2019_2020第1学期自动控制原理平时作业
自动控制原理 课后习题答案(2020年7月整理).pdf
第1章控制系统概述【课后自测】1-1 试列举几个日常生活中的开环控制和闭环控制系统，说明它们的工作原理并比较开环控制和闭环控制的优缺点。
解：开环控制——半自动、全自动洗衣机的洗衣过程。
工作原理：被控制量为衣服的干净度。
洗衣人先观察衣服的脏污程度，根据自己的经验，设定洗涤、漂洗时间，洗衣机按照设定程序完成洗涤漂洗任务。
系统输出量（即衣服的干净度）的信息没有通过任何装置反馈到输入端，对系统的控制不起作用，因此为开环控制。
闭环控制——卫生间蓄水箱的蓄水量控制系统和空调、冰箱的温度控制系统。
工作原理：以卫生间蓄水箱蓄水量控制为例，系统的被控制量（输出量）为蓄水箱水位（反应蓄水量）。
水位由浮子测量，并通过杠杆作用于供水阀门（即反馈至输入端），控制供水量，形成闭环控制。
当水位达到蓄水量上限高度时，阀门全关（按要求事先设计好杠杆比例），系统处于平衡状态。
一旦用水，水位降低，浮子随之下沉，通过杠杆打开供水阀门，下沉越深，阀门开度越大，供水量越大，直到水位升至蓄水量上限高度，阀门全关，系统再次处于平衡状态。
开环控制和闭环控制的优缺点如下表1-2 自动控制系统通常有哪些环节组成？各个环节分别的作用是什么？解：自动控制系统包括被控对象、给定元件、检测反馈元件、比较元件、放大元件和执行元件。
各个基本单元的功能如下：（1）被控对象—又称受控对象或对象，指在控制过程中受到操纵控制的机器设备或过程。
（2）给定元件—可以设置系统控制指令的装置，可用于给出与期望输出量相对应的系统输入量。
（3）检测反馈元件—测量被控量的实际值并将其转换为与输入信号同类的物理量，再反馈到系统输入端作比较，一般为各类传感器。
（4）比较元件—把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的给定值进行比较，分析计算并产生反应两者差值的偏差信号。
常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电桥等。
（5）放大元件—当比较元件产生的偏差信号比较微弱不足以驱动执行元件动作时，可通过放大元件将微弱信号作线性放大。
重庆大学2020年春季学期课程作业自动控制原理
答案+我名字2020年春季学期课程作业自动控制原理第1次自动控制原理题号一二三合计已做/题量0 / 140 / 120 / 110 / 37得分/分值0 / 420 / 360 / 220 / 100一、单项选择题(共14 题、0 / 42 分)1、Bode 图稳定判据为：系统稳定的充要条件是在Bode图的L(w)>0dB 的范围内，开环对数相频特性曲线φ(ω)在( )线上正负穿越次数之差等于开环右极点数的1/2。
A、-180oB、180oC、-90oD、90o收藏该题2、反馈回路包含振荡环节，结果由原来的振荡环节转变成（）。
A、积分环节B、微分环节C、振荡环节D、惯性环节收藏该题3、在下列系统或过程中，属于闭环系统的有（）。
A、全自动洗衣机B、电风扇C、电冰箱D、电灯收藏该题4、（）指在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差，也称为静态精度。
A、稳定性B、快速性C、准确性D、精密性收藏该题5、哪种信号是使用得最为广泛的常用输入信号。
（）A、单位脉冲函数B、单位阶跃函数C、单位斜坡函数D、单位抛物线函数收藏该题6、具有滞后相位特性(即相频特性小于零)的校正装置叫相位滞后装置，又称之为( )装置。
A、微分校正B、积分校正C、微分-积分校正D、PID校正收藏该题7、反馈回路包含惯性环节, 系统仍为惯性环节, 但时间常数（）。
A、增大B、减小C、不变D、不确定收藏该题8、振荡环节对数幅频特性图高频段（大于转折频率）的渐近线斜率为（）。
A、-20dB/decB、20dB/decC、-40dB/decD、40dB/dec收藏该题9、同时反映了瞬态响应的速度和相对稳定性的频域性能指标有（）。
A、零频值B、复现频率C、截止频率D、谐振频率收藏该题10、二次临界阻尼系统具有的一对极点具有如下特征（）。
A、实部为零的共轭复数B、相等的负实数C、相等的正实数D、正、负两实数收藏该题11、欠阻尼典型二阶系统若不变，变化时（）。
华工 自动控制原理平时作业 参考解答过程
自动控制原理作业1．试将下列系统的结构图化简（本题10分）（说明：本题考查对第二章第三节系统结构图化简及等效变换的掌握程度，该类题目有两种求解方法。
第一种求解方法可参见课本44~47页的例题2-11、2-12、2-13等。
第二种方法可利用46页公式2-82，两种方法结果一样。
）2. 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下，试确定使系统稳定的开环放大系数K 的取值范围。
（本题10分）()(1)(4)K K G s s s s =++ （说明：本题考查对 第三章第一节 劳斯稳定判据的理解和应用，可参见课本67页例题3-6。
一样的求解思路）3.已知单位负反馈系统开环传递函数210()+（s 2）=G s s 。
（本题20分） 1）试判断该系统属于几型系统。
2）系统的开环放大系数K 是多少？3）试判断该系统是否稳定。
4）试求在输入信号2()5=r t t 作用下，系统的稳态误差是多少。
（说明：本题考查对第三章第六节 稳态误差相关知识的理解和计算。
可参见课本105页表3-6的总结及例题3-16。
）4. 某单位负反馈系统的开环传递函数如下，试求解以下性能指标：峰值时间p t ，调解时间s t ，超调量%σ。
（本题15分） ()10() 3.16G s s s =+5. 已知某系统的开环传递函数10()(21)(81)k G s s s =++，试绘制系统的对数幅频特性图，要求画图标明转折频率及斜率变化，必过点等必要数据，给出必要的计算过程与说明。
（本题15分）（说明：本题考查对 第五章第四节 系统开环频率特性的绘制要点，可参见课本213~217页，对绘制步骤有详细的说明，绘制要点是确定低频渐近线斜率、转折频率、及转折后斜率的变化量。
可参看课本作业题5-8。
一样的求解思路）6. 已知系统的开环传递函数()(1)(5)g k K G s s s s =++，绘制该系统的根轨迹。
（本题10分） （说明：本题考查对 第四章第二节 系统根轨迹的绘制要点的理解，可参见课本141~155页的内容和例题4-4,4-14等。
吉林大学2019-2020学年第一学期期末考试《自动控制原理》大作业参考答案
e(nT)=-10×1+10×2n=10(2n-1)
(2)
①部分分式法：
②幂级数法：用长除法可得
e*(t)=-3δ(t)-58(t-T)-7δ(t-2T)-9δ(t-3T)+…
8设下图所示各系统均采用单速同步采样，其采样周期为T。试求各采样系统的输出C(z)表示式。（20分）
第8题图
吉林大学网络教育学院
2019-2020学年第一学期期末考试《自动控制原理》大作业
学生姓名专业
层次年级学号
学习中心成绩
年月日
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5已知线性离散系统的闭环脉冲传递函为 ，试判断该系统是否稳定。（10分）
系统是稳定的.
6设有零阶保持器的离散系统如下图所示，试求：
（1）当采样周期T为1s和0.5s时，系统的临界开环增益Kc；
（2）当r(t)=1(t)，K=1，T分别为2s，4s时，系统的输出响应c(kT)。（15分）
第6题图
c(s)=G(s)R(s)=2/(s^2+5s+6)*1/s=A/s+B/(s+2)+C/(s+3),解出A=1/3,B=-1,C=2/3;
反变换c(t)=1/3-e^(-2t)+2/3*e^(-3t)；
开环增益是1/3,所以单位阶跃下的稳态输出等于1/3.
7试用部分分式法、幂级数法和反变换公式法求函数 的z反变换。（15分）
(1)①部分分式法：
e(nT)=-10+10×2n=10(2n-1)
自动控制原理大作业
自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。
自动控制是相对人工控制概念而言的。
自动控制原理：自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。
相关简介：自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。
它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。
二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。
应时而生：20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新的阶段——现代控制理论。
它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。
目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论、信息论、仿生学、人工智能为基础的智能控制理论深入。
自动控制系统为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的整体，这就是自动控制系统。
在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度、压力或飞行轨迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的相关机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。
反馈控制系统在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
下面是一个标准的反馈模型：开方：公式：X(n+1）=Xn+（A/Xn^2-Xn）1/3设A=5，开3次方5介于1^3至2^3之间（1的3次方=1，2的3次方=8）X_0可以取1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，2.0都可以。
2019-2020华工网络自动控制原理随堂练习答案
第一章绪论1.(单选题)闭环系统的特点不包含下列哪项（）。
A．负反馈B．控制精度较低C．可减少或消除偏差D．适应性好答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：B问题解析：2.(单选题)系统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，才能改善系统性能答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：D问题解析：3.(单选题)自动控制系统中根据某种函数规律变换控制信号，以利于改善系统的动态品质或静态性能的元件是（）。
A．比较元件B．校正元件C．测量反馈元件D．执行元件答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：B问题解析：4.(单选题)闭环控制系统的基本环节有给定输入、比较元件、控制对象、执行元件、（）等环节。
A.测量反馈元件B.积分元件C.微分元件D.比例元件答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：A问题解析：5.(单选题)火炮自动瞄准系统的输入信号是任意函数，这就要求被控量高精度地跟随给定值变化，这种控制系统叫（）。
A.恒值调节系统B.离散系统C.随动控制系统D.数字控制系统答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：C问题解析：6.(单选题)随动系统对（）要求较高。
A.快速性B.稳定性C.准确性D.振荡次数答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：A问题解析：7.(单选题)衡量系统稳态精度的重要指标时（）A．稳定性B．快速性C．准确性D．安全性答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：C问题解析：8.(单选题)下面不属于对控制系统基本要求的是（）A稳定性；B快速性；C准确性；D预测性答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：D问题解析：9.(单选题)自动控制的基本方式不包括（）。
A开环控制；B闭环控制；C复合控制；D计算机控制；答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：D问题解析：10.(单选题)实际的物理系统都是（）。
青岛科技大学2019-2020学年第一学期自动控制原理
青岛科技大学2019-2020学年第一学期自动控制原理考试试卷A考试科目： 自动控制原理 （答案全部写在答题纸上）一、设复合控制系统如图（1）所示，其中，K 1=2K 2=1，K 2K 3=1，T 2=0.25 ，要求： （20分）1）当r （t ）=1+t+21t 2 时，系统的稳态误差。
2）系统的单位阶跃响应表达式。
二、已知系统的开环传递函数为 （20分）G(S)H(S)＝1)S(S )4K(S -+ 1） 画出系统开环幅相曲线（即极坐标图）的大致形状。
2） 试用奈魁斯特稳定判据，分析K 值与系统稳定性的关系。
3） 绘制 Bode 图（即对数频率特性曲线）的幅频特性图（用渐近线表示）。
三、系统结构图如图（3）所示，若系统以ω=2rad/s 频率持续振荡， （20分） 试确定相应的K 和a 的值。
四、设某单位反馈控制系统的开环传递函数为 （20分）G(S) ＝2)+2S +S(S K 2（图1）（ 图3 ）该系统在增益K较大时稳定否？采取什么措施可以使该系统对所有K>0都稳定，试画出原系统及改进后系统的根轨迹图。
五、设某系统由下述微分方程描述：（20分）x+ x +x=0试绘制该系统的相平面图。
六、已知某系统如图（6）所示，（20分）（图6）当系统的输入信号为斜坡函数时，要求系统为无差系统，应采取什么控制规律才能使系统正常工作，加以证明。
七、设系统的状态空间表达式为（30分）x=Ax+Buy=Cx0 1 -1 1其中 A = -6 -11 6 ， B = 0 ， C= [1 0 0]-6 –11 5 01）该系统能否将系统矩阵用对角线矩阵表示？若能，试写出将状态空间表达式变换为对角线标准型后，所对应的矩阵A，B，C 。
2）求出该系统的传递函数。
3）求该系统的状态转移矩阵e At。
2020年自动控制原理试卷与答案(1)
自动控制原理试卷与答案一、填空题1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过稳定性与反馈量的差值进行的2、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。
3、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。
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、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、函数等6.闭环控制系统又称为反馈控制系统。
7.一线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与传递函数相同8.控制系统线性化过程中，线性化的精度和系统变量的时间常数T有关。
9、.PID调节中的“P”指的是比例控制器10.对控制系统的首要要求是系统具有稳定性。
11.反馈控制原理是检测偏差并纠正偏差的原理12.根据采用的信号处理技术的不同，控制系统分为模拟控制系统和数学控制系统。
13、由控制器（含测量元件）和被控制对象组成的有机整体称为自动控制系统。
14、闭环系统是指系统输出量直接或地参与系统的控制的作用。
15、开环控制系统与闭环系统相互结合的控制方式是复合控制16只有一个反馈通道的系统是单回路系统。
17、描述系统各个物理量之间关系的数学表达式或图形称为系统的数学模型18、过渡过程的三要素是起始值、稳定值、时间常数19从一个状态进入另一个稳态的中间过程叫做过渡过程或动态过程。
20、换路定律表明了换路前与换路后瞬间电路的工作状态之间的关系。
二、选择题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。
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1． 试将下列系统的结构图化简（本题10分）
（说明：本题考查对 第二章第三节 系统结构图化简及等效变换的掌握程度，该类题目有两种求解方法。
第一种求解方法可参见课本44~47页的例题2-11、2-12、2-13等。
第二种方法可利用46页公式2-82，两种方法结果一样。
）
2. 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下，试确定使系统稳定的开环放大系数K 的取值范围。
（本题10分）
()(1)(4)
K K G s s s s =++ （说明：本题考查对 第三章第一节 劳斯稳定判据的理解和应用，可参见课本67页例题3-6。
一样的求解思路）
3.已知单位负反馈系统开环传递函数210()+（s 2）
=G s s 。
（本题20分）
1）试判断该系统属于几型系统。
2）系统的开环放大系数K 是多少？
3）试判断该系统是否稳定。
4）试求在输入信号2()5=r t t 作用下，系统的稳态误差是多少。
（说明：本题考查对第三章第六节 稳态误差相关知识的理解和计算。
可参见课本105页表3-6的总结及例题3-16。
）
4. 某单位负反馈系统的开环传递函数如下，试求解以下性能指标：峰值时间p t ，调解时间s t ，超调量%σ。
（本题15分）
()
10() 3.16G s s s =+
5. 已知某系统的开环传递函数10()(21)(81)
k G s s s =++，试绘制系统的对数幅频特性图，要求画图标明转折频率及斜率变化，必过点等必要数据，给出必要的计算过程与说
明。
（本题15分）
（说明：本题考查对 第五章第四节 系统开环频率特性的绘制要点，可参见课本213~217页，对绘制步骤有详细的说明，绘制要点是确定低频渐近线斜率、转折频率、及转折后斜率的变化量。
可参看课本作业题5-8。
一样的求解思路）
6. 已知系统的开环传递函数()(1)(5)
g k K G s s s s =
++，绘制该系统的根轨迹。
（本题10分） （说明：本题考查对 第四章第二节 系统根轨迹的绘制要点的理解，可参见课本141~155页的内容和例题4-4,4-14等。
）
7.简答题（本题20分）
1、为保证系统达到预期控制效果，往往会在系统中增加校正装置，常用的校正装置主要有超前校正装置，滞后校正装置以及滞后-超前校正装置3种。
请简述这3种校正装置的区别及各自对系统的校正作用。
答：超前校正又称为微分校正，网络的输出信号在相位上总是超前于输入信号。
其特点是使校正后的系统的截止频率增大，通频带变宽，提高了响应的快速性;同时增大了相角的稳定裕度，提高了相对稳定性；但是高频抗干扰能力下降。
滞后校正又称为积分校正，网络的输出信号在相位上总是滞后于输入信号。
其特点是使校正后的系统的截止频率下降，通频带变窄，降低了响应的快速性;同时增大了相角的稳定裕度，提高了相对稳定性。
滞后-超前校正适用于对校正后系统的动态和静态性能有更多更高要求的场合。
施加滞后-超前校正环节，主要是利用其超前部分增大系统的相位裕度，以改善系统的动态性能；利用其滞后部分改善系统的静态性能。
特点：可同时改善系统的瞬态性能和稳态性能，即兼有快速响应特性和良好稳态精度。
2、为了毫不失真地从采样信号中恢复原连续信号，采样的过程必须遵循香农采样定理，同时还必须用到零阶保持器。
请简述二者的概念并简要介绍零阶保持器的作用。
答：香农采样定理：为了不失真地恢复模拟信号，采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍。
采样是将一个信号（即时间或空间上的连续函数）转换成一个数值序列（即时间或空间上的离散函数）。
采样得到的离散信号经保持器后，得到的是阶梯信号，即具有零阶保持器的特性。
如果信号是带限的，并且采样频率高于信号最高频率的一倍，那么，原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。
零阶保持器是指实现采样点之间插值的元件。
零阶保持器基于时域外推原理，能够把采样信号转换成连续信号。
保持器的作用是将离散信号转换为连续信号，这个连续信号近似的重现了作用在采样器上的信号。
最简单的保持器是将采样信号转变为在两个连续采样瞬时之间保持常量的信号，这种保持器，叫做零阶保持器。
零阶保持器的作用是在信号传递过程中，把第nT时刻的采样信号值一直保持到第(n+1)T时刻的前一瞬时，把第(n+1)T时刻的采样值一直保持到(n+2)T时刻，依次类推，从而把一个脉冲序列变成一个连续的阶梯信号。
因为在每一个采样区间内连续的阶梯信号的值均为常值，亦即其一阶导数为零，故称为零阶保持器。