2026年春江苏开放大学控制工程基础060874过程性考核作业1-4答案

2026年春江苏开放大学控制工程基础060874第一次过程性考核作业答案判断题1电热水壶烧水自动断电控制系统属于开环控制系统。A正确B错误学生答案：B2电饭煲做饭工作过程属于开环控制系统。A正确B错误学生答案：A3具备简单、稳定、可靠，但精度通常较低、且无自动纠偏能力的控制系统为闭环系统。A正确B错误学生答案：B4开环控制的输出可以反馈回当前控制系统。A正确B错误学生答案：B5具备精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感，但系统性能分析和设计麻烦的控制系统为闭环系统。A正确B错误学生答案：A6电饭煲保温控制过程属于开环控制系统。A正确B错误学生答案：B7水池水位阀门连动控制系统属于闭环控制系统A正确B错误学生答案：B8水池水位阀门连动控制系统属于开环控制系统。A正确B错误学生答案：A9具备简单、稳定、可靠，但精度通常较低、且无自动纠偏能力的控制系统为开环系统。A正确B错误学生答案：A10具备精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感，但系统性能分析和设计麻烦的控制系统为开环系统。A正确B错误学生答案：B单选题1被称为受控对象或对象，指在控制过程中受到操纵控制的机器设备或过程的的装置是_____。A被控对象B检测装置C控制器D执行机构学生答案：A2对自动控制系统最基本的要求是_____。A控制器B快速性C准确性D稳定性学生答案：D3用来检测被控量的装置，检测装置的精度和特性，且直接影响控制系统的控制品质的装置是_____。A执行机构B控制器C被控对象D检测装置学生答案：D4三类自动控制的基本方式为：_____、按扰动补偿和按偏差调节A按给定值操纵B快速性C稳定性D准确性学生答案：A5反应系统输出响应动态过程时间长短的指标是_____。A控制器B快速性C稳定性D准确性学生答案：B简答题1这是水池水位浮球控制系统的示意图，请详细写出它的工作原理，讨论其偏差结果。答案：水池水位浮球控制系统工作原理及偏差分析一、工作原理详细描述这是一个典型的闭环负反馈控制系统（Closed-loopControlSystem），其核心目的是通过自动调节进水量，使水池的实际水位稳定在给定的目标值。具体工作流程如下：设定目标（输入）：系统预设了一个期望的水位高度，即给定水位值H。检测与反馈：浮球漂浮在水面上，实时监测水池的实际水位值（图中标记为观测到的水位值H0）。浮球的位置直接代表了当前的水位高低。比较与决策（控制核心）：浮球通过连杆连接到杠杆。杠杆的另一端控制着阀门二。系统通过机械结构（杠杆原理）将“给定水位H”与“实际水位H0”进行比较。执行调节（正向通道）：当水位过低（H0<H）时：浮球下降，拉动杠杆，打开阀门二。此时水泵启动，通过管道向水池注水。当水位过高（H0>H）时：浮球上升，推动杠杆，关闭阀门二。水泵停止工作，停止注水。抗干扰（输出通道）：图中上方的阀门一代表用户用水。当用户打开阀门一放水时，水池水位会下降。水位下降会被浮球立即感知，系统会自动启动水泵补水，从而抵消用户用水带来的干扰，维持水位稳定。总结：该系统利用浮球的浮力作为传感元件，利用杠杆和阀门作为执行机构，构成了一个自动维持水位恒定的机械控制系统。二、偏差结果讨论在实际运行中，该系统很难做到水位绝对精确地停留在H点，通常会出现以下几种偏差情况：1.稳态误差（静差）：原因：机械系统存在摩擦力（杠杆转动、阀门开关）和间隙。结果：当水位非常接近H时，微小的浮力变化可能不足以克服摩擦力打开或关闭阀门。这会导致水位在H值附近的一个小范围内波动，而不是精确停在H点。例如，水位可能在H-2cm到H+2cm之间震荡。2.动态偏差（超调与振荡）：原因：系统存在惯性和滞后。水泵启动需要时间，水流从管道流到水池需要时间，浮球升降也需要时间。结果：当水位低于H启动水泵后，由于惯性，水可能会继续注入，导致水位冲过H（超调）。超调后浮球上升关闭阀门，但管道中可能还有存水继续流入，导致水位在H值上下来回波动（振荡），需要一段时间才能稳定。3.负载扰动导致的偏差：原因：用户用水量（阀门一的开度）是不可预测的。结果：如果用户突然大量用水（阀门一开度很大），且用水速度超过了水泵的最大注水速度，水池水位会持续下降，系统将无法维持水位在H，导致水位持续偏低的偏差。4.机械死区：原因：杠杆支点或连接处可能存在松动。结果：在某个微小的水位变化范围内，杠杆可能不动作，导致控制失效，产生较大的偏差。2这是水池水位人工控制系统的控制框图，请详细写出它的工作原理。答案：水池水位人工控制系统工作原理这是一个典型的人工闭环负反馈控制系统。在这个系统中，人扮演了传感器（眼睛）、控制器（大脑）和执行器（手）的多重角色。其详细工作原理如下：1.设定目标（给定值）系统首先有一个期望的目标，即给定水位值H。这是操作人员希望水池保持的理想水位高度。2.检测与反馈（测量环节）传感器：人眼充当了传感器的角色。反馈信号：人眼实时观察水池，获取当前的实际水位值，并在脑海中形成观测到的水位H0。信号传输：这个观测值（H0）被反馈回系统的输入端（比较点）。3.比较与决策（控制核心）操作人员在脑海中将给定水位值H（目标）与观测到的水位H0（现状）进行比较，计算出偏差（e=H-H0）。如果H0<H（水位偏低）：说明水不够，需要补水。如果H0>H（水位偏高）：说明水多了，需要停止或减少补水。4.执行调节（执行环节）根据比较结果，人去操作水泵（及阀门二）。若水位低，人开大水泵，增加进水量，使水池水位上升。若水位高，人关小或关闭水泵，停止进水，使水池水位下降（或保持）。5.抗干扰（输出环节）系统存在外部干扰，即图中的阀门一（用户用水）。当用户打开阀门一放水时，水池水位会下降。人眼一旦观测到水位下降（H0变小），会立即重复上述步骤，开大水泵进行补水，从而抵消用户用水带来的干扰，努力使水位恢复到H。总结：该系统通过“人眼观测->大脑比较->手动调节水泵”的循环过程，不断修正水位偏差，最终使水池的实际水位稳定在给定值H附近。这种控制方式灵活但依赖人的反应速度，且存在明显的时间滞后。3这是水池水位阀门连动控制系统的示意图，请详细写出它的工作原理，并说明这种控制方式是否可以在相当长的一段时间内保持给定水位值与实际水位值相同？答案：（1）工作原理该系统属于开环控制系统（无反馈调节环节，给定水位值直接决定阀门开度），核心通过“阀门开度联动”实现注水与放水的流量匹配，具体流程如下：设定与开度联动：系统预设给定水位值H，通过杠杆机构强制使阀门一（进水阀）与阀门二（出水阀）的开度完全相同。注水与放水过程：水泵通过阀门一向水池注水，注水流量由阀门一开度决定；用户通过阀门二放水，放水流量由阀门二开度决定。水位稳定条件：当“注水流量（阀门一开度）”与“放水流量（阀门二开度）”相等时，水池水位保持稳定；若两者不等，水位会上升（注水＞放水）或下降（放水＞注水）。（2）能否长期保持给定水位？不能。原因如下：用户用水量（阀门二的放水流量）是时变扰动（如用户随时可能多用水/少用水），但阀门二的开度由“给定水位值”固定（无反馈调节机制）。当用户用水量变化时，注水与放水流量失衡，水位会持续偏离给定值，无法长期稳定。4请详细写出电饭煲保温过程在自动控制中的工作原理，并绘制其控制系统框图。答案：一、工作原理电饭煲保温利用双金属片温控器实现闭环温度控制，核心逻辑是“温度低于设定值时加热，达到设定值时停止”，具体流程：温度检测与比较：双金属片温控器作为传感器+控制器，实时监测电饭煲内胆的实际温度，并与预设的保温设定温度（如60~70℃）比较。加热控制：当内胆温度低于保温设定温度时，双金属片因温度低保持闭合，接通加热电路，加热元件（如电热盘）工作，对内胆加热；当内胆温度升高至保温设定温度时，双金属片受热弯曲，断开加热电路，加热元件停止工作。循环维持温度：随着时间推移，内胆温度逐渐下降，当再次低于设定温度时，温控器重新接通加热电路，重复“加热-停止”过程，最终使内胆温度稳定在保温范围内。二、控制系统框图电饭煲保温系统是闭环负反馈控制系统，框图如下：给定保温温度（设定值）→比较器→温控器（传感器+控制器）→加热元件→电饭煲内胆（被控对象）→实际温度（反馈）→比较器（注：框图中，“给定温度”与“实际温度”在比较器中计算偏差，温控器根据偏差控制加热元件，内胆温度反馈回比较器，形成闭环调节。）

2026年春江苏开放大学控制工程基础060874第二次过程性考核作业答案判断题1传递函数是在零初始条件下定义的，因而不能反映非零初始条件下的全部运动规律。A正确B错误学生答案：A2极点位置决定了系统响应的稳定性和快速性。A正确B错误学生答案：A3正弦函数可以用终值定理求解A正确B错误学生答案：B4单位脉冲函数的拉普拉斯变换为1。A正确B错误学生答案：A单选题1下图中，_____的单位阶跃响应如下图所示A比例环节B微分环节C惯性环节D积分环节学生答案：C2下图中，_____的单位阶跃响应如下图所示A微分环节B振荡环节C积分环节D惯性环节学生答案：B3下图中，_____的单位阶跃响应如下图所示A微分环节B惯性环节C比例环节D积分环节学生答案：D4下图中，圆圈为_____。A信号线B功能框C引出点D比较点学生答案：D5下图中，方框为_____。A功能框B引出点C信号线D比较点学生答案：A6下图中，_____的单位阶跃响应如下图所示A微分环节B振荡环节C积分环节D延迟环节学生答案：D简答题1”在等效变换前后，前向通路中传递函数的乘积应保持不变，回路中传递函数的乘积应保持不变“，这句话是什么的等效变换原则？答案：答案：结构图（方框图）的等效变换原则解析：这是控制系统中结构图（方框图）简化（或等效变换）的核心原则。在对复杂的控制系统方框图进行化简（如移动引出点、比较点，合并串联、并联、反馈回路等）时，必须保证变换前后系统的输入-输出关系（即闭环传递函数）不变。2控制系统的零初始条件有哪两个方面的含义？答案：系统的储能元件初始状态为零：即系统中所有电容的初始电压为0，电感的初始电流为0，弹簧的初始位移和速度为0等。输入信号在t=0时刻之前一直为零：即系统在t<0时处于静止状态，没有受到任何外部激励。解析：零初始条件是定义传递函数的前提条件。只有在零初始条件下，系统输出的拉普拉斯变换与输入的拉普拉斯变换之比才等于传递函数。3微分方程、传递函数、结构图（方框图）属于控制系统中什么的分类？答案：数学模型解析：这三者都是描述控制系统输入与输出之间动态关系的数学模型的不同表现形式：微分方程：时域模型，描述时间域内的动态关系。传递函数：复频域（S域）模型，描述拉普拉斯变换后的关系。结构图（方框图）：图形化模型，直观描述信号传递和变换的逻辑关系。4已知MATLAB代码如下：num=[1224020]den=[24622]g=tf(num,den)请问传递函数g的表达式是什么？答案：

2026年春江苏开放大学控制工程基础060874第三次过程性考核作业答案判断题1某系统的阶跃响应如图所示，该系统的调节时间为6.09sA正确B错误学生答案：A单选题1某系统的阶跃响应如图所示，该系统的超调量为_____。A、1.29B、6.09sC、0.289D、2.26s学生答案：C2某系统的阶跃响应如图所示，该系统的调节时间为_____。A、0.289B、1.29C、6.09sD、2.26s学生答案：C简答题1对于标准一阶系统的单位阶跃响应，当调节时间分别等于三倍、四倍和五倍的时间常数的时候，响应曲线分别达到稳态值的百分之多少？答案：2已知反馈系统特征方程，请写出判定该系统稳定性的MATLAB代码并加以分析。答案：MATLAB代码：%定义特征方程的系数num=[12345];%计算根roots_val=roots(num);%判断稳定性ifall(real(roots_val)<0)disp('系统稳定');elsedisp('系统不稳定');end%显示根的具体值disp('特征根为：');disp(roots_val);3本章介绍了一种可以只利用手算来获取控制系统稳定性的方法，这种方法叫什么？答案：劳斯-赫尔维茨稳定性判据（Routh-HurwitzStabilityCriterion），简称劳斯判据。4设系统的特征方程为：试用劳斯稳定判据判别该系统的稳定性和正实部根的个数。答案：劳斯表构造如下：分析：第一列符号变化：第一列系数依次为6,5,0.4,−7,0.857,1。符号变化次数：从0.4到−7（正变负，1次），从−7到0.857（负变正，1次）。共变化2次。结论：系统不稳定。正实部根的个数为2个。5线性系统稳定的充分必要条件是什么？答案：线性系统稳定的充分必要条件是：系统闭环传递函数的所有极点（即特征方程的所有根）都必须位于复平面（s平面）的左半部分（即所有根的实部均为负数，Re(si​)<0）。6设系统的特征方程为：。试用劳斯稳定判据判别该系统的稳定性和正实部根的个数。答案：劳斯表构造如下：分析：当ϵ→0+时，s1行的首项系数趋向于−∞（负无穷）。第一列符号：6(+),4(+),ϵ(+),−∞(−),1(+)。符号变化次数：从ϵ到−∞（1次），从−∞到1（1次）。共2次。结论：系统不稳定。正实部根的个数为2个。7已知二阶系统的标准闭环传递函数的两个闭环极点为，分析几种不同的可能情况。答案：根据阻尼比ζ的不同取值，二阶系统的极点分布和响应情况分为以下三种：欠阻尼情况(0<ζ<1)：极点：一对共轭复根，实部为−ζωn​。响应：衰减振荡。系统会有超调，但最终趋于稳定。临界阻尼情况(ζ=1)：极点：两个相等的负实根，s1,2​=−ωn​。响应：无超调，无振荡。这是响应速度最快且无超调的临界状态。过阻尼情况(ζ>1)：极点：两个不相等的负实根。响应：无超调，无振荡。但响应速度比临界阻尼慢，因为其中一个极点离虚轴更近，起主导作用。(注：若ζ=0，为无阻尼等幅振荡；若ζ<0，系统不稳定，极点在右半平面)

2026年春江苏开放大学控制工程基础060874第四次过程性考核作业答案判断题1直流减速电机的齿轮组的作用是较高的转速和较小的力矩。A正确B错误学生答案：B2若执行机构采用步进电机，每个采样周期，控制器输出的当前控制量是相对于上次控制量的增量，此时控制器应采用增量式PID控制算法。A正确B错误学生答案：A3“调整系统的比例系数和微分系数，它可以提高系统的稳定性，减小稳态误差。”是比例积分控制器的控制特点A正确B错误学生答案：B4比例微分串联校正的数学表达式为图片1.pngA正确B错误学生答案：A5直流电机和步进电机属于开环控制。A正确B错误学生答案：A6“调整系统的比例系数和微分系数，它可以提高系统的稳定性，减小稳态误差。”是比例微分控制器的控制特点。A正确B错误学生答案：A7微分环节降低了系统抗扰动的能力A正确B错误学生答案：B8微分常数不能过大，否则会使响应过程提前制动，延长调节时间。A正确B错误学生答案：A9微分环节降低了系统抗噪声的能力A正确B错误学生答案：A10伺服电机和舵机属于开环控制。A正确B错误学生答案：B单选题1小明想通过单片机分别实现电机的正转、停转和反转功能。他拿到了电机驱动芯片TB6612FNG手册，摘取了下图的控制功能表，并在程序中把芯片使能端STBY端置了高电平，PWM端置了高电平，请问AIN1和AIN2应分别置什么信号才能实现电机正转、电机停转和电机反转这三个功能？[注]:表中的CW（clockwise）为正转脉冲信号，CCW（counter-clockwise）为反转脉冲信号A低电平和高电平；低电平和低电平；高电平和低电平B低电平和高电平；高电平和高电平；高电平和低电平C高电平和低电平；低电平和低电平；低电平和高电平D高电平和低电平；高电平和高电平；低电平和高电平学生答案：C多选题1从广义上说，下列哪些产品属于电机？A发电机B变压器C焊机D电动机学生答案：A；B；C；D2下列电气设备中，将电能转换为机械能的有（）A、发电机B、电冰箱C、电风扇D、洗衣机学生答案：B；C；D简答题1电机按用途分哪几类，他们之间的关系是什么？答案：电机按用途主要分为两大类：动力电机：用于驱动各种生产机械（如水泵、风机、压缩机等），将电能转换为机械能。控制电机：用于自动控制系统中，作为检测、放大、执行或计算元件（如伺服电机、步进电机等）。关系：包含关系：广义上，所有电机都是将电能转换为机械能的旋转电机，但在分类上，动力电机侧重于“大功率、高效率”，而控制电机侧重于“高精度、快速响应、小功率”。应用互补：在自动化系统中，动力电机提供动力，控制电机（如伺服电机）提供精确的位置和速度控制，两者配合工作。2请简述位置式PID控制算法和增量式PID控制算法的区别？答案：特征位置式PID(PositionalPID)增量式PID(IncrementalPID)输出量输出的是控制量的绝对值（如阀门开度、电压值）。输出的是控制量的增量（即本次输出与上次输出的差值

）。计算公式积分项积分项是误差的累加，容易产生积分饱和。积分项只计算当前误差，不易产生积分饱和。手动/自动切换切换时会有冲击（Bump），因为输出值突变。切换时无冲击，因为输出是增量，可以平滑过渡。应用场景适用于执行机构不需要频繁启停、对冲击不敏感的场合（如温度控制）。适用于需要频繁启停、对平滑性要求高的场合（如电机调速、阀门调节）。3在应用PID控制器的时候，调谐比例参数Kp，积分参数Ti和微分参数Td的顺序应当是怎么样的？答案：一般的调谐