2019-2020学年第一学期期末考试《自动控制原理》大作业

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。

吉大2020-2022学期《自动控制原理》在线作业一
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一、单选题（共5题，20分）
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自控大作业项目本项目旨在利用现代控制理论及工具，设计一种能够实现给定任务的自控系统。

在这个项目中，我们将通过对传统控制方法、现代控制方法及机器学习控制方法进行理论学习和实践研究，实现一个功能完备、可靠性高、性能卓越的自控系统。

项目目标本项目的主要目标如下：1.了解和掌握自控系统的基本概念、建模和设计方法。

2.掌握经典控制方法和现代控制方法，并加深对PID控制的理解。

3.熟悉机器学习控制方法及其在自控系统中的应用。

4.实现一个具有实际意义的自控系统，并评估其性能。

项目内容我们的自控系统将会有以下几个部分：1.硬件平台：使用Arduino控制器、传感器、执行器、机械组件，搭建一个物理平台，实现物理任务。

2.控制系统：设计并实现控制算法，采用经典控制方法、现代控制方法和机器学习方法，控制物理平台。

3.实验评估：使用不同的评估指标，实现对自控系统的定性和定量评价，并对不同算法进行比较和分析。

项目进度第一阶段1.学习自控系统的基本概念、建模和设计方法。

2.掌握经典控制方法和现代控制方法。

3.学习PID控制算法。

4.确定物理任务，选择硬件平台和相应的传感器、执行器。

第二阶段1.根据任务需求，设计并实现控制算法。

2.实现PID控制算法。

3.实现现代控制方法中的MPC和LQR算法。

4.了解基于机器学习的控制方法，选出一种算法并进行实验。

第三阶段1.进行实验评估，计算系统响应曲线、超调量、调节时间、稳态误差等评估指标。

2.在性能、实现难度、计算资源等方面进行评估。

3.将实验结果与理论分析进行比较和分析，出自控系统设计的优缺点，并提出改进建议。

自控大作业是一个集机械、电子、计算机、控制、实验等多学科知识于一身的综合性项目，我们需要在多个领域中掌握专业技能，具备创新思维能力和实践能力。

本项目不仅有助于深入理解控制领域知识和理论，而且可以提高我们的创新能力和综合实践能力，是非常有意义和挑战性的一个项目。

吉林大学2019-2020学年第一学期期末考试《机械工程控制基础》大作业参考答案吉林大学网络教育学院2019-2020学年第一学期期末考试《机械工程控制基础》大作业学生姓名专业层次年级学号学习中心成绩年月日一、名词解释（每小题2分，共20分）1、自动控制：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。

2、系统：系统一词来源于英文system的音译，即若干部分相互联系、相互作用，形成的具有某些功能的整体。

3、反馈：是系统与环境相互作用的一种形式。

4、开环控制系统：开环控制系统是指一个输出只受系统输入控制的没有反馈回路的系统。

在开环控制系统中，不把关于被控量的值的信息用来在控制过程中构成控制作用。

5、恒值系统：恒值控制系统的给定量恒定不变，如恒速，恒温，恒压等自动控制系统，这种系统的输出量也是恒定不变的。

6、随动系统：随动系统servo system，是一种反馈控制系统。

在这种系统中，输出量是机械位移、速度或者加速度。

因此随动系统这一术语，与位置或速度，或加速度控制系统是同义语。

在随动系统中，有一类，它的参考输入不是时间的解析函数，如何变化事先并不知道(随着时间任意变化)。

7、程序控制系统：这种系统的给定量是按照一定的时间函数变化的，如程序控制机床的程序控制系统的输出量应与给定量的变化规律相同。

8、连续系统：连续系统是系统状态随时间作平滑连续变化的动态系统。

包括由于数据采集是在离散时间点上进行而导致的非连续变化。

连续系统可用一组微分方程来描述。

9、采样系统或离散系统：通常把系统中的信号是脉冲序列形成的离散系统，称为采样控制系统或脉冲控制系统；而把数字序列形成的离散系统，称为数字控制系统或计算机控制系统。

10、定常系统：定常系统又称为时不变系统，其特点是：系统的自身性质不随时间而变化。