控制工程基础(东南大学) 中国大学mooc慕课答案2024版 m106008

作业第一章 控制系统的基本概念 第一章 控制系统的基本概念 作业

1、 抽水马桶控制系统的被控制量和被控制对象分别是什么？
评分规则: 被控制量：水位   5分被控制对象：水箱 5分

2、 绘制抽水马桶控制系统的功能框图并简述其工作原理。
评分规则:
当水箱水位处于给定高度时，浮子浮力通过杠杆作用关闭进水阀门，水位维持给定状态。一旦出水口打开，水流出，水位下降至设定位置后，出水口关闭，同时，浮子随水位下降而下降，进水阀打开，水开始流入，直至水位达到给定高度关闭进水阀，回到原给定高度（初始平衡状态）。

3、 仓库大门自动控制系统的原理如图1.13所示。试说明自动控制大门开启和关闭的工作原理并绘制系统框图。
评分规则:
当合上开门开关时，电位器测量电路产生偏差电压，经放大器放大，驱动电机带动绞盘，使大门向上提起。与此同时，与大门连在一起的电位器滑动触头上移，直至桥路达到平衡，电机停止，大门开启。反之，合上关门开关时，电机反向转动，带动绞盘使大门关闭。

4、 试绘制下图所示液位控制系统的功能框图，并简述其工作原理。
评分规则:
当水箱液位处于给定高度时，电源开关断开，进水电磁阀关闭，液位维持期望高度。若一旦打开出水阀门放水，导致液位下降，则由于浮球位置降低，电源开关接通，电磁阀打开，水流入水箱，直至液位恢复给定高度，重新达到平衡状态。

5、 根据你的生活经验，分别选择一个实例说明开环控制和闭环控制系统的特点及其工作原理。
评分规则: 开环实例：室内照明、抽油烟机、电风扇、……闭环实例：空调、冰箱、……

6、 简要说明控制系统稳定性、准确性和快速性的含义。
评分规则: 稳定性：趋于给定目标的能力（输入撤除后恢复原有平衡状态的能力）准确性：稳态精度快速性：响应速度

作业第二章 数学模型 第二章 数学模型

1、 试建立如图所示系统的运动微分方程。电压ui为系统的输入量；电压uo为系统的输出量；R为电阻；C为电容。
评分规则:

2、 建立系统的运动微分方程，图中位移xi为系统的输入量；位移xo为系统的输出量；K为弹簧刚度系数；B为粘性阻尼系数。
评分规则:

3、 已知系统的方框图如图所示，图中Xi(s)为输入量，N(s)为扰动量。试求传递函数Xo(S)/Xi(S)  .
评分规则: 令N(s) = 0，则系统框图简化为：

4、  将以下函数写出部分分式的形式，并求出留数。
评分规则:

5、 将以下函数写出部分分式的形式，并求出留数。
评分规则:

第一章 控制系统的基本概念 第一章 控制系统的基本概念 单元测验

1、 实现自动控制的基本原理是

A:计算机控制
B:电子电路控制
C:负反馈控制
D:正反馈控制
答案: 负反馈控制

2、 汽车自动巡航控制系统的被控制对象是

A:汽车
B:汽车发动机
C:油门踏板
D:汽车发动机转速
答案: 汽车

3、 机床工作台位置控制系统中，被控制对象是

A:工作台
B:机床
C:电机
D:丝杠
答案: 工作台

4、 机床工作台位置控制系统中，被控制量是

A:工作台位置
B:工作台运动速度
C:工作台驱动电机转速
D:工作台运动加速度
答案: 工作台位置

5、 机床主轴转速控制属于

A:随动控制系统
B:恒值控制系统
C:程序控制系统
D:开环控制系统
答案: 恒值控制系统

6、 比较元件的作用是

A:获得偏差信号
B:获得执行器控制信号
C:获得负反馈信号
D:获得给定信号
答案: 获得偏差信号

7、 教师-学生组成的教学系统中，被控制对象是

A:学生
B:教师
C:教师讲授的知识
D:学生掌握的知识
答案: 学生

8、 水钟系统中，被控制量是

A:水位高度
B:时间
C:水滴速度
D:时间刻度
答案: 水位高度

9、 房间空调温度调节系统中，空调属于

A:执行元件
B:被控对象
C:校正元件
D:给定元件
答案: 执行元件

10、 机床工作台位置控制系统中，可以选用的测量元件有

A:直线位移传感器
B:旋转编码器
C:测速发电机
D:加速度传感器
答案: 直线位移传感器;
旋转编码器

11、 下列控制系统属于闭环控制的有

A:空调温度控制系统
B:电冰箱温度控制系统
C:电风扇控制系统
D:微波炉加热时间控制系统
E:汽车自动驾驶系统
答案: 空调温度控制系统;
电冰箱温度控制系统;
汽车自动驾驶系统

12、 下列系统属于开环控制的是

A:电风扇控制
B:室内照明灯具控制
C:空调温度控制
D:水钟
答案: 电风扇控制;
室内照明灯具控制

13、 实现自动控制一般必须包括如下元件：

A:测量元件
B:执行元件
C:比较元件
D:并联校正元件
答案: 测量元件;
执行元件;
比较元件

14、 下列系统属于随动控制的有

A:反卫星武器
B:空空导弹
C:仿形加工车床
D:汽车发动机怠速控制
答案: 反卫星武器;
空空导弹;
仿形加工车床

15、 控制系统的性能需求主要包括：

A:稳定性
B:精确性
C:快速性
D:安全性
答案: 稳定性;
精确性;
快速性

16、 机床工作台位置闭环控制系统的精度一定优于机床工作台位置开环控制系统的精度。

A:正确
B:错误
答案: 错误

17、 负反馈的目的是为了获得偏差信号，用于产生控制作用，纠正输出偏差。

A:正确
B:错误
答案: 正确

18、 开环控制系统的输出不会出现振荡现象。

A:正确
B:错误
答案: 错误

19、 闭环控制系统的精度越高，其稳定性越好。

A:正确
B:错误
答案: 错误

20、 闭环控制系统的精度越高，其快速性越好。

A:正确
B:错误
答案: 错误

21、 开环控制的精度一般低于半闭环和闭环控制的精度。

A:正确
B:错误
答案: 正确

22、 闭环和半闭环控制系统均具有自动调节的功能。

A:正确
B:错误
答案: 正确

23、 有计算机参与的自动控制系统一定属于离散控制系统。

A:正确
B:错误
答案: 正确

24、 闭环控制系统实现自动调节的基本方法是（）
答案: 负反馈

25、 比较环节的作用是将系统的实际输出值与给定值进行比较运算以获得（）。
答案: 偏差

26、 检测元件的作用是测量系统输出信号，获取（）信号。
答案: 反馈

27、 执行元件的作用是产生控制调节作用去消除（）。
答案: 偏差

28、 机床切削加工属于（）控制系统。
答案: 程序

29、 （）是保证控制系统正常工作的先决条件。
答案: 稳定性

30、 精确性一般以（）来衡量。
答案: 稳态误差

第二章 数学模型

1、 拉氏变换齐次性表达式是（ ），A为常数。

A:L[f(t)]=1/AL[f(t)]
B:L[Af(t)]= AL[f(t)]
C: L[Af(t)]= AL[Af(t)]
D:L[Af(t)]=L[f(At)]
答案: L[Af(t)]= AL[f(t)]

2、 拉氏变换叠加性的表达式是(   )        a，b为常数

A:L[af1(t)+bf2(t)]=aL[f1(at)]+bL[f2(bt)]
B: L[af1(t)+bf2(t)]= aL[af1(t)]+bL[bf2(t)]
C:L[af1(t)+bf2(t)]= aL[f1(t)]+bL[f2(t)]
D:L[af1(t)+bf2(t)]= 1/aL[f1(t)]+1/bL[f2(t)]
答案: L[af1(t)+bf2(t)]= aL[f1(t)]+bL[f2(t)]

3、 拉氏变换(       )建立了函数f(t)在t=0+处的初值与函数sF(s)在s趋于无穷远处的终值间的关系。 

A:初值定理
B:终值定理
C:延迟定理
D:叠加性
答案: 初值定理

4、 如要利用终值定理求函数f(t)的终值,则要求sF(s)的所有极点位于s平面(. . )

A: 右侧
B: 实轴
C:虚轴
D:左侧
答案: 左侧

5、 拉氏变换（.    ）建立了函数f(t)在t趋于无穷远处的终值与函数sF(s)在s趋于零处的初值间的关系。

A:初值定理
B:终值定理
C:延迟定理
D:叠加性
答案: 终值定理

6、 如将G(S)方框输入端的求和点等效移到G(S)的输出端，则在被移动端通路上串入(.   )方框。

A:1 
B:G(S)
C:1/ G(S)
D:-G(S)
答案: G(S)

7、 如将G(S)方框输出端的求和点等效移到G(S)的输入端，则在被移动端通路上串入(     ) 方框。

A: -G(S)
B:G(S)
C:1/ G(S)
D:1
答案: 1/ G(S)

8、 如将G(S)方框输入端的引出点点等效移到G(S)的输出端，则在被移动端通路上串入(.  ) 方框。

A:1
B:G(S)
C:1/ G(S)
D:-1
答案: 1/ G(S)

9、 如将G(S)方框输出端的引出点点等效移到G(S)的输入端，则在被移动端通路上串入(.    ) 方框。

A: 1/ G(S)
B:G(S)
C: 1
D: -G(S)
答案: G(S)

10、 方框并联后的总的传递函数，等于所有并联方框单元传递函数(      )。

A: 相除
B:相乘
C:之差
D:之和
答案: 之和

11、 部分分式展开法求逆拉氏变换  如特征方程只含有不同的实数极点,则其逆拉氏变换的形式为(     )。

A:正弦函数
B:余弦函数
C: 指数衰减函数
D:振荡衰减函数
答案:  指数衰减函数

12、 部分分式展开法求逆拉氏变换  如特征方程的根是一对共轭复数则其逆拉氏变换的形式为 （.    ）。

A:余弦函数
B:指数衰减函数
C:正弦函数
D:振荡衰减函数
答案: 振荡衰减函数

13、 控制工程中,某个典型环节传递函数G(S)=K, 这个环节是（.  ）。

A:比例环节
B:惯性环节
C:微分环节
D:积分环节
答案: 比例环节

14、 控制工程中,某个典型环节传递函数G(S)=S, 这个环节是（）。

A:积分环节
B:理想微分环节
C:振荡环节
D:二阶微分环节
答案: 理想微分环节

15、 控制工程中,某个典型环节传递函数G(S)=1/S, 这个环节是（    ）。

A:比例环节
B:延迟环节
C:微分环节
D:积分环节
答案: 积分环节

16、 控制工程中,某个典型环节传递函数G(S)=TS+1, 这个环节是（. ）。

A:比例环节
B:延迟环节
C:一阶微分环节
D:惯性环节
答案: 一阶微分环节

17、 控制工程中,某个典型环节传递函数G(S)=1/（TS+1）, 这个环节是（.   ）。

A:振荡环节
B:延迟环节
C:一阶微分环节
D:惯性环节
答案: 惯性环节

18、 一阶系统的参数是（.    ）

A:时间常数和阻尼比
B:固有频率
C:时间常数
D:阻尼比
答案: 时间常数

19、 二阶系统的参数是（   ）

A:阻尼比
B:固有频率
C:时间常数
D:时间常数和阻尼比
答案: 时间常数和阻尼比

20、 依据系统及元件各变量之间所遵循的物理或化学规律列写出相应的数学关系式，建立模型，这种建立数学模型的方法称为(.   )。

A:系统辨识
B:解析法
C:实验法
D:黑箱
答案: 解析法

21、 数学模型是描述系统输入、输出量以及内部各变量之间关系的数学表达式，它揭示了系统结构及其参数与其性能之间的内在关系。

A:正确
B:错误
答案: 正确

22、 理想线性系统其输入输出之间是呈单调、线性比例的关系，即输入输出关系是一条理想直线。

A:正确
B:错误
答案: 正确

23、 静态条件（变量各阶导数不为零）下描述变量之间关系的代数方程称为静态数学模型。

A:正确
B:错误
答案: 错误

24、 任何一个高于二阶的系统都可以看成是若干个一阶和二阶系统的组成。

A:正确
B:错误
答案: 正确

25、 物理本质不同的系统，不可能有相同的数学模型，从而不可以抛开系统的物理属性，用同一方法进行具有普遍意义的分析研究（信息方法）

A:正确
B:错误
答案: 错误

26、 线性系统满足可加性、齐次性。

A:正确
B:错误
答案: 正确

27、 非线性系统不满足叠加原理。

A:正确
B:错误
答案: 正确

28、 线性化方程的系数与平衡工作点的选择无关。

A:正确
B:错误
答案: 错误

29、 线性化是无条件的，必须注意线性化方程适用的工作范围

A:正确
B:错误
答案: 错误

30、 应用拉氏变换解线性微分方程步骤对微分方程求拉氏变换，得到S域代数方程，解代数方程，得到S域输出的象函数，逆拉氏变换，微分方程的解。

A:正确
B:错误
答案: 正确

31、 传递函数是复数s 域中的系统数学模型，其参数不取决于系统本身的结构及参数，与系统的输入形式有关。

A:正确
B:错误
答案: 错误

32、 若输入给定，则系统输出特性完全由传递函数G(s) 决定，即传递函数表征了系统内在的固有动态特性。

A:正确
B:错误
答案: 正确

33、 传递函数是一种以系统参数表示的非线性定常系统输入量与输出量之间的关系式；传递函数的概念通常只适用于非线性定常系统。

A:正确
B:错误
答案: 错误

34、 传递函数通过系统输入量与输出量之间的关系来描述系统的固有特性。即以系统外部的输入－输出特性来描述系统的内部特性。

A:正确
B:错误
答案: 正确

35、 传递函数是 s 的复变函数。传递函数中的各项系数和相应微分方程中的各项系数对应相等，不完全取决于系统结构参数；

A:正确
B:错误
答案: 错误

36、 传递函数是在非零初始条件下定义的，即在零时刻之前，系统对所给定的平衡工作点处于相对静止状态。因此，传递函数原则上不能反映系统在非零初始条件下的全部运动规律； （T）

A:正确
B:错误
答案: 错误

37、 .传递函数只能表示系统输入与输出的关系，描述系统内部中间变量的变化情况。 

A:正确
B:错误
答案: 错误

38、 一个传递函数只能表示一个输入对一个输出的关系，不适合于单输入单输出系统的描述。

A:正确
B:错误
答案: 错误

39、 环节是不是根据微分方程划分的，是具体的物理装置或元件；

A:正确
B:错误
答案: 错误

40、 系统的闭环传递函数不具有相同的特征多项式。即闭环传递函数的极点不相同。

A:正确
B:错误
答案: 错误

41、 数学模型分为静态数学模型，动态数学模型。

A:正确
B:错误
答案: 正确

42、 数学模型就是指动态数学模型。

A:正确
B:错误
答案: 错误

43、 动态数学模型是描述变量各阶导数之间关系的微分方程。

A:正确
B:错误
答案: 正确

44、 依据系统及元件各变量之间所遵循的物理或化学规律列写出相应的数学关系式，建立模型，这种建立数学模型的方法称为解析法。

A:正确
B:错误
答案: 正确

45、 依据系统及元件各变量之间所遵循的物理或化学规律列写出相应的数学关系式，建立模型，这种建立数学模型的方法称为系统辨识。

A:正确
B:错误
答案: 错误

46、 人为地对系统施加某种测试信号，记录其输出响应，并用适当的数学模型进行逼近。这种方法也称为系统辨识。

A:正确
B:错误
答案: 正确

47、 人为地对系统施加某种测试信号，记录其输出响应，并用适当的数学模型进行逼近。这种方法也称为解析法。

A:正确
B:错误
答案: 错误

48、 机械系统中以各种形式出现的物理现象，都可简化为质量、弹簧和阻尼三个要素.

A:正确
B:错误
答案: 正确

49、 从动态性能看，在相同形式的输入作用下，数学模型相同而物理本质不同的系统其输出响应相似。相似系统是控制理论中进行实验模拟的基础.

A:正确
B:错误
答案: 正确

50、 从动态性能看，在不同形式的输入作用下，数学模型相同而物理本质相同的系统其输出响应相似。相似系统是控制理论中进行实验模拟的基础.

A:正确
B:错误
答案: 错误

51、 数学模型分为静态数学模型和（ ）。
答案: 动态数学模型

52、 动态数学模型是描述变量各阶导数之间关系的（ ）
答案: 微分方程

53、 依据系统及元件各变量之间所遵循的物理或化学规律列写出相应的数学关系式，建立模型，这种建立数学模型的方法称为（ ）。
答案: 解析法

54、 人为地对系统施加某种测试信号，记录其输出响应，并用适当的数学模型进行逼近。这种方法也称为（ ）。
答案: 系统辨识

55、 机械系统中以各种形式出现的物理现象，都可简化为（ ）、弹簧和阻尼三个要素
答案: 质量

56、 从动态性能看，在相同形式的输入作用下，数学模型相同而物理本质不同的系统其（ ）相似。相似系统是控制理论中进行实验模拟的基础；
答案: 输出响应

57、 可以用常系数线性微分方程描述的系统。则为（ ）。
答案: 线性定常系统

58、 为分析方便，通常在合理的条件下，将非线性系统简化为（ ）处理。
答案: 线性系统

59、 非线性数学模型的线性化的方法是（ ）。
答案: 泰勒级数展开法

60、 求非线性系统的（ ）可用泰勒级数展开法。
答案: 线性化模型

61、 拉普拉斯变换把函数从时域转换到(.  )域
答案: S

62、 S域的函数称为其对应时域函数的拉普拉氏变换或象函数，时域函数称为其对应S域函数的(.  )
答案: 原函数

63、 拉氏变换齐次性L[Af(t)]=(.   )，A为常数
答案: AL[f(t)]

64、 拉氏变换叠加性L[af1(t)+bf2(t)]= (.  )      a，b为常数
答案: aL[f1(t)]+bL[f2(t)]

65、 初值定理建立了函数f(t)在t=0+处的初值与函数(.   )在s趋于无穷远处的终值间的关系。
答案: sF(s)

66、 如要利用终值定理求函数f(t)的终值,则要求sF(s)的所有(.  )位于s平面左侧。
答案: 极点

67、 拉氏变换卷积定理L[f(t)*g(t)]=(.  )
答案: F(S)G(S)

68、 拉氏变换尺度改变定理L[f(t/a)]=(.  )
答案: aF(as)

69、 .部分分式展开法求F(S)逆拉氏变换L-1[F(s)] = L-1[F1(s)]+L-1[F2(s)]+…+L-1[Fn(s)]=(    )
答案: f1(t) + f2(t) + … + fn(t)

70、 部分分式展开法求逆拉氏变换  如特征方程只含有不同的实数极点,则其逆拉氏变换的形式为(    )
答案: 指数衰减函数

71、 部分分式展开法求逆拉氏变换  如特征方程的根是一对共轭复数则其逆拉氏变换的形式为 (    )
答案: 振荡衰减函数

72、 传递函数的定义：在(    )条件下，线性定常系统输出量的拉氏变换与引起该输出的输入量的拉氏变换之比。
答案: 零初始

73、 零初始条件是指t<0时，输入量及其各阶导数均为0；输入量施加于系统之前，系统处于稳定的工作状态，即t < 0 时，输出量及其(   )也均为0；
答案: 各阶导数

74、 系统的(   )方程是指传递函数分母=0的方程
答案: 特征

75、 特征方程的根称为传递函数的(    )，就是系统的特征根。
答案: 极点

76、 控制工程中的典型环节有比例环节、(    )、微分环节、积分环节、振荡环节、二阶微分环节等
答案: 惯性环节

77、 控制系统方框图是系统数学模型的(    )形式。可以形象直观地描述系统中各元件间的相互关系及其功能以及信号在系统中的传递、变换过程。
答案: 图解

78、 在控制系统方框图中，信号线是带有箭头的直线，箭头表示信号的传递方向，直线旁标记信号的时间函数或(     )。
答案: 象函数

79、 任何系统都可以由信号线、(     )、信号引出点及求和点（综合点）组成的方框图来表示。
答案: 函数方框

80、 控制系统方框图(     )求和点可以互换、合并、分解，即满足代数运算的交换律、结合律和分配律。
答案: 相邻

81、 同一信号线上引出的信号，其性质、大小(    )。
答案: 完全一样

82、 方框与方框首尾相连，前一方框的输出就是后一方框的输入，这种连接形式是(    )连接。
答案: 串联

83、 方框串联后的总的传递函数，等于每个方框单元传递函数的(     )。
答案: 乘积

84、 多个方框具有同一个输入，而以各方框单元输出的代数和作为总输出，这种连接形式是(    )连接。
答案: 并联

85、 方框并联后的总的传递函数，等于所有并联方框单元传递函数(   )。
答案: 之和

86、 一个方框的输出输入到另一个方框，得到的输出再返回作用于前一个方框的输入端，这种结构称为(    )连接。
答案: 反馈

87、 如将G(S)方框输入端的求和点等效移到G(S)的输出端，则在被移动端通路上串入(    )方框。
答案: G(S)

88、 如将G(S)方框输出端的求和点等效移到G(S)的输入端，则在被移动端通路上串入(   )方框。
答案: 1/G(S)

89、 如将G(S)方框输入端的引出点等效移到G(S)的输出端，则在被移动端通路上串入(   )方框。
答案: 1/G(S)

90、 如将G(S)方框输出端的引出点等效移到G(S)的输入端，则在被移动端通路上串入(    )方框。
答案: G(S)

作业第三章 控制系统时域分析方法 作业

1、 已知系统的单位脉冲响应为，求系统的传递函数。
评分规则: 等式两边进行拉普拉斯变换，可得

2、 对于如下系统，要使系统的最大超调量等于0.2，峰值时间等于1s，试确定增益K和Kh的数值，并确定此时系统的上升时间tr和调整时间ts。
评分规则: 闭环传递函数为
由题意可知：解得：
解得：

3、 试应用劳斯判据确定系统稳定时K的取值范围。
评分规则:

4、 已知单位反馈系统的开环传递函数为 ，试分别求出系统在单位阶跃输入、单位速度输入和单位加速度输入时的稳态误差。
评分规则: 系统为0型系统
Kp = 20
Kv = 0
Ka = 0
essp = 1/21
essv  = ¥
essa = ¥

5、 求当输入xi(t)=1(t)，扰动n(t)=1(t)时，系统总的稳态误差。
评分规则: 当N(s) = 0时，
当Xi(s) = 0时，

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