有的优点是（）。
A .输入阻抗高，输出阻抗低B .输入阻抗低，输出阻抗高C.输入、输出阻抗都高 D .输入、输出阻抗都低8、 在自动控制理论中，数学模型有多种形式，属于时域中常用的数学模型的是（ ）。
9、对图示结构图简化正确的是（快。
A. 输入信号的幅度越小，积分时间常数越小B. 输入信号的幅度越小，积分时间常数越大A .微分方程B .传递函数C .结构图D .频率特性I ------- 1 I -------- 1 C叫T G2(S ) G(S )~►R *1G 2(S )G 2（SG I (S ) C_■1（D ）），则积分环节的输出信号的上升速度越(B)C. 输入信号的幅度越大，积分时间常数越小D. 输入信号的幅度越大，积分时间常数越大11、一阶系统的阶跃响应（）A.当时间常数T较大时有超调 B .当时间常数T较小时有超调C .有超调D .无超调12、对于欠阻尼的二阶系统，当无阻尼自然振荡角频率n保持不变时，（）A .阻尼比越大，系统调节时间t s越大B.阻尼比越大，系统调节时间t s越小C .阻尼比越大，系统调节时间ts不变D.阻尼比越大，系统调节时间ts不定13、劳斯稳定判据和赫尔维茨判据形式不同，实际结论（）A.也不同B. 有时相同C.基本相同D. 却是相同的14、二阶系统特征方程的系数均大于零，这表明该系统是的。
自动控制原理典型习题含答案
自动控制原理习题一、(20分) 试用结构图等效化简求下图所示系统的传递函数)()(s R s C 。
解：所以： 32132213211)()(G G G G G G G G G G s R s C +++= 二．（10分）已知系统特征方程为06363234=++++s s s s ，判断该系统的稳定性，若闭环系统不稳定，指出在s 平面右半部的极点个数。
(要有劳斯计算表)解：劳斯计算表首列系数变号2次，S 平面右半部有2个闭环极点，系统不稳定。
三．（20分）如图所示的单位反馈随动系统，K=16s -1,T=0.25s,试求：（1）特征参数n ωξ，； （2）计算σ%和t s ;（3）若要求σ%=16%，当T 不变时K 应当取何值解：（1）求出系统的闭环传递函数为：因此有：（2） %44%100e %2-1-=⨯=ζζπσ（3）为了使σ%=16%，由式可得5.0=ζ，当T 不变时，有：四．（15分）已知系统如下图所示，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。
解① 3n =，1,2,30P =，1,22,1m Z j ==-±，1n m -=②渐进线1条π ③入射角同理 2ϕ2135sr α=-︒④与虚轴交点，特方 32220s Ks Ks +++=，ωj s =代入222K K-0=1K ⇒=，s = 所以当1K >时系统稳定，临界状态下的震荡频率为ω五．（20分）某最小相角系统的开环对数幅频特性如下图所示。
要求（1） 写出系统开环传递函数；（2） 利用相角裕度判断系统的稳定性；（3） 将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。
解（1）由题图可以写出系统开环传递函数如下：（2）系统的开环相频特性为截止频率 1101.0=⨯=c ω相角裕度：︒=+︒=85.2)(180c ωϕγ故系统稳定。
（3）将其对数幅频特性向右平移十倍频程后，可得系统新的开环传递函数其截止频率 10101==c c ωω而相角裕度 ︒=+︒=85.2)(18011c ωϕγγ=故系统稳定性不变。
自动控制系统习题及答案.docx
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。
自动控制原理课后习题
分析稳定性，若稳定计
算性能指标。
G
(
s
)
(
s
1
)
1 (0
0 .
0
1
s
1
)2
1、环节特性分析
2、Bode曲线的绘制 3、性能指标计算 结论：系统稳定。
ωc≈10;
令 得
：：（t gωγ111ω）88014128.02013ltt8ggωg01101c100.0c021tωg11 0.ω10c8101100
0
（-1，j0）
已知：Gk
(s)
k s(Ts 1)
得：P
1, q
1
绘制Nyquist曲线
N p 2(a b) 1 2(0 0.5) 2
结论：不稳定，右半平面有两个特征根。
0
(1)T1>T2 （-1，j0）
0 (2) T1<T2
已知：Gk
(s)
k(T2 s 1) ， s 2 (T1s 1)
其中：( Ta ) 或( Ta )
2）分析两种情况下系统的稳定性.
3、某最小相位系统的如图所示。
1）求传递函数 2）求剪切频率和相角裕量
G k( s )
k(10s 1)2
s2 s 1(Ts 1)
(10s 1)2
s2 s 1(0.003 s
1)
c 100 , 73.76
4、已知单位反馈系统的
（-1，j0）
0
(2)
(1)
0
（-1，j0）
已知：P 2, q 0
已知：G(s) k , p 1，q 0，绘制Nyquist曲线，系统1: k 1;系统2 : k 1。 (Ts 1)
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1.我们通常按照控制系统是否设有反馈环节来进行分类：设有反馈环节的，称为闭环控制系统；不设有反馈环节的，称为开环控制系统。
2.反馈控制可以自动进行补偿，这是闭环控制的一个突出的优点。
3.自动控制系统按输入量变化的规律分为：恒值控制系统、随动系统、过程控制系统。
4.恒值控制系统、随动系统各有什么特点？
5.恒值控制系统是最常见的一类自动控制系统，如自动调速系统、恒温控制系统、恒张力控制系统等。
6.自动控制系统的性能通常是指系统的稳定性、稳态性能和动态性能。
7.对任何自动控制系统，首要的条件便是系统能稳定正常运行。
8.系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统的准确程度。
若稳态误差等于0，则系统称为无静差系统；若稳态误差不等于0，则称为有静差系统。
9.我们通常把系统的输出量进入并一直保持在某个允许的足够小的误差范围（称为误差带）内，即认为系统已进入稳定运行状态。
10.动态性能指标通常用最大超调量、调整时间、振荡次数来衡量。
11.最大超调量和振荡次数反映了系统的稳定性能，调整时间反映了系统的快速性，稳态误差反映了系统的准确度。
一般说来，我们总是希望最大超调量小一点，振荡次数少一点，调整时间短一些，稳态误差小一点。
总之，希望系统能达到稳、快、准。
12.书15页1-5判断下列系统属于哪一类系统？电饭煲、空调机、燃气热水器、仿形加工机床、母子钟系统、自动跟踪雷达、家用交流稳压器、数控加工中心、啤酒生产自动线。
13.常用的转速检测元件有直流测速发电机、交流测速发电机、光电传感器、增量编码盘等。
14.转子是电动机的转动部分，通常称它为电枢。
15.直流电动机结构的主要特征是具有换向器和电刷。
16.直流电动机的转速n的大小，主要取决于电枢电压Ua.
17.直流电动机的起动转矩很大，这也是直流电动机的一大优点（起动时还要注意起动电流不可过大）。
18.直流电动机不允许直接起动。
通常采取的办法是降低加在电枢两端的电压，或在电枢回路中串接附加起动电阻。
19.直流调速系统中调速采用的主要方法是：改变电枢电压Ua来改变转速。
20.对笼型三相异步电动机，变频调速是高性能调速的主要方式。
21.晶闸管电路有许多保护环节，其中主要是过电压保护和过电流保护。
22．单相晶闸管交流调压电路，可以采用两只反并联的普通晶闸管（也可采用一只双向晶闸管）与负载电阻串联构成主电路。
23.双极晶体管（BJT）有空穴和电子两种载流子参与导电，是全控型器件。
24.绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的特性兼有MOSFET和BJT的优点。
25.以下（）是半控型器件。
晶闸管二极管双极晶体管绝缘栅双极型晶体管
26.在经典控制理论中，通常采用的方法为时域分析法、频率特性法、根轨迹法。
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
36.
37.
38.
39.
40．
一、不定项选择题
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
二、判断题
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
18.
19.
20.
三、简单题
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
四、分析题
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.。