自控考研历年真题及答案解析

自控考研历年真题及答案解析

一、单选题

1.自动控制系统的基本组成不包括（）（1分）A.传感器B.控制器C.执行器D.人机交互界面【答案】D【解析】自动控制系统的基本组成包括传感器、控制器和执行器，人机交互界面属于辅助系统，不是基本组成

2.二阶系统的阻尼比ζ=0时，系统响应为（）（1分）A.过阻尼B.欠阻尼C.临界阻尼D.无阻尼振荡【答案】D【解析】当阻尼比ζ=0时，二阶系统处于无阻尼状态，系统响应为等幅振荡

3.系统传递函数Gs=\frac{1}{s^2+2s+1}的特征方程为（）（1分）A.s^2+2s+1=0B.s^2-2s+1=0C.s^2+1=0D.s^2-1=0【答案】A【解析】传递函数的分母即为系统的特征方程，所以特征方程为s^2+2s+1=

04.离散系统的采样周期T对系统的影响是（）（1分）A.增大T，系统稳定性提高B.减小T，系统稳态误差增大C.增大T，系统响应速度加快D.减小T，系统动态性能变差【答案】D【解析】减小采样周期T可以提高系统的响应速度和动态性能，增大T则相反

5.以下哪种控制方式属于开环控制？（）（1分）A.反馈控制B.前馈控制C.自适应控制D.鲁棒控制【答案】B【解析】前馈控制属于开环控制，根据输入信号直接进行控制，不依赖于输出反馈

6.系统传递函数为Gs=\frac{K}{ss+1}，其静态速度误差系数Kv为（）（1分）A.KB.1/KC.0D.K^2【答案】C【解析】对于I型系统，静态速度误差系数Kv=

07.状态反馈主要用于改善系统的（）（1分）A.稳态性能B.动态性能C.抗干扰能力D.鲁棒性【答案】B【解析】状态反馈主要用于改善系统的动态性能，如减小超调量和调节时间

8.系统传递函数的分母多项式的根称为（）（1分）A.零点B.极点C.根轨迹D.特征根【答案】B【解析】传递函数的分母多项式的根称为系统的极点

9.以下哪种传感器属于非线性传感器？（）（1分）A.电位器式传感器B.电阻应变式传感器C.光电编码器D.压电传感器【答案】A【解析】电位器式传感器存在接触摩擦，导致输出与输入呈非线性关系

10.系统传递函数为Gs=\frac{1}{ss+2s+3}，其阶跃响应的超调量σp为（）（1分）A.小于5%B.5%-10%C.10%-20%D.大于20%【答案】C【解析】根据系统阶跃响应的超调量公式，对于阻尼比ζ=

0.7，超调量σp约为15%【答案】C【解析】根据系统阶跃响应的超调量公式，对于阻尼比ζ=

0.7，超调量σp约为15%

二、多选题（每题4分，共20分）

1.以下哪些属于线性系统的特性？（）A.叠加性B.齐次性C.非时变性D.可加性E.微分性【答案】A、B、C【解析】线性系统的特性包括叠加性、齐次性和非时变性，可加性是叠加性的另一种表达，微分性属于非线性系统特性

2.以下哪些属于控制系统常用的性能指标？（）A.上升时间trB.超调量σpC.调节时间tsD.稳态误差essE.自然频率ωn【答案】A、B、C、D【解析】控制系统常用的性能指标包括上升时间、超调量、调节时间和稳态误差，自然频率属于系统固有特性，不是性能指标

3.以下哪些属于控制系统设计的常用方法？（）A.根轨迹法B.频域法C.状态空间法D.解析法E.数值仿真法【答案】A、B、C、E【解析】控制系统设计的常用方法包括根轨迹法、频域法、状态空间法和数值仿真法，解析法不属于系统设计方法

4.以下哪些属于传感器的主要特性？（）A.灵敏度B.线性度C.分辨率D.响应时间E.精度【答案】A、B、C、D、E【解析】传感器的主要特性包括灵敏度、线性度、分辨率、响应时间和精度

5.以下哪些属于控制系统常见的故障类型？（）A.参数漂移B.传感器故障C.执行器故障D.控制器故障E.环境干扰【答案】A、B、C、D、E【解析】控制系统常见的故障类型包括参数漂移、传感器故障、执行器故障、控制器故障和环境干扰

三、填空题

1.控制系统的基本要求包括______、______和______【答案】稳定性；准确性；快速性（4分）

2.二阶系统的阻尼比ζ决定了系统的______特性【答案】振荡（4分）

3.系统传递函数Gs=\frac{1}{ss+1s+2}在s=0处的留数为______【答案】1/2（4分）

4.状态空间法的数学基础是______和______【答案】线性代数；微分方程（4分）

5.控制系统设计的常用工具包括______、______和______【答案】波特图；奈奎斯特图；根轨迹图（4分）

四、判断题

1.系统的传递函数可以完全描述系统的动态特性（）（2分）【答案】（√）【解析】系统的传递函数可以完全描述系统的输入输出关系，从而反映系统的动态特性

2.系统的特征方程的根一定是实数（）（2分）【答案】（×）【解析】系统的特征方程的根可以是实数或复数，取决于系统的阻尼比

3.系统的稳态误差与系统的开环传递函数有关（）（2分）【答案】（√）【解析】系统的稳态误差与系统的开环传递函数密切相关，可以通过开环传递函数计算稳态误差

4.系统的零点可以影响系统的动态性能（）（2分）【答案】（√）【解析】系统的零点可以影响系统的频率响应和动态性能，特别是对于高阶系统

5.状态反馈可以改变系统的极点（）（2分）【答案】（√）【解析】状态反馈可以通过选择合适的反馈增益矩阵改变系统的极点，从而改善系统的动态性能

五、简答题

1.简述自动控制系统的基本组成及其功能【答案】自动控制系统的基本组成包括传感器、控制器和执行器-传感器用于检测被控对象的输出信号，并将其转换为适合控制器处理的信号-控制器根据传感器反馈的信号和预设的控制策略，计算并输出控制信号-执行器根据控制器的输出信号，对被控对象进行控制，使其达到期望的输出状态【解析】自动控制系统的基本组成及其功能是控制系统的基础知识，需要掌握各个组成部分的作用和相互关系

2.简述二阶系统的阶跃响应特性【答案】二阶系统的阶跃响应特性主要取决于阻尼比ζ和自然频率ωn-当ζ=0时，系统响应为等幅振荡-当0ζ1时，系统响应为欠阻荡振荡，存在超调量-当ζ=1时，系统响应为临界阻尼，无超调量-当ζ1时，系统响应为过阻尼，无振荡【解析】二阶系统的阶跃响应特性是控制系统性能分析的重要内容，需要掌握不同阻尼比下的响应特点

3.简述状态空间法的优缺点【答案】状态空间法的优点-可以处理多输入多输出系统-可以提供系统的能控性和能观性分析-可以用于系统的最优控制和鲁棒控制设计状态空间法的缺点-需要较多的状态变量，计算量较大-对于单输入单输出系统，可能存在冗余状态变量【解析】状态空间法是现代控制理论的重要方法，需要掌握其优缺点和适用范围

六、分析题

1.某二阶系统的传递函数为Gs=\frac{2}{s^2+2s+2}，求系统的阻尼比ζ和自然频率ωn，并分析系统的阶跃响应特性【答案】-阻尼比ζ根据传递函数的分母，可以得到ζ=1，ωn=√2-系统的阶跃响应特性由于ζ=1，系统处于临界阻尼状态，阶跃响应无超调量，但上升时间较长【解析】通过分析传递函数的分母，可以确定系统的阻尼比和自然频率，从而判断系统的阶跃响应特性

2.某控制系统的传递函数为Gs=\frac{1}{ss+1s+2}，求系统的静态速度误差系数Kv，并分析系统的稳态误差【答案】-静态速度误差系数Kv根据传递函数，可以得到Kv=1/2-系统的稳态误差对于I型系统，稳态速度误差为1/Kv=2【解析】通过分析传递函数的分母和分子，可以计算系统的静态速度误差系数，从而确定系统的稳态误差

七、综合应用题

1.某控制系统的传递函数为Gs=\frac{1}{ss+1s+2}，设计一个状态反馈控制器，使系统的阻尼比ζ=

0.7，并分析系统的阶跃响应特性【答案】-状态反馈控制器设计选择合适的反馈增益矩阵K，使系统的闭环传递函数满足ζ=

0.7-系统的阶跃响应特性通过状态反馈，系统可以调整为欠阻尼状态，阶跃响应存在一定的超调量，但调节时间较短【解析】通过状态反馈控制器设计，可以改变系统的阻尼比，从而改善系统的动态性能完整标准答案

一、单选题

1.D

2.D

3.A

4.D

5.B

6.C

7.B

8.B

9.A

10.C

二、多选题

1.A、B、C

2.A、B、C、D

3.A、B、C、E

4.A、B、C、D、E

5.A、B、C、D、E

三、填空题

1.稳定性；准确性；快速性

2.振荡

3.1/

24.线性代数；微分方程

5.波特图；奈奎斯特图；根轨迹图

四、判断题

1.（√）

2.（×）

3.（√）

4.（√）

5.（√）

五、简答题

1.自动控制系统的基本组成包括传感器、控制器和执行器传感器用于检测被控对象的输出信号，并将其转换为适合控制器处理的信号；控制器根据传感器反馈的信号和预设的控制策略，计算并输出控制信号；执行器根据控制器的输出信号，对被控对象进行控制，使其达到期望的输出状态

2.二阶系统的阶跃响应特性主要取决于阻尼比ζ和自然频率ωn当ζ=0时，系统响应为等幅振荡；当0ζ1时，系统响应为欠阻荡振荡，存在超调量；当ζ=1时，系统响应为临界阻尼，无超调量；当ζ1时，系统响应为过阻尼，无振荡

3.状态空间法的优点可以处理多输入多输出系统；可以提供系统的能控性和能观性分析；可以用于系统的最优控制和鲁棒控制设计状态空间法的缺点需要较多的状态变量，计算量较大；对于单输入单输出系统，可能存在冗余状态变量

六、分析题

1.某二阶系统的传递函数为Gs=\frac{2}{s^2+2s+2}，求系统的阻尼比ζ和自然频率ωn，并分析系统的阶跃响应特性-阻尼比ζ根据传递函数的分母，可以得到ζ=1，ωn=√2-系统的阶跃响应特性由于ζ=1，系统处于临界阻尼状态，阶跃响应无超调量，但上升时间较长

2.某控制系统的传递函数为Gs=\frac{1}{ss+1s+2}，求系统的静态速度误差系数Kv，并分析系统的稳态误差-静态速度误差系数Kv根据传递函数，可以得到Kv=1/2-系统的稳态误差对于I型系统，稳态速度误差为1/Kv=2

七、综合应用题

1.某控制系统的传递函数为Gs=\frac{1}{ss+1s+2}，设计一个状态反馈控制器，使系统的阻尼比ζ=

0.7，并分析系统的阶跃响应特性-状态反馈控制器设计选择合适的反馈增益矩阵K，使系统的闭环传递函数满足ζ=

0.7-系统的阶跃响应特性通过状态反馈，系统可以调整为欠阻尼状态，阶跃响应存在一定的超调量，但调节时间较短。