2019-2020华工网络自动控制原理随堂练习答案

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。

2016-2017华工自动控制原理随堂练习D5. 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4aa663674c02f6答题：A A. B. C. D. （已提交）参考答案：A问题解析：6. 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4aa663674c02f6答题：C A. B. C. D. （已提交）参考答案：C问题解析：7. 自动控制系统的主要特征是（）。

A．在结构上具有负反馈通路，以求得偏差信号B．由偏差产生控制作用以便纠正偏差C．系统开环D．控制的目的是减少或消除偏差4aa663674c02f6答题：ABD A. B. C. D. （已提交）参考答案：ABD问题解析：8. 自动控制系统按照不同的分类原则有不同的分类结果，下列系统哪些是按照同一原则进行分类的（）。

A．连续系统 B．程序控制系统C．恒值控制系统 D．随动系统4aa663674c02f6答题：BCD A. B. C. D. （已提交）参考答案：BCD问题解析：9. 自动控制系统按描述元件的动态方程分（）。

A．随动系统 B．恒值控制系统C．线性系统 D．非线性系统4aa663674c02f6答题：CD A. B. C. D. （已提交）参考答案：CD问题解析：10. 自动控制系统性能的基本要求是（）。

A．稳定性 B．快速性C．准确性 D．安全性4aa663674c02f6答题：ABC A. B. C. D. （已提交）参考答案：ABC问题解析：第一章绪论随堂练习提交截止时间：2016-12-21 23:59:59当前页有2题，你已做2题，已提交2题，其中答对2题。

11. 人工控制与自动控制系统最大的区别在于控制过程中是否有人参与。

（）4aa663674c02f6答题：T对. 错. （已提交）参考答案：对问题解析：12. 开环控制系统与闭环控制系统最大的区别在于前者引入了反馈环节。

自动控制原理随堂练习第一章绪论答题： A. B. C. D.答题： A. B. C. D.答题： A. B. C. D.答题： A. B. C. D.答题： A. B. C. D.答题： A. B. C. D.A. B. C.A. B. C.A. B. C.A. B. C.答题：对. 错答题：对. 错答题： A. B. C. D. 答题： A. B. C. D. 答题： A. B. C. D. 答题： A. B. C. D.某系统的传递函数为，该传递函数有（答题： A. B. C. D.某典型环节的传递函数是，则该环节是（答题： A. B. C. D.已知系统的单位脉冲响应函数是，则系统的传递函数是（A. B. C. D.答题： A. B. C. D.答题： A. B. C. D.某系统的传递函数是，则该可看成由（答题： A. B. C. D.答题： A. B. C. D. 答题： A. B. C. D. 答题：对. 错答题：对. 错答题：对. 错．闭环极点为的系统．闭环特征方程为的系统．阶跃响应为的系统．脉冲响应为的系统答题： A. B. C. D.．最大超调量 D答题： A. B. C. D.已知二阶系统的传递函数是，则该系统属于答题： A. B. C. D.答题： A. B. C. D.已知系统的开环传递函数为，则其型别为（答题： A. B. C. D.已知系统的开环传递函数为，则该系统的开环增益为答题： A. B. C. D.若某负反馈控制系统的开环传递函数为，则该系统的闭环特征方程为． B．． D答题： A. B. C. D.某单位反馈系统的开环传递函数为，． B． C． D．答题： A. B. C. D.答题： A. B. C. D.系统在作用下的稳态误差，说明（．系统型别 B答题： A. B. C. D.答题： A. B. C. D. 答题： A. B. C. D. 答题： A. B. C. D.．最大超调量 DA. B. C.A. B. C.16.特征方程最靠近虚轴的根和虚轴的距离表示系统的稳定裕度，越大则系统的稳定性越低。

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及答案(总46页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第一章 绪论1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点.解答：1开环系统(1) 优点:结构简单，成本低，工作稳定。

用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。

(2) 缺点：不能自动调节被控量的偏差。

因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。

2 闭环系统⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。

它是一种按偏差调节的控制系统。

在实际中应用广泛。

⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。

1-2 什么叫反馈为什么闭环控制系统常采用负反馈试举例说明之。

解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。

闭环控制系统常采用负反馈。

由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。

例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。

1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非线性，定常，时变）（1）22()()()234()56()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+（2）()2()y t u t =+ （3）()()2()4()dy t du t t y t u t dt dt +=+（4）()2()()sin dy t y t u t t dt ω+=（5）22()()()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= （6）2()()2()dy t y t u t dt +=（7）()()2()35()du t y t u t u t dt dt =++⎰解答： （1）线性定常 （2）非线性定常 （3）线性时变（4）线性时变 （5）非线性定常 （6）非线性定常 （7）线性定常1-4 如图1-4是水位自动控制系统的示意图，图中Q1，Q2分别为进水流量和出水流量。

《自动控制原理》期末考试样题（满分100分，有填空、选择、简答、计算四种题型。

这份样题，旨在让大家了解期末考卷的形式，期末考题并非就是这份样题里的题目，复习时请勿死记硬背本样题的题目。

） 第一部分：填空选择一、 单项选择题(每题1分, 约16分)约16道选择题，这里只给出5道样题。

1．下列选项中不属于自动控制系统的主要特征的是（ ）DA ．在结构上具有反馈装置并按负反馈组成系统，以求得偏差信号B ．由偏差产生控制作用以便纠正偏差C ．控制的目的是减少或消除偏差D ．系统开环2.下列哪个不属于自动控制系统的基本要求（ ）DA ．稳定性B ．快速性C ．准确性D ．安全性3. 已知系统的状态方程为+++++=5432s s 3s 9s 16s 100，系统（ ），在s 平面右半部的特征根的数目为（ ）。

CA.稳定 ，1B.稳定 ，2C.不稳定，2D.不稳定，14. 二阶微分环节的频率特性为（ ）AA ：22()12G jw w j w τζτ=-+B ：22()12G jw w j w τζτ=++C ：221()12G jw T w j Twζ=-+ D ：221()12G jw T w j Tw ζ=++5. 试在下图中选出正确的根轨迹图？ （ ）AA B C二． 填空题（约24分）选择题总约24分，以下给出4道样题。

1．（1分）随动控制系统中，被控量按 给定值 变化。

2．（1分）线性定常系统（或元件）的频率特性是零初始条件下稳态输出正弦信号与输入正弦信号的复数比。

3. （3分）自动控制系统中常用的数学模型有 、 、 三种。

见课本第二章4. （2分）已知系统的传递函数为)1(1)(+=s s s G ，则系统的脉冲传递函数为___ _________ __。

第二部分：简答计算 简答计算题总共60左右三.（9分）自动控制系统的特征是什么？答案见课本第7页四.（12分）已知单位反馈系统的开环传递函数为s s s s G 325)(23++=，试判断该系统的稳定性。

自动控制原理课后习题答案自动控制原理课后习题答案自动控制原理是一门应用广泛的学科，它研究如何利用各种控制方法和技术，使得系统能够自动地实现预期的目标。

在学习这门课程的过程中，我们常常会遇到一些习题，下面我将为大家提供一些常见的自动控制原理课后习题的答案。

1. 什么是反馈控制系统？它的优点是什么？反馈控制系统是指通过测量系统输出信号，并将其与预期的参考信号进行比较，然后根据比较结果对系统进行调整的控制系统。

其优点包括：能够减小外部干扰对系统的影响，提高系统的稳定性和鲁棒性；能够根据系统实时的状态进行调整，使得系统能够更好地适应变化的工作环境；能够实现对系统输出的精确控制，提高系统的性能。

2. 描述比例控制器、积分控制器和微分控制器的工作原理。

比例控制器根据系统输出信号与参考信号的差异，按照一定的比例关系进行控制输出。

其工作原理是通过调节控制器输出信号与系统输入信号之间的比例关系，来实现对系统的控制。

积分控制器根据系统输出信号与参考信号的差异的积分值，进行控制输出。

其工作原理是通过积分计算，将系统输出信号与参考信号之间的差异进行累加，然后根据累加值来调节控制器输出信号，以实现对系统的控制。

微分控制器根据系统输出信号与参考信号的差异的变化率，进行控制输出。

其工作原理是通过对系统输出信号与参考信号之间的差异进行微分计算，然后根据微分值来调节控制器输出信号，以实现对系统的控制。

3. 什么是PID控制器？它的控制算法是怎样的？PID控制器是一种常用的控制器，它由比例控制器、积分控制器和微分控制器组成。

其控制算法是根据系统输出信号与参考信号的差异，按照比例、积分和微分的方式进行控制输出。

PID控制器的控制算法可以表示为：输出信号= Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益，e(t)为系统输出信号与参考信号的差异，de(t)/dt为差异的变化率。

自动控制原理随堂练习答案要点自动控制原理是现代工程技术中的重要学科，它研究如何利用各种控制原理和方法，实现对各种系统的自动控制。

在学习过程中，进行随堂练习是提高理论应用能力的有效方式。

下面是自动控制原理随堂练习的答案要点，供参考：1. 控制系统基本概念- 控制系统：由输入、输出、反馈和控制器等组成的系统。

- 开环控制系统：无反馈的控制系统，输出不受干扰的影响。

- 闭环控制系统：有反馈的控制系统，输出受干扰的影响。

2. 信号与系统- 信号：表示信息或数据的物理量。

- 连续信号与离散信号：连续信号在时间和幅度上都是连续变化的，离散信号在时间和幅度上都是离散变化的。

- 系统：将输入信号转换为输出信号的物理系统。

3. 传递函数与频率响应- 传递函数：描述系统输入与输出关系的函数。

- 频率响应：系统对不同频率信号的响应情况。

4. 时域分析- 系统的单位脉冲响应：系统对单位脉冲信号的响应。

- 系统的单位阶跃响应：系统对单位阶跃信号的响应。

- 系统的零状态响应与零输入响应：零状态响应是指系统对初始状态为零的输入信号的响应，零输入响应是指系统对初始输入为零的非零初始状态信号的响应。

5. 频域分析- 系统的频率响应：描述系统对不同频率输入信号的响应情况。

- 幅频特性图：绘制系统的幅频特性曲线，表示系统对不同频率输入信号的幅度变化。

- 相频特性图：绘制系统的相频特性曲线，表示系统对不同频率输入信号的相位变化。

6. 控制器设计- P控制器：比例控制器，输出与误差成正比。

- I控制器：积分控制器，输出与误差的累积成正比。

- D控制器：微分控制器，输出与误差变化率成正比。

- PID控制器：由P、I和D控制器组成的综合控制器。

7. 稳定性分析- 稳定性：系统在无穷远处的响应是有界的。

- 临界稳定：系统在极限情况下刚好保持稳定。

- 超稳定：系统在极限情况下仍然保持稳定，但响应速度较慢。

- 不稳定：系统在极限情况下不再保持稳定。

绪论单元测试1【判断题】(100分)自动控制理论经历了经典控制理论、现代控制理论和近代控制理论三个发展阶段。

A.错B.对第一章测试1【单选题】(10分)下列系统中属于开环控制的为（）。

A.家用空调器B.普通车床C.无人驾驶车D.自动跟踪雷达2【单选题】(10分)下列系统属于闭环控制系统的为（）。

A.家用电冰箱B.传统交通红绿灯控制C.自动流水线D.普通车床3【单选题】(10分)下列系统属于定值控制系统的为（）。

A.自动跟踪雷达B.自动化流水线C.家用空调D.家用微波炉4【单选题】(10分)下列系统属于随动控制系统的为（）。

A.火炮自动跟踪系统B.家用空调器C.自动化流水线D.家用电冰箱5【单选题】(10分)下列系统属于程序控制系统的为（）。

A.传统交通红绿灯控制B.火炮自动跟踪系统C.家用空调器D.普通车床6【单选题】(10分)（）为按照系统给定值信号特点定义的控制系统。

A.连续控制系统B.离散控制系统C.线性控制系统D.随动控制系统7【单选题】(10分)下列不是对自动控制系统性能的基本要求的是（）。

A.准确性B.快速性C.稳定性D.复现性8【单选题】(10分)下列不是自动控制系统基本方式的是（）。

A.开环控制B.复合控制C.闭环控制D.前馈控制9【单选题】(10分)下列不是自动控制系统的基本组成环节的是（）。

A.测量变送器B.控制器C.被控变量D.被控对象10【单选题】(10分)自动控制系统不稳定的过度过程是（）。

A.发散振荡过程B.其余选择都不是C.单调过程D.衰减振荡过程第二章测试1【单选题】(10分)自动控制系统的数学模型为（）。

A.热学方程B.梅森公式C.微分方程、传递函数、动态结构框图、信号流图D.状态方程、差分方程2【单选题】(10分)以下关于传递函数的描述，的是（）。

A.传递函数取决于系统和元件的结构和参数，并与外作用及初始条件有关B.传递函数是一种动态数学模型C.传递函数是复变量的有理真分式函数D.一定的传递函数有一定的零极点分布图与之相对应3【单选题】(10分)系统的传递函数是由系统的（）决定的。

自动控制原理随堂练习答案一、选择题1. 在自动控制系统中，用来感知被控对象状态的装置是（ B ）。

A. 电源B. 传感器C. 执行器D. 控制器答案：B. 传感器解析：传感器是自动控制系统中用来感知被控对象状态的装置，通过将被控对象的状态转化为电信号或者其他形式的信号，提供给控制器进行处理。

2. PID控制器中的P、I、D分别代表（ C ）。

A. 位置、速度、加速度B. 功率、电流、电压C. 比例、积分、微分D. 压力、温度、流量答案：C. 比例、积分、微分解析：PID控制器是一种常用的控制器，其中P代表比例控制，I代表积分控制，D代表微分控制。

这三个控制参数可以根据被控对象的特性进行调节，以实现控制系统的稳定性和响应速度的要求。

3. 在自动控制系统中，被控对象是指（ D ）。

A. 控制器B. 传感器C. 执行器D. 需要控制的物理系统答案：D. 需要控制的物理系统解析：被控对象是指需要通过控制器来控制的物理系统，例如温度控制系统中的温度传感器感知温度值，控制器根据温度值调节执行器控制加热或者制冷设备，以达到控制温度的目标。

4. 在自动控制系统中，控制器的作用是（ B ）。

A. 感知被控对象状态B. 根据反馈信号调节执行器C. 将被控对象状态转化为电信号 D. 提供电源给被控对象答案：B. 根据反馈信号调节执行器解析：控制器是自动控制系统中的核心部份，其作用是根据传感器反馈的信号，通过对执行器的调节，改变被控对象的状态，使其达到预定的目标状态。

5. 在自动控制系统中，负反馈的作用是（ A ）。

A. 提高系统的稳定性B. 提高系统的灵敏度C. 提高系统的响应速度D. 提高系统的抗干扰能力答案：A. 提高系统的稳定性解析：负反馈是自动控制系统中常用的控制策略，其作用是通过将被控对象的输出信号与期望输出进行比较，产生误差信号，然后根据误差信号来调节执行器，以减小误差，提高系统的稳定性。

二、填空题1. 自动控制系统的基本组成部份包括传感器、控制器和（执行器）。

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。

）解：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）s （ s 1）（s 5）劳斯稳定判据的理解和应用， 可参见课本 67 3.已知单位负反馈系统开环传递函数 G （s ） 10 。

（本题 20 分） s （2s+2） 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G K ( s) （说明：本题考查对 第三章第一节 页例题 3-6。

一样的求解思路）10004）试求在输入信号 r （t ） 5t 2 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 t p，调 解时间t s ，超调量 %。

（本题 15分）G(s) s s 34.55. 已知某系统的开环传递函数图，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)G k (s) 100，试绘制系统的对数幅频特性 s( s 1)(10s 1)6.已知系统的开环传递函数G k (s) g，绘制该系统的根轨迹。

(本题10s( s 1)(s 4)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。