自动控制原理期末考试题3
《自动控制原理》期末试题
《自动控制原理》期末试题一、单项选择题（本大题共30小题，每小题1分，共30分）【 A 】1．某系统的传递函数为G （s ）=52s +，则该系统的单位脉冲响应函数为 A ．-2t 5e B ． 5t C ．2t5e D ． t50，0≤t ＜5 【 B 】2．若f(t)= 其L[f(t)]=1，t≥5A ．s -s eB.s-5se C ．s 1D.se 5s 1 【 C 】3．已知f （t ）=0.5t+1，其L[f(t)]=A ． 25.0s s + B ． 25.0s C ．ss 1212+ D ．s 21 【 D 】4. 下列函数既可用初值定理求其初始值又可用终值定理求其终值的为 A ．2552+sB ．162+s s C ． 2-1sD ． 21+s 【 B 】5. 若tte t f 2)(-=，则L[f(t)]=A ．21+s B ． 2)2(1+s C ． 2-1sD ．2)2-(1s 【 C 】6. 二阶欠阻尼系统的上升时间r t 定义为A ．单位阶跃响应达到稳态值所需的时间B ．单位阶跃响应从稳态值的10%上升到90%所需的时间C ．单位阶跃响应从零第一次上升到稳态值所需的时间D ．单位阶跃响应达到其稳态值的50%所需的时间 【 B 】7. 系统方框图如图示，则该系统的开环传递函数 A ．1510+s B ．1520+s s C ．)15(210+s s D ．2s 【 D 】8. 二阶系统的极点分别为S1=-0.5，S2=-4，系统增益为5，则其传递函数为A ．)4-)(5.0-(2s sB ．)4)(5.0(2++s sC ．)4)(5.0(5++s sD ．)4)(5.0(10++s s【 A 】9. 开环系统与闭环系统最本质的区别是A ．开环系统的输出对系统无控制作用，闭环系统的输出对系统有控制作用B ．开环系统的输入对系统无控制作用，闭环系统的输入对系统有控制作用C ．开环系统不一定有反馈回路，闭环系统有反馈回路D ．开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路 【 C 】10. 线性系统与非线性系统的根本区别在于 A ．线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数 B ．线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入 C ．线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理D ．线性系统在实际系统中普遍存在，而非线性系统在实际中存在较少【A 】11. 系统类型λ、开环增益K 对系统稳态误差的影响为 A ．系统型次λ越高，开环增益K 越大，系统稳态误差越小 B ．系统型次λ越低，开环增益K 越大，系统稳态误差越小 C ．系统型次λ越高，开环增益K 越小，系统稳态误差越小D ．系统型次λ越低，开环增益K 越小，系统稳态误差越小 【 C 】12.一阶系统的传递函数为G(s)=1KTs +，则该系统时间响应的快速性 A ．与K 有关B ．与K 和T 有关C ．与T 有关D ．与输入信号大小有关【 C 】13.一闭环系统的开环传递函数为G(s)=8(3)(23)(2)s s s s +++，则该系统为A ．0型系统，开环增益为8B ．I 型系统，开环增益为8C ．I 型系统，开环增益为4D ．0型系统，开环增益为4【 B 】14.瞬态响应的性能指标是根据哪一种输入信号作用下的瞬态响应定义的 A ．单位脉冲函数 B ．单位阶跃函数 C ．单位正弦函数 D ．单位斜坡函数 【 C 】15.二阶系统的传递函数为G(s)=2221KS S ++，当K 增大时，其 A ．无阻尼自然频率n ω增大，阻尼比ξ增大 B ．无阻尼自然频率n ω增大，阻尼比ξ减小 C ．无阻尼自然频率n ω减小，阻尼比ξ减小 D ．无阻尼自然频率n ω减小，阻尼比ξ增大【 B 】16.所谓最小相位系统是指 A ．系统传递函数的极点均在S 平面左半平面B ．系统开环传递函数的所有零点和极点均在S 平面左半平面C ．系统闭环传递函数的所有零点和极点均在S 平面右半平面D ．系统开环传递函数的所有零点和极点均在S 平面左右半平面 【 A 】17.一系统的传递函数为G(s)=102S +，则其截止频率b ω为 A ．2 rad/sB ．0.5 rad/sC ．5 rad/sD ．10 rad/s【 B 】18.一系统的传递函数为G(s)=(1)KS TS +，则其相位角()ϕω可表达为A ．1tg T ω--B ．190o tg T ω---C ．190o tg T ω--D ．1tg T ω-【A 】19.一阶系统的传递函数为G(s)=22S +，当输入r(t)=2sin2t 时，其稳态输出的幅值为A B 2 C ．2 D ．4【 D 】20.延时环节se τ-（τ>0），其相频特性和幅频特性的变化规律为A ．()90oϕω=，()0L ω=dB B ．()ϕωωτ=-，()1L ω= dBC ．()90o ϕω=，()L ωωτ= dBD ．()ϕωωτ=-，()0L ω= dB【 A 】21.一单位反馈系统的开环传递函数为G(s)=(1)(2)Ks s s ++，当K 增大时，对系统性能的影响是 A ．稳定性降低 B ．频宽降低 C ．阶跃输入误差增大 D ．阶跃输入误差减小 【 A 】22.一单位反馈系统的开环Bode 图已知，其幅频特性低频段是一条斜率为-20dB/dec 的渐进直线，且延长线与0dB 线交点频率为d ω=5，则当输入为r(t)=0.5t 时，其稳态误差为 A ．0.1 B ．0.2 C ．0 D ．0.5【 D 】23.利用乃奎斯特稳定性判断系统的稳定性时，Z=P- N 的Z 表示意义为A ．开环传递函数零点在S 左半平面的个数B ．开环传递函数零点在S 右半平面的个数C ．闭环传递函数极点在S 右半平面的个数D ．闭环特征方程的根在S 右半平面的个数 【 B 】24.关于劳斯—胡尔维茨稳定性判据和乃奎斯特稳定性判据，以下叙述中正确的是 A ．劳斯—胡尔维茨判据属于代数判据，是用来判断开环系统稳定性的 B ．乃奎斯特判据属于几何判据，是用来判断闭环系统稳定性的 C ．乃奎斯特判据是用来判断开环系统稳定性的 D ．以上叙述均不正确【 D 】25.以下频域性能指标中根据开环系统来定义的是 A ．截止频率b ω B ．谐振频率r ω与谐振峰值r MC ．频带宽度D ．相位裕量λ与幅值裕量K g 【 A 】26.一单位反馈系统的开环传递函数为G(s)=()Ks s K +，则该系统稳定的K 值范围为A ．K>0B ．K>1C ．0<K<10D ．K>-1【 A 】27.对于开环频率特性曲线与闭环系统性能之间的关系，以下叙述中不正确的为A ．开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳定性B ．中频段表征了闭环系统的动态特性C ．高频段表征了闭环系统的抗干扰能力D 低频段的增益应充分大，以保证稳态误差的要求 【 d 】28.以下性能指标中不能反映系统响应速度的指标为 A ．上升时间t r B ．调整时间t s C ．幅值穿越频率c ω D ．相位穿越频率g ω 【 D 】29.当系统采用串联校正时，校正环节为1()21c s G s s +=+，则该校正环节对系统性能的影响为A ．增大开环幅值穿越频率c ωB ．增大稳态误差C ．减小稳态误差D ．稳态误差不变，响应速度降低 【 A 】30.串联校正环节1()1c As G s Bs +=+，关于A 与B 之间关系的正确描述为 A ．若G c (S)为超前校正环节，则A>B>0 B ．若G c (S)为滞后校正环节，则A>B>0 C ．若G c (S)为超前—滞后校正环节，则A ≠B D ．若G c (S)为PID 校正环节，则A=0,B>0 二、填空题（每小题2分，共10分）31.传递函数的定义是对于线性定常系统，在___初始条件为零的条件下，系统输出量的拉变换与_输入量的拉氏变换_之比。
自动控制原理期末考试卷与答案
自动控制原理期末考试卷与答案、填空题（每空 1 分，共20分）、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 。
、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。
、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。
、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。
、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 。
、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 奈氏曲线逆时方向包围 (-1, j0 )整圈数。
、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 。
、设系统的开环传递函数为12(1)(1)Ks T s T s ++，则其开环幅频特性为()A ω=，相频特性为01112)90()()tg T tg T ωωω--=---。
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。
、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+++。
、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。
、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。
、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判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。
《自动控制原理》试题3
《⾃动控制原理》试题3B3.1 求图B3.1所⽰⽹络的输出量i1和i2与输⼊量u1和u2之间的传递算⼦。
图B3.1电⽹络系统B3.2 设系统的齐次⽅程分别为并已知各系统的初始条件均为，试求各系统的零输⼊响应。
B3.3 ⽤级数展开法求下列矩阵的指数函数e At：B3.4 ⽤复域法求下列系统的矩阵指数函数e At：B3.5 ⽤化为特征值规范型的⽅法，求下列矩阵的指数函数e At：B3.6 ⽤凯莱-哈密顿定理计算下列矩阵的指数函数e At：3.7 已知线性定常系统齐次状态⽅程的解为求系统的状态转移矩阵和状态矩阵A。
B3.8 判断下列矩阵是否是状态转移矩阵。
若是，求对应的状态矩阵A：B3.9 计算下列线性时变系统的状态转移矩阵Φ(t,0)及其逆矩阵Φ-1（t,0）： B3.10 设系统的传递算⼦为已知试求这两个系统在单位阶跃信号作⽤下的时间响应。
B3.11 求下列系统在典型输⼊信号：(1)单位脉冲函数，(2)单位阶跃函数，(3)单位斜坡函数，(4)正弦函数sint，分别作⽤下系统的状态响应。
B3.12 若对图B3.12所⽰系统外施⼀幅值为10V持续时间为1s的矩形脉冲输⼊电压，且在第三秒时测得该系统的输出电压为0V。
试求输出电压的响应曲线u o(t)和电容器的初始电压u C(0)。
图B3.12RC电路B3.13 已知系统的特征⽅程如下所列，试分别⽤劳斯判据和赫尔维茨判据分析系统的稳定性，并确定系统稳定时其可变参数K 或T的取值范围。
(1)s3+20s2+9s+100=0 (2)3s4+10s3+5s2+s+2=0 (3)s4+4s3+13s2＋36s+K=0 (4)s4+2s3+Ts2+10s+100=0B3.14 分析下列特征⽅程以及图B3.14(a)和(b)所⽰系统的稳定性，并求系统极点的分布： (1)s6+3s5+5s4+9s3+8s2＋6s+4=0 (2)s6+s5-2s4-3s3-7s2-4s-4=0图B3.14题B3.14系统结构图B3.15 分析图B3.15所⽰的两个系统，引⼊与不引⼊反馈时系统的稳定性。
自动控制原理期末试卷及答案
自动控制原理期末试卷一、简答：（共30分，每小题10分）1、说明闭环控制系统的基本组成，并画出其典型结构方框图。
2、什么叫稳定裕量，在如下所示的图中标出相角稳定裕量和增益稳定裕量。
3、说明非线性控制系统中具有哪些运动特征（与线性控制系统相比较）。
二、已知系统结构图如图所示，试求出系统的传递函数。
(共10分)三、已知反馈系统的开环传递函数为)6)(3()1()(2+++=s s s s K s G 。
(共10分) （1）试确定使系统稳定的K 的取值范围。
（5分）（2）若要求系统对于输入r(t)= t 2作用下的静态误差e SS ≤0.5，试确定K 的取值范围。
（5分）四、已知最小相位系统开环对数幅頻特性图如图所示，写出相应的传递函数。
(共10分)五、已知单位负反馈系统的开环传递函数为 )1)(1()(21++=s T s T s Ks G 。
(共10分)（1）试概略画出G （s ）对应的Nyquist 图。
（5分） （2）由Nyquist 稳定判据给出闭环系统稳定的条件。
（5分） 六、已知系统的开环传递函数为)1()3(2)(+++=s s s s K s G ）（绘制负反馈的根轨迹图，并确定使系统处于欠阻尼的K 值范围。
(共15分) 七、某采样控制系统的结构如图所示，已知τ=1，求： （1）求系统的脉冲传递函数。
(10分) （2）求系统稳定的K 值范围。
(5分)答案一、 简答：（共30分，每小题10分）1、答案：闭环控制系统的基本组成：检测元件、比较元件、放大元件、执行元件、给定元件、校正元件及被控对象。
（共6分，除被控对象外，每一个元件给1分）典型结构方框图（4分，可以没有局部反馈）2、答案：稳定裕量是系统距离稳定 的边界所具有的余量（5分）。
相角稳定裕量（3分）。
增益稳定裕量（2分）。
3、答案：与线性控制系统相比非线性控制系统表现出如下的特征： （1）非线性控制系统的运动不满足态的迭加原理。
自动控制原理期末试题3套及答案一套
⾃动控制原理期末试题3套及答案⼀套⾃动控制理论（A/B 卷闭卷）⼀、填空题（每空 1 分，共15分）1、反馈控制⼜称偏差控制，其控制作⽤是通过与反馈量的差值进⾏的。
2、复合控制有两种基本形式：即按的前馈复合控制和按的前馈复合控制。
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（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，该系统的特征⽅程为，该系统的单位阶跃响应曲线为。
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。
6、根轨迹起始于，终⽌于。
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。
8、PI 控制器的输⼊－输出关系的时域表达式是，其相应的传递函数为，由于积分环节的引⼊，可以改善系统的性能。
⼆、选择题（每题 2 分，共20分）1、采⽤负反馈形式连接后，则 ( )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、下列哪种措施对提⾼系统的稳定性没有效果 ( )。
A 、增加开环极点；B 、在积分环节外加单位负反馈；C 、增加开环零点；D 、引⼊串联超前校正装置。
3、系统特征⽅程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( )A 、稳定；B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升；C 、临界稳定；D 、右半平⾯闭环极点数2=Z 。
4、系统在2)(t t r =作⽤下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( )A 、型别2B 、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。
5、对于以下情况应绘制0°根轨迹的是( )A 、主反馈⼝符号为“-” ；B 、除r K 外的其他参数变化时；C 、⾮单位反馈系统；D 、根轨迹⽅程（标准形式）为1)()(+=s H s G 。
自动控制原理考试试卷及答案
自动控制原理考试试卷及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪项不是自动控制系统的基本组成部分？A. 控制器B. 被控对象C. 执行机构D. 操作人员答案：D2. 在自动控制系统中，下列哪项属于反馈环节？A. 控制器B. 执行机构C. 被控对象D. 反馈元件答案：D3. 下列哪种控制方式属于闭环控制？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制答案：D4. 下列哪种控制方式属于开环控制？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分控制答案：A5. 在自动控制系统中，下列哪种控制规律不会产生稳态误差？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案：B6. 下列哪种控制方式适用于一阶惯性环节？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制答案：A7. 在自动控制系统中，下列哪种环节不会产生相位滞后？A. 比例环节B. 积分环节C. 微分环节D. 比例-积分环节答案：A8. 下列哪种控制方式可以使系统具有较好的稳定性和快速性？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案：D9. 在自动控制系统中，下列哪种环节可以使系统具有较好的阻尼效果？A. 比例环节B. 积分环节C. 微分环节D. 比例-积分环节答案：C10. 下列哪种控制方式可以使系统具有较好的跟踪性能？A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案：D二、填空题（每题2分，共20分）1. 自动控制系统的基本组成部分有：控制器、被控对象、执行机构、________。
答案：反馈元件2. 在自动控制系统中，反馈环节的作用是________。
答案：减小系统的稳态误差3. 闭环控制系统的特点有：________、________、________。
答案：稳定性好、快速性好、准确性高4. 开环控制系统的缺点有：________、________、________。
自控期末考试题及答案
自控期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 自控系统的开环传递函数是G(s)，闭环传递函数是H(s)，则开环增益K的值是：A. G(s)B. H(s)C. K=1/(1+G(s)H(s))D. K=1/G(s)2. 在PID控制器中，P代表的是：A. 比例B. 积分C. 微分D. 优先级3. 以下哪个不是控制系统的稳定性判据：A. 劳斯-赫尔维茨判据B. 奈奎斯特判据C. 伯德图D. 奈特图4. 控制系统的稳态误差ess与输入信号的类型有关，以下哪种输入信号类型会导致ess不为零：A. 阶跃信号B. 斜坡信号C. 抛物线信号D. 正弦信号5. 系统的时间常数τ与系统的哪个参数有关：A. 阻尼比B. 自然频率C. 增益D. 相位裕度6. 以下哪个是控制系统的频率特性：A. 传递函数B. 脉冲响应C. 伯德图D. 阶跃响应7. 一个二阶系统的阻尼比ζ=0.5，其特征方程为：A. s^2+2ζωns+ωn^2=0B. s^2+ωns+ωn^2=0C. s^2+2ζωn^2s+ωn^4=0D. s^2+2ζωn^2=08. 以下哪个是控制系统的超调量（overshoot）：A. 稳态误差B. 最大偏差C. 初始偏差D. 瞬态误差9. 系统设计中，为了提高系统的稳定性，通常需要增加：A. 阻尼比B. 自然频率C. 增益D. 相位裕度10. 以下哪个不是控制系统的时域性能指标：A. 稳态误差B. 调整时间C. 延迟时间D. 峰值时间答案：1. C2. A3. C4. B5. B6. C7. A8. B9. A10. C二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述PID控制器的工作原理及其各部分的作用。
答案：PID控制器是一种常见的反馈控制器，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
比例部分根据误差的大小成比例地调整控制量，以减小误差；积分部分对误差进行积分，消除稳态误差；微分部分对误差的变化率进行控制，以抑制系统的过冲和振荡。
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（5s?2)A.1 B。
2 C。
5 D。
107. 二阶系统的传递函数G（s)?5，则该系统是（b ) 2 s？2s？5A。
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）?1？Ts,当频率？？1时，则相频特性？G（j？)为( a ）TA。
45°B.-45°C。
90°D.—90°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D？s？？s4?8s3？17s2？16s？5?0，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:G？s??k，当k=( ）时,闭环系统s（s? 1）(s？5）临界稳定.A.10 B。
20 C。
30 D。
4013。
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第三章 时域分析法习题及解答3-1. 假设温度计可用11+Ts 传递函数描述其特性，现在用温度计测量盛在容器内的水温。
发现需要min 1时间才能指示出实际水温的98%的数值，试问该温度计指示出实际水温从10%变化到90%所需的时间是多少? 解： 41min, =0.25min T T = 1111()=1-e0.1, =ln 0.9t h t t T -=-T21T22()=0.9=1-eln 0.1t h t t T -=-，210.9ln 2.20.55min0.1r t t t T T =-===3-2.系统在静止平衡状态下，加入输入信号t t t r +=)(1)(，测得响应为t e t t C 109.0)9.0()(--+=试求系统的传递函数。
解：2210.90.910(s+1)()=10s (s+10)C s s s s =+-+22111R(s)=s s s s ++=()10()()10C s s R s s φ==+t0 1 2 3 4 5 6 7∞h (t )0 1.61 2.97 3.72 4.38 4.81 5.10 5.36 6.00解： 设()1K s Ts φ=+11()()()()1(1)K C s s R s K s Ts s s T φ=⋅==-++1()t Th t K Ke-=-()6h K ∞==116 1.61()66 1.61, ln 0.3126Th t e T --=-=-==-63.2 () 3.21T s s φ∴==+3-4.已知系统结构图如图3-49所示。
试分析参数a 对输出阶跃响应的影响。
解：1()()111KKTs s Kas T Ka s Ts φ+==++++1()()()()1KC s s R s s T Ka s φ=⋅=⋅++11=1s T aKK s T aK +⋅⋅++11=()1s K s T aK -++1h(t)=(1-e )t T aKK -+当a>0时，系统响应速度变慢；0Ta K -<<时，系统响应速度变快。
3-5.设控制系统闭环传递函数为2222)(nn ns s s ωξωωΦ++=试在［s ］平面上绘出满足下列各要求的系统特征方程式根的可能分布的区域。
1.707.01>>ξ， 2≥n ω2.05.0>>ξ， 24≥≥n ω3.5.0707.0>>ξ， 2≤n ω解：①0.707<<1, 2n ξω≥②0<0.5, 24n ξω≤≤≤③0.50.707, 2n ξω≤≤≤题解3-5（1）题解3-5（2） ）3-6.已知某前向通路的传递函数(如图3-50所示)12.010)(+=s s G今欲采用负反馈的办法将阶跃响应的调节时间s t 减小为原来的1.0倍，并保证总放大系数不变。
试选择H K 和0K 的值。
解：0010()10110()0.21()0.21101110H H HHK K G s K K s K G s s K s K φ+===+++++10K 101100.2T 0.20.10.02110H H K K K K φφ⎧===+⎪⎪⎨⎪=⨯==+⎪⎩ 解得：00.9 =10H K K =3-7.设一单位反馈控制系统的开环传递函数为)11.0()(+=s s Ks G试分别求出当110-=s K 和120-=s K 时系统的阻尼比ξ，无阻尼自然频率n ω，单位阶跃响应的超调量%σ及峰值时间pt ，并讨论K 的大小对系统性能指标的影响。
解： 22()10()1()0.11010G s K Ks G s s s K s s K φ===+++++2100=10, (s)=s 10100K s φ++210100 12102n n n ωωξξω=⎧⎧=⎪⎪⇒⎨⎨==⎪⎩⎪⎩21%=e100%16.3%ξπξσ--⨯=20.3621p n t sωξ==-2200=20 (s)=s 10200K s φ++，214.142000.353210n n n ωωξξω⎧==⎧⎪⇒⎨⎨==⎪⎩⎩21%=e100%30%ξπξσ--⨯=20.2371p n t sωξ==-K 增大使%,p t σ↑↓，但不影响调节时间。
3-8. 设二阶控制系统的单位阶跃响应曲线如图3-51所示。
如果该系统属于单位反馈控制系统，试确定其开环传递函数。
解： 222()2nn n s s s ωφξωω=++212%=e 100%30%0.357 33.63 0.1 1n p n t ξπξσξωωξ--⎧⨯=⎪=⎧⎪⇒⎨⎨=⎩==⎪-⎪⎩21131()1131() ()2411311()(24)s s G s s s s s s φφφ===++-+3-9.设系统闭环传递函数121)()()(22++==Ts s T s R s C s ξΦ 试求1．2.0=ξ；s T 08.0=；4.0=ξ；s T 08.0=；0.8ξ=；s T 08.0=时单位阶跃响应的超调量%σ、调节时间s t 及峰值时间p t 。
2．4.0=ξ；s T 04.0=和4.0=ξ；s T 16.0=时单位阶跃响应的超调量%σ、调节时间s t 和峰值时间pt 。
3．根据计算结果，讨论参数ξ、T 对阶跃响应的影响。
解：2222221()212n n n T s s s s s T T ωφξξωω==++++21%e100%ξπξσ--=⨯2 3.51p s n n t t ξωωξ==- 1. 0.08T =0.2 0.4 0.8 % 52% 25% 0.5%0.26 0.27s 0.42s1.2s 0.6s 0.38s p s t s t ξσ2. =0.4 ξ0.04 0.08 0.16% 25% 25% 25%0.14 0.27 0.55 0.3 0.6 1.2p s T t s s st s s s σ3. ,T ξ改变使闭环极点位置改变，从而系统动态性能发生变化。
,%,,,,,%,p s p s T t t T t t ξσξσ↑↓↑↓↑↑↑不变,不变不变。
3-10. 已知图3-52(a)所示系统的单位阶跃响应曲线图3-52(b)，试确定1K 、2K 和a 的数值。
解: 由系统阶跃响应曲线有⎪⎩⎪⎨⎧=-===∞oo o op t h 3.333)34(1.03)(σ系统闭环传递函数为222212212)(n n n s s K K as s K K s ωξωω++=++=Φ (1) 由 ⎪⎩⎪⎨⎧===-=--oo o o n p e t 3.331.01212ξξπσωξπ 联立求解得 ⎩⎨⎧==28.3333.0n ωξ由式（1）⎩⎨⎧====222110821n n a K ξωω另外3lim 1)(lim )(2122100==++=⋅Φ=∞→→K K as s K K s s s h s s3-11. 测得二阶系统图3-53(a)的阶跃响应曲线如图3-53(b)所示。
试判断每种情况下系统内、外两个反馈的极性(其中“0”为开路)，并说明其理由。
解：121()1K KsG s K s s =⋅m2111221112211()11K K KK K s ss s K s K s K K KsK s s φ⋅==⋅m m m m m(1) 单位阶跃响应为等幅振荡，故闭环极点为纯虚根，故内回路断开，外回路为负反馈； (2) 单位阶跃响应为发散，内回路为正反馈，外回路为负反馈；(3) 单位阶跃响应为近似斜坡信号，故外回路断开，内回路为负反馈；(4)单位阶跃响应为加速度信号，闭环极点为原点上2个极点，故内回路开路，外回路也开路。
3-12. 试用代数判据确定具有下列特征方程的系统稳定性。
1．010092023=+++s s s2． 020092023=+++s s s3． 025103234=++++s s s s解：321. 2091000s s s +++=3 210. 1 9 20 100209100=4 020100Routh s s s s ⨯-Routh 表第一列系数均大于0，故系统稳定。
322. 2092000s s s +++=3 210. 1 9 20 200209200= 1 020200Routh ss s s ⨯--Routh 表第一列系数有小于0的，故系统不稳定。
4323. 310520s s s s ++++=43 2. 3 5 2 10 1 0105-347==4.7 21010 Routh s s s ⨯ 10 4.71102= 3.264.72s s ⨯-⨯-Routh 表第一列系数有小于0的，故系统不稳定。
3-13. 设单位反馈系统的开环传递函数分别为1．)5)(1()1()(+-+=*s s s s K s G ； 2．)5)(1()(+-=*s s s K s G 试确定使闭环系统稳定的开环增益K 的范围(传递函数)(s G 中的11-s 称为不稳定的惯性环节。
*K 为根轨迹增益)。
解：(1)1. (s)=(1)(5)K s G s s s *+-+ ()(1)(5)(1)D s s s s K s *=-+++324(5)s s K s K **=++-++3 210. 1 5 4 420 >040Routh s K s K K K s s K *****-⨯-->由Routh 表第一列系数0>得20, 35K K K **>=故当43K >时系统稳定。
2. (s)=(1)(5)K G s s s *-+32()(1)(5)45D s s s s K s s s K **=-++=+-+ 不满足必要条件，系统不稳定。
3-14. 试确定图3-54所示系统的稳定性.解：210110(1)(1)(). ()210(21)1(1)s s s s a G s s s s s s s +++=⋅=⨯+++232()= (21)10(1)21101D s s s s s s s +++=+++3 210. 1 10 21 12101>0 211Routh s s s s -系统稳定。
21010(2)(). ()10(101)102101(2)s s b s s s s s s φ+==+++++2()= 10210D s s s ++满足必要条件，故系统稳定。
3-15. 已知单位反馈系统的开环传递函数为)12.001.0()(2++=s s s Ks G ξ试求系统稳定时，参数K 和ξ的取值关系。
解：2()(0.010.21)0D s s s s k ξ=+++=32()201001000D s s s s k ξ=+++=3210: 1 100200 1002000100 020 1000Routh s s kks s k ξξξ>->>由Routh 表第一列系数大于0得0020k k ξξ>⎧⎪>⎨⎪<⎩，即)0,0(20>><k kξξ3-16. 设系统结构图如图3-55所示，已知系统的无阻尼振荡频率s rad n 3=ω。