中国石油大学自动控制两级RC网络结构图的等效变换
中国石油大学(华东)2011年自动控制原理期中考试试题(答 案)
2011—2012学年第1学期《自动控制原理》期中考试试卷（适用专业：自动化、电气、测控）专业班级姓名学号开课系室自动化系考试日期一、简答题（15分）1.反馈控制系统的基本组成有哪几部分？答：测量元件、给定元件、比较元件、放大元件、执行元件、校正元件或控制器执行器工艺对象和传感器2.控制系统正常工作的最基本要求是什么？答：稳定性、快速性、准确性3.什么是线性系统？线性系统的特征是什么？答：用线性微分方程描述的系统称为线性系统。
其特征是满足叠加原理，即叠加性与齐次性。
4.控制系统的传递函数的定义和应用范围是什么？答：控制系统的传递函数的定义为：零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
应用范围是：线性定常系统5.控制器中加入比例+微分环节对控制系统的影响是什么？答：比例微分环节可增大系统的阻尼比，超调量增加，调节时间缩短，且不影响系统的稳态误差与自然振荡频率；允许选取较高的开环增益，因此在保证一定的动态性能条件下，可以减小稳态误差。
二、(12分)如图1所示单容水箱，A 为水箱的横截面积，i Q 为输入流量，o Q 为输出流量，H 为水箱的实际液位， H Q o α=，α为流量系数。
当输入流量和输出流量相等时，液位维持在0H 处，000H Q Q o i α==。
（1） 以i Q 为输入，以H 为输出，建立该单容水箱的非线性微分方程模型。
（3分）（2） 对（1）中非线性微分方程在0H 处进行线性化，求线性化微分方程，并求单容水箱的传递函数。
（9分）图1解：（1）由物料平衡得下列方程i o i dH A Q Q Q dt=-=- 单容水箱的非线性微分方程模型为(1i dH Q dt A=- ① （3分） （2）考虑到000i i i oo o H H H Q Q Q Q Q Q=+∆⎧⎪=+∆⎨⎪=+∆⎩ 代入①式得(00()1i i d H H Q Q dt A+∆=+∆- （2分）即(01i i d H Q Q dt A∆=+∆- ② 0H在H处展开成Taylor级数，只取到线性项H=（2分）代入②，并考虑HQQoiα==，得1id HQ Hdt A⎛⎫∆=∆⎪⎪⎝⎭整理得1id HH Qdt A∆=∆③（2分）③即为所求的线性微分方程在③两边取拉氏变换得1()()is H s Q sA⎛⎫=⎝（2分）故其传递函数为1()()()iH s AG sQ s sα===（1分）三、（20分）结构图化简。
中国石油大学(华东)现代控制理论课后习题参考答案-刘宝、唐万生第三版
现代控制理论（第三版）课后习题答案与刘豹、唐万生的第三版教材配套，中国石油大学（华东）参考教材后面还附有相关的复习资料1-1 试求图1-27系统的模拟结构图，并建立其状态空间表达式。
11K s K K p +sK s K p 1+s J 11sK n 22s J K b -++-+-)(s θ)(s U 图1-27系统方块结构图解：系统的模拟结构图如下：)(s U )(s θ---+++图1-30双输入--双输出系统模拟结构图1K pK K 1pK K 1+++pK n K ⎰⎰⎰11J ⎰2J K b ⎰⎰-1x 2x 3x 4x 5x 6x系统的状态方程如下：u K K x K K x K K x X K x K x x x x J K x J x J K x J K x x J K x x x pp p p n p b1611166131534615141313322211+--=+-==++--===∙∙∙∙∙∙阿令y s =)(θ，则1x y =所以，系统的状态空间表达式及输出方程表达式为[]⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙∙∙∙∙∙654321165432111111112654321000001000000000000010010000000000010x x x x x x y uK K x x x x x x K K K K K K J K J J K J K J K x x x x x x p p pp npb1-2有电路如图1-28所示。
以电压)(t u 为输入量，求以电感中的电流和电容上的电压作为状态变量的状态方程，和以电阻2R 上的电压作为输出量的输出方程。
R1L1R2L2CU---------Uc---------i1i2图1-28 电路图解：由图，令32211,,x u x i x i c ===，输出量22x R y =有电路原理可知：∙∙∙+==+=++3213222231111x C x x x x R x L ux x L x R 既得22213322222131111111111x R y x C x C x x L x L R x u L x L x L R x =+-=+-=+--=∙∙∙写成矢量矩阵形式为：[]⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡32121321222111321000*********x x x R y u L x x x CCL L R L L R x x x 。
系统结构图及等效变换梅森公式
第四节 控制系统的结构图及其等效变换
例 画出图所示电路的动态结构图。
R1
+
U1(s)
R2
ur
-
i1
C1
i1-i2
i2
C2
+
uc
-
解：
Ur(s) _
U1(s)
2(s) I1(s) I_ U1(s) 1 1 C1S _ R1
1 R2
I2(s)
1 C2S
UC(s)
UC(s)
第四节 控制系统的结构图及其等效变换
不是串联！ 也不是串联！ C1(s)=R(s)G1(s)
C(s)=C1(s)G2(s) =R(s)G(s)1G2(s) C(s) =G (s)G (s) 等效 G(s)= R 2 (s ) 1 n G(s) =ΠGi (s) n个环节串联 i=1
第四节 控制系统的结构图及其等效变换
(2) 并联
两个环节的并联等效变换：
第四节 控制系统的结构图及其等效变换
（4）综合点和引出点的移动
1) 综合点之间或引出点之间的位置交换
综合点之间交换： 不改变数学关系 引出点之间的交换： b 不改变数学关系
a
±
c b a aa b c
aa ± cb ± bc ± ± ± a a a
综合点与引出点之间不能交换！
第四节 控制系统的结构图及其等效变换
U ( s ) – U ( s ) r c 系统动态结构图由四种基本符号构成： Ur(s)=RI(s)+Uc(s) =I(s)
第四节 控制系统的结构图及其等效变换
绘制动态结构图的一般步骤:
（1）确定系统中各元件或环节的传递函数。 （2）绘出各环节的方框，方框中标出其传 递函数、输入量和输出量。 （3）根据信号在系统中的流向，依次将各 方框连接起来。
电路分析(中国石油大学(华东))智慧树知到课后章节答案2023年下中国石油大学(华东)
电路分析（中国石油大学（华东））智慧树知到课后章节答案2023年下中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）绪论单元测试1.学好《电路》课的意义（）答案:《电路》是电类专业（自动化、电气工程、电子与信息工程、通信等专业）的第一门专业基础课，有着非常重要的地位。
;《电路》课程的掌握程度对于后续专业课程的学习，有着举足轻重的作用。
;《电路》也是多数电类专业研究生入学考试课。
第一章测试1.电流的参考方向为（）。
答案:沿电路任意选定的某一方向2.图示电路，求u：（）。
答案:-4V3.基尔霍夫电流定律应用于（）。
答案:节点4.在有n个节点，b条支路的连通电路中，可以列出独立KCL方程的个数为（）。
答案:n-15.图示电路中，直流电压表和电流表的读数分别为4V及1A,则电阻R为（）。
答案:76.图示电路中电压U为（）。
答案:2V7.图示电路中电压U AB为（）。
答案:-16V8.电路中b、c两点间的电压U bc为（）。
答案:2V9.图示为某电路中的一个回路，其KCL方程为（）。
答案:R1I1-R2I2-R3I3+R4I4=U S1+U S2-U S3-U S410.图示电路中电压U S为（）。
答案:4V第二章测试1.图示电路中的I为（）。
答案:2A2.电路如图所示，短路线中的电流I为（）。
答案:10A3.图示直流电路中，已知a点电位为5V，则参考点为（）。
答案:c点4.图示电路中的电流I为（）。
答案:0A5.图示电阻串联电路中，U=U1-U2+U3，再根据欧姆定律，可求出等效电阻R为（）。
答案:R1+R2+R36.在下列各图中，与图(N)所示伏安特性相对应的电路是（）。
答案:（B）7.图示电路的开路电压Uoc为（）。
答案:-2V8.图示电路中电位VA为（）。
答案:4V9.如图所示电路中I1为（）。
答案:2A10.图示电路的电压U与电流I的关系为（）。
答案:U=-1-3I第三章测试1.各点电位的高低是（）的，而两点之间的电压值是（）的。
【精品】中国石油大学(华东)考研829自动控制原理历年考研真题
中国石油大学（华东）2016回忆
扰动反馈的优缺点，比例微分对二阶系统影响，输入渐进稳定和输出渐进稳定的关系，简答部分就记住这三个
第二题是电阻电容电感组成的电路图，求输入和输出的传递函数
第三题是求输入和扰动的传递函数
第四题最偏，参量根轨迹题
所有大题中简答题和第四题最偏门
第五题频率伯德图4s+1/40s+1是什么校正
第六题描述函数比较基础
第七题离散域部分，简单计算量极大
第八题忘了
第九题给出传递函数，构建并联实现，做出模拟结构图
第十题分析系统可控，并作出1型标准能控型
十一题李雅普诺夫分析系统稳定属于简单送分
十二题是状态反馈参数题极简单
2015年回忆版，不清楚可参见电子版。
自动控制原理知到章节答案智慧树2023年中国石油大学(华东)
自动控制原理知到章节测试答案智慧树2023年最新中国石油大学（华东）第一章测试1.关于自动控制系统概念的理解正确的是？参考答案:自动控制系统不需要人的直接参与即可自动完成控制任务2.自动控制系统的组成说明正确的是？参考答案:自动控制系统包括控制器、执行器、被控对象和传感器四部分3.关于自动控制系统的反馈控制方式说法错误的是？参考答案:控制精度完全取决于所用元件及校准的精度4.自动控制系统的广义被控对象由哪几部分组成？参考答案:执行元件、被控对象、测量元件5.关于开环系统的叙述正确的是？控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程6.下列说法不是开环控制系统的特性？参考答案:系统具有减小或消除偏差的能力7.自动控制系统的准确性通过哪个性能指标判断？参考答案:稳态误差8.将水槽中的液位高度控制在一个恒定值，这样的系统是一个（）。
参考答案:恒值控制系统9.某系统微分方程为，则该系统是线性的。
参考答案:错10.该系统是线性的。
错第二章测试1.对于微分方程的描述，以下正确的是（）。
参考答案:微分方程模型是通过微分方程来描述控制系统输入和输出之间定量关系的数学模型。
2.以下对传递函数的定义描述正确的是（）。
参考答案:零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量拉氏变换的比值叫该系统的传递函数。
3.已知两个传递函数串联，则其等效变换正确的是（）。
参考答案:4.通过等效变换求下列系统的传递函数C(s)/R(s)（）。
参考答案:5.运用梅森公式求得下面信号流图的传递函数为（）。
参考答案:6.画出下图所示系统的信号流图（）。
参考答案:7.下列哪些是传递函数的标准形式（）。
参考答案:零极点形式;多项式形式;时间常数形式8.支路相当于加法器（）。
参考答案:错9.负号可以在信号线上越过方框移动，也可以越过任何一个引出点或比较点（）。
错10.已知某RC网络如下图所示则其结构图可表示为参考答案:对第三章测试1.系统中是否存在稳态误差取决于外作用的形式(阶跃，斜坡…)，而与系统的结构参数无关。
(自动控制原理)2.4控制系统的结构图及其等效变换
实例二：复杂控制系统的等效变换
总结词
通过等效变换简化复杂控制系统的结构图，便于分析。
详细描述
以一个包含多个回路和元件的液压控制系统为例，介绍如何 通过等效变换简化其结构图。通过合并、化简等步骤，将复 杂的结构图简化为易于分析的形式，以便更好地理解系统的 工作原理和控制性能。
实例三：实际应用中的控制系统等效变换
控制系统的性能指标
总结词
控制系统的性能指标是用来评估控制系统性能优劣的一系列参数。常见的性能指标包括稳定性、快速 性、准确性等。
详细描述
稳定性是指控制系统在受到扰动后能够恢复到原来的平衡状态的能力。快速性是指控制系统对于输入 信号的响应速度。准确性是指控制系统对于输入信号的跟踪精度。这些性能指标可以通过数学分析和 实验测试等方法进行评估。
不断调整和完善结 构图，确保其准确 反映系统的工作原 理。
结构图的基本元件及其作用
控制器
根据设定值与实际值的偏差， 计算出控制量并输出给执行器。
被控对象
需要被控制的设备或系统，如 温度、压力、流量等。
传感器
用于检测被控对象的参数变化， 并将检测到的信号转换为电信 号或数字信号输出。
执行器
根据控制器输出的控制量，驱 动被控对象进行相应的动作或 调节。
课程背景
自动控制原理是自动化专业的一门核心课程，主要介绍控制系统的基本原理、分 析和设计方法。
本节内容是该课程的重要章节之一，通过学习结构图及其等效变换，学生可以深 入理解控制系统的组成和动态行为，为后续章节的学习打下基础。
02 控制系统的基本概念
控制系统的定义
总结词
控制系统的定义是指通过一定的控制装置，对被控对象施加控制作用，从而使 被控对象的输出量按照预期的规律变化的过程。
自动控制原理2.4 结构图及其等效变换1.4 结构图及其等效变换
u R1
i1
u R1 R1
ur
i2
C
duR1 dt
uc iR2 (i1 i2 )R2
R1
R2
uc
结构图（续）
第二章 数学模型
U R1 (s) U r (s) U c (s) 1
I1 (s) R1 U R1 (s)
I 2 (s) CSU R1 (s) I(s) I1(s) I2(s) U c (s) R2 I (s)
-
(s)
Kf
三、结构图的等效变换：
第二章 数学模型
建立结构图的目的是求系统传递函数，对系统性能
进行分析。所以对于复杂的结构图就需要进行运算
和变换，设法将其化为一个等效的方框，其中的数
学表达式即为总传递函数。这一步骤相当于对方程
消元。
R
C
G
总传递函数
等效原则：
变换前后，输入输出总的数学关系应保持不变
Uc (s)
则
1
U ( s)
I(s)) 1
I(s)
R
R
及U c (s)
1 Cs
I(s)
(3)
I(s)
1 Uc (s) Cs
结构图（续）
第二章 数学模型
1．定义：由具有一定函数关系组成的、并标明信号 传递方向的系统方框图称为动态结构图。
2．组成：4个基本单元。
①信号线：带箭头的直线，表示信号传递的方向，
线上标注信号所对应的变量，信号传递
具有单向性。 X
②引出点：信号引出或测量的位置，从同一信号线
电路与电子技术——电路基础知到章节答案智慧树2023年中国石油大学(华东)
电路与电子技术——电路基础知到章节测试答案智慧树2023年最新中国石油大学（华东）第一章测试1.在图示电路中，器件A两端的电压和电流参考方向属于（）。
参考答案:关联参考方向2.使用理想独立电压源的定义判断下列那个选项的电压源连接是被允许（）。
参考答案:3.图中流过电阻的电流I=( )A。
参考答案:24.某电阻R两端的电压u与流过该电阻的电流i为非关联参考方向时，令u=-10V，消耗功率为0.5W，则电阻R为（）。
参考答案:200Ω5.电路如图所示，流过受控源两端的电流I=( )A。
参考答案:26.图示电路中Ｉ = 0 A 时，电位ＵA=（）。
参考答案:60 V7.沿顺时针和逆时针列写KVL方程，其结果是相同的。
（）参考答案:对8.电路如图所示，已知U s＝3V，I s＝2A，则U AB=( )V；I=( )A。
参考答案:1；59.图示电路中，正确的电压方程是（）。
参考答案:U S1-R1I1-U S2-R2I2=010.已知图中的I=3A，I2=1A，R1=2Ω，则R2=（）Ω。
参考答案:4第二章测试1.下列说法中错误的是（）。
参考答案:两个电路N1、N2等效时，电路内部的同一元件的功率一定相同2.ab端口的等效电阻为（）Ω。
参考答案:103.对称Y形和对称Δ形纯电阻网络等效变换的公式为R Y=3RΔ。
参考答案:错4.ab在下图电路中，电流源与1欧姆电阻的串联电路等效为（）。
参考答案:4A电流源5.图示电路中，对负载R而言，虚线框中的电路可以等效为（）。
参考答案:10V电压源6.理想电压源和理想电流源间（）。
参考答案:没有等效变换关系7.图示两个电路是等效的。
（）参考答案:错8.若图示两电路等效，则U s=（）V，R s=（）Ω。
参考答案:8；29.一个含独立源的电阻性线性二端网络（可以含受控源）总可以等效为一个电压源与一个电阻串联或一个电流源与一个电阻并联。
（）参考答案:错10.如图所示电路的等效电阻为参考答案:对第三章测试1.现用支路电流法求解图示电路，下面描述正确的是（）。
中国石油大学成人教育《计算机控制技术》在线考试复习题及参考答案精选全文
精选全文完整版（可编辑修改）《计算机控制技术》课程综合复习资料一、判断题1.经典控制理论主要研究方法是时域法、变分法和根轨迹法。
2.系统的稳定性是系统的固有特性，它与扰动的形式无关，只取决于系统本身的结构参数。
3.拉式变换它可把差分方程化为容易求解的代数方程来处理。
4.惯性滤波能有效地去除由于偶然因素引起的波动或因采样器的不稳定造成的误码等脉冲性干扰。
5.上升时间和峰值时间不能直接反应系统初始阶段的快慢过程6.编码器（Encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。
7.在电机的启动、保护与停止控制系统中，断路器，熔断器，接触器选择容量大于或等于电机额定电流即可，一般选取在大一个等级来配置。
8.一个用n阶微分方程描述的系统，就有n个独立变，当这n个独立变量的时间响应都获取后，系统的运动状态也就被揭示了。
9.比例环节的作用：能迅速反映偏差，从而减小偏差，但不能消除静差。
10.内部继电器、计数器、移位寄存器等均不能直接控制外部负载，只能作中间结果供PLC内部使用。
11.采用位置式算法时，即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。
12.双线性变换后的阶次不变，且分子、分母具有相同的阶次。
13.微分环节对于信号无变化或变化缓慢的系统不起作用。
14.对系统各部分的运动机理进行分析，利用物理规律、化学规律等建立数学模型(或称白箱建模、机理建模法)。
15.最小二乘法可用于离线估计和在线估计。
16.将原模拟调节器Dac(s) 直接离散化得到D(z)，设频率特性完全等效，即Dac (jw) = D(e jwT)，则计算机控制系统比原连续系统性能差。
17.若连续信号最高频率为ωm, 而采样频率ωs ≤2ωm 则采样后派生出的高频频谱和基本频谱不会重叠。
18.向前差分法且有串联性（与采样开关无关)，应用方便。
19.向后差分法，如果D(s)稳定，D(z)一定稳定。
《含源二端网络的输出特性及等效参数的测定》实验报告
中国石油大学（华东）现代远程教育实验报告课程名称：电工电子学实验名称：含源二端网络的输出特性及等效参数的测定实验形式：在线模拟+现场实践提交形式：在线提交实验报告学生姓名：学号：年级专业层次：学习中心：提交时间：年月日一、实验目的1．通过实验加深对戴维宁定理和等效变换概念的理解。
2．学会线性有源二端网络的输出特性及等效参数的测量方法。
二、实验原理任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源二端口网络）。
戴维宁定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RS串联组成的实际电压源来代替，其中：电压源US等于这个有源二端网络的开路电压UOC，内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零（电压源短路，电流源开路）后的等效电阻R0。
Uoc（Us）和R0称为有源二端网络的等效参数。
1．外特性及其测量方法含源二端网络的两个输出端上的电压和电流关系称为输出特性或外特性。
它可通过在网络输出端接一个可变电阻RL作负载，给电阻RL取不同数值时测出电压和电流而得到。
对线性二端网络，此特性为一直线，电路图如图1所示。
对应于A点，I = 0，U = Uoc（此电压称为开路电压），相当于RL时。
对应于B点，U = 0，I = Isc（此电流称为短路电流），相当于RL= 0时。
2．对于线性含源二端网络，可以用实验方法测出网络的开路电压，而网络除源后的等效电阻Ro，可以用以下方法测定。
（1）开路电压、短路电流法测R0在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流Isc，则等效内阻为如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。
（2）伏安法测R0用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图2所示。
根据外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻也可以先测量开路电压Uoc，再测量电流为额定值IN时的输出端电压值UN，则内阻为（3）半电压法测R0如图3所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。