吉大2020-2022学期《自动控制原理》在线作业一(5)答案

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。

吉林大学网络教育学院2019-2020学年第二学期期末考试《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作业要求：大作业要求学生手写完成，提供手写文档的清晰扫描图片，并将图片添加到word文档内，最终wod文档上传平台，不允许学生提交其他格式文件（如JPG，RAR等非word文档格式），如有雷同、抄袭成绩按不及格处理。

一综合题 (共3题，总分值30分 )1. 已知下列系统开环传递函数（参数K，T，T i>0；i=1，2，…，6）：其系统开环幅相曲线分别如图（1）～（10）所示，试根据奈氏判据判定各系统的闭环稳定性，若系统闭环不稳定，确定其s右半平面的闭环极点数。

（10 分）2. 设单位反馈控制系统的开环传递函数要求：(1) 画出准确根轨迹(至少校验三点)； (2) 确定系统的临界稳定开环增益K ｃ； (3) 确定与系统临界阻尼比相应的开环增益K 。

（10 分） 解：(1) ①极点：()3503,1002,01=-=-==n p p p 零点：无 （m=0） ②则根轨迹的分支数为条。

③n-m-3条根轨迹渐近线。

④()312ππϕ=-+=mn k a k=0()ππϕ=-+=mn k a 12 k=1()3512πϕπ=-+=m n k a k=2 5011-=--=∑∑==mn zp ni mi ii a σ⑤分离点坐标：501100110++++=d d d ()舍或7921-=-=d d （2）根轨迹与虚轴的交点即为临界开环增益Kc 由图可得j s 7.70±= 代入特征方程：()()0102.0101.0=+++K s s s解得：Kc=150(3)系统临界阻尼比即ζ 0arcc ==ζβos 21-=s 此时代入方程可得 K=9.63. 试用等倾线法证明相轨迹中有两条过原点直线，其斜率分别为微分方程的两个特征根。

（10 分）二作图题 (共6题，总分值60分 )4. 已知单位反馈控制系统开环传递函数如下，试概略画出相应的闭环根轨迹图(要求算出起始角θpi)：（10 分）答：5. 设二阶控制系统的单位阶跃响应曲线如图所示。

一 （25分）已知控制系统结构图如下图所示。

试通过结构图等效变换求系统传递函数C (s )/R (s )。

解：二 （25分）已知单位反馈系统的开环传递函数)12.0)(1()15.0()(2++++=s s s s s K s G试确定系统稳定时的K 值范围。

三 （25分）已知单位反馈系统的开环传递函数 )5)(11.0(50)(++=s s s s G 试求输入分别为 r (t )=2t 和 r (t )=2+2t+t 2 时，系统的稳态误差。

四 （25分）设单位反馈控制系统的开环传递函数)102.0)(101.0()(++=s s s K s G 要求：(1) 画出准确根轨迹(至少校验三点)；(2) 确定系统的临界稳定开环增益K ｃ；(3) 确定与系统临界阻尼比相应的开环增益K 。

解：（1）5000()(50)(100)K G s s s s =++ ① n ＝3，根轨迹有3条分支,且均趋于无穷远处；② 实轴上的根轨迹：[-50,0],(,1-∞-00];③ 渐进线：50100503a σ--==-，(21),33a k ππϕπ+==±； ④ 分离点：11150100d d d +=++求解得：121.3d =-，278.8d =-（舍去）； 作出根轨迹如图所示：（2）临界开环增益c K 为根轨迹与虚轴交点对应的开环增益。

32()150********D s s s s K =+++令s j ω=，代入()0D s =，并令其实部、虚部分别为零，即2Re[()]15050000D j K ωω=-+=，3Im[()]50000D j ωωω=-+=解得：1,23500070.71,0ωω=±±=（舍去） 150c K =（3）系统处于临界阻尼比1ζ=，相应闭环根位于分离点处，即要求分离点d 对应的K 值。

将s ＝d ＝-21.3代入幅值条件：0.0110.0219.622K s s s =++=4-14 设系统开环传递函数如下，试画出b 从零变到无穷时的根轨迹图。

吉大2020-2022学期《工程力学》在线作业一提醒：本科目含有多少随机试卷，请核实本套试卷是否是您需要的材料！！！一、单选题（共10题，40分）1、扭转应力公式适用于（）杆件。

A任意截面形状B任意实心截面形状C任意材料的圆截面D线弹性材料的圆截面提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目[正确参考选择]：D2、轴向拉（压）时横截面上的正应力（）分布。

A均匀B线性C假设均匀D抛物线提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目[正确参考选择]：A3、构件在外力作用下（）的能力称为稳定性。

A不发生断裂B不产生变形C保持原有平衡状态D保持静止提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目[正确参考选择]：C4、低碳钢材料冷作硬化后，其力学性能发生下列变化（）。

A屈服应力提高，弹性模量下降B屈服应力提高，韧性降低C屈服应力不变，弹性模量不变D屈服应力不变，韧性不变提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目[正确参考选择]：B5、静定结构是( )。

A几何可变体系B几何瞬变体系C几何不变体系，无多余约束D几何不变体系，有多余约束提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目[正确参考选择]：C——————————6、（）是桁架结构的基本特征之一。

A只有轴力作用B只有弯矩作用C杆件之间是刚性联结点D杆件之间不是铰联结提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目[正确参考选择]：A7、广义虎克定律的适用范围是（）。

A脆性材料B塑性材料C任何材料D材料为各向同性且处于线弹性范围内提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目[正确参考选择]：D8、三个刚片用( )的三个铰两两相联可以组成几何不变体系。

A共线B不共线C虚拟D非虚拟提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目[正确参考选择]：B9、根据圆轴扭转的平面假设，可以认为圆轴扭转时其横截面（）。

A形状尺寸不变，直径仍为直线B形状尺寸改变，直径仍为直线C形状尺寸不变，直径不保持直线D形状尺寸不变，直径不保持直线提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目[正确参考选择]：A10、梁的挠度是（）。

科目：大工20春《自动控制原理》在线作业1 提示：本套学习资料仅作为学习参考使用，祝学子们取得好成绩！一、单选题 (共 10 道试题,共 50 分)1.典型环节的阶数最高不超过()。

【A】4【B】3【C】2【D】1【注】认真复习课程知识，并回答上述问题本题参考选择:C2.时域分析法属于()。

【A】直接求解法【B】间接评价法【C】计算机仿真法【D】其他【注】认真复习课程知识，并回答上述问题本题参考选择:A3.()是控制装置的核心,决定着控制系统性能的好坏。

【A】测量装置【B】比较装置【C】计算装置【D】放大装置【注】认真复习课程知识，并回答上述问题本题参考选择:C4.一个传递函数只能表示()的函数关系。

【A】一个输入对一个输出【B】一个输入对多个输出【C】多个输入对一个输出【D】多个输入对多个输出【注】认真复习课程知识，并回答上述问题本题参考选择:A5.只有输出支路没有输入支路的节点称为()。

【A】输出节点【B】混合节点【C】前向通路【D】输入节点【注】认真复习课程知识，并回答上述问题本题参考选择:D6.结构图等效变换的实质相当于对方程组进行()。

【A】放大【B】消元【C】积分【D】微分【注】认真复习课程知识，并回答上述问题本题参考选择:B7.系统对不同频率()信号的稳态响应称为频率响应。

【A】正弦输入【B】余弦输入【C】阶跃输入【D】脉冲输入【注】认真复习课程知识，并回答上述问题本题参考选择:A8.振荡环节包含()储能元件。

【A】1个【B】2个【C】3个【D】4个【注】认真复习课程知识，并回答上述问题本题参考选择:B9.建立系统或元件微分方程时,首先要()。

【A】确定系统和各元件的输入量和输出量【B】列出原始方程【C】取得微分方程【D】标准化处理【注】认真复习课程知识，并回答上述问题本题参考选择:A10.等速度函数指的是()。

【A】阶跃函数【B】斜坡函数【C】抛物线函数【D】脉冲函数【注】认真复习课程知识，并回答上述问题本题参考选择:B二、判断题 (共 10 道试题,共 50 分)11.采用演绎法时,能够满足观测数据的系统模型有无穷多个。

2020吉大网络教育自动控制原理大作业解答
(说明：前面是题目，后面几页是解答部分)
一综合题
1. 已知线性离散系统的闭环脉冲传递函数为，试判断该系统是否稳定。

2. 设反馈控制系统中
(1) 概略绘制系统根轨迹图，并判断系统的稳定性；
(2) 如果改变反馈通路传递函数使，判断改变后系统的稳定性，并研究改变所产生的效应。

3. 设单位反馈控制系统的开环传递函数
要求：
(1) 画出准确根轨迹至少校验三点；
(2) 确定系统的临界稳定开环增益ｃ；
(3) 确定与系统临界阻尼比相应的开环增益。

4. 试用等倾线法证明
相轨迹中有两条过原点直线，其斜率分别为微分方程的两个特征根。

5. 试用相平面法分析下图所示系统在β，β及β三种情况下的相轨迹特点。

二作图题
6. 已知系统的结构图如下图所示，试画出参数T稳定区域曲线
7. 试分别绘制的相轨迹，并比较二者有何异同
8. 设单位反馈系统的开环传递函数为，若采用滞后—超前校正装
置，对系统进行串联校正，试绘制系统校正前后的对数幅频渐近特性，并计算系统校正前后的相角裕度。

9. 设二阶控制系统的单位阶跃响应曲线如图所示。

如果该系统为单位反馈控制系统，试确定其开环传递函数。

10. 试绘制的相轨迹以下是解答部分
一综合题
1. 答案：稳定
2. 答案：（）闭环系统恒不稳定
（）闭环系统稳定
3. 答案：(1) (2)K c=150 (3)K=9.62
4. 答案：
5. 答案：
二作图题
6. 答案：
7. 答案：
8. 答案：
9. 答案：
10. 答案：。

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。

大工20春《自动控制原理》在线作业1满分答案1
典型环节的阶数最高不超过()。

A 4
B 3
C 2
D 1
答案：C
2
时域分析法属于()。

A 直接求解法
B 间接评价法
C 计算机仿真法
D 其他
答案：A
3
()是控制装置的核心,决定着控制系统性能的好坏。

A 测量装置
B 比较装置
C 计算装置
D 放大装置
答案：C
4
一个传递函数只能表示()的函数关系。

A 一个输入对一个输出
B 一个输入对多个输出
C 多个输入对一个输出
D 多个输入对多个输出
答案：A
5
只有输出支路没有输入支路的节点称为()。

A 输出节点
B 混合节点
C 前向通路
D 输入节点
答案：D
6
结构图等效变换的实质相当于对方程组进行()。

吉大2020-2022学期《电路理论基础》在线作业一
提醒：本科目含有多少随机试卷，请核实本套试卷是否是您需要的材料！！！
一、单选题（共10题，40分）
1、电感元件的正弦交流电路中，电压有效值不变，当频率增大时，电路中电流将（）
A增大
B减小
C不变
D恒为零
提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目
[正确参考选择]：B
2、某三相四线制供电电路中，相电压为220V，则火线与火线之间的电压为（）
A220V
B311V
C380V
D300V
提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目
[正确参考选择]：C
3、电路中两点间电压的大小是（）
A绝对量
B相对量
C常量
D大于0的值
提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目
[正确参考选择]：A
4、自动满足基尔霍夫第二定律的电路求解法是（）
A支路电流法
B网孔电流法
C节点电位法
D都不是
提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目
[正确参考选择]：C
5、电容元件的正弦交流电路中，电压有效值不变，当频率增大时，电路中电流将（）
A增大
B减小
C不变
D恒为零
提示：复习课程相关知识802，并完成上述题目。

一、单选题（共 5 道试题，共 20 分。

）V1. 题面见图片A.B.C.D.满分：4 分2. 题面见图片A.B.C.D.满分：4 分3. 题面见图片A.B.C.D.满分：4 分4. 题面见图片A.B.C.D.满分：4 分5. 题面见图片A.B.C.D.满分：4 分二、多选题（共5 道试题，共20 分。

）V1. 有哪几种基本的控制方式（AB）A. 开环控制B. 闭环控制C. 复合控制D. 离散控制满分：4 分2. 以下有关传递函数的说明，正确的是（ABCD）。

A. 传递函数的概念仅用于线性定常系统B. 系统的传递函数是一种数学模型C. 传递函数是系统本身的一种属性D. 它表示联系输出变量与输入变量的常微分方程的一种运算方法满分：4 分3. 控制系统的性能由以下两部分组成（AB）。

A. 静态性能B. 动态性能C. 常态性能D. 非常态性能满分：4 分4. 以下属于系统稳定充要条件的是（AB）。

A. 系统所有闭环特征根均具有负的实部B. 所有闭环特征根均位于左半s平面C. 系统所有闭环特征根均具有正的实部D. 所有闭环特征根均位于右半s平面满分：4 分5. 下列属于典型输入信号的是（ABCD）A. 阶跃函数B. 速度函数C. 加速度函数D. 脉冲函数满分：4 分三、判断题（共15 道试题，共60 分。

）V1. 在方块图简化过程中，回路中传递函数的乘积必须保持不变。

BA. 错误B. 正确满分：4 分2. 串联校正装置可设计成超前、滞后、滞后-超前三种校正形式。

BA. 错误B. 正确满分：4 分3. 阻尼比等于0时，系统处于临界阻尼情况。

AB. 正确满分：4 分4. 系统特征方程的根均为负实根，则系统稳定。

BA. 错误B. 正确满分：4 分5. 带宽宽的系统可有效过滤高频噪声。

AA. 错误B. 正确满分：4 分6. 在信号流图中.信号可以沿支路从左向右传递.也能沿同一支路由右向左传输。

AA. 错误B. 正确满分：4 分7. 支路不是连接两个节点的定向线段。

第一章 习题答案1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图(1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态；(2) 画出系统方框图。

解 （1）负反馈连接方式为：d a ↔，c b ↔；（2）系统方框图如图解1-1 所示。

1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。

试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。

题1-2图仓库大门自动开闭控制系统解当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。

与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。

反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。

系统方框图如图解1-2所示。

1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。

分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。

题1-3图炉温自动控制系统原理图解加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u的平方成正比，c u增高，炉温就上升，c u的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。

炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u。

f u作为系统的反馈电压与给定电压u进行比较，得出偏差电压e u，经电压放大器、功率放大器放大成a u r后，作为控制电动机的电枢电压。

在正常情况下，炉温等于某个期望值T°C，热电偶的输出电压f u正好等于给定电压r u 。

此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。

这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。

当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程：控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。