自控設(shè)計(jì)面試題目及答案一、選擇題（共30分）1.自動(dòng)控制系統(tǒng)中，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的主要區(qū)別是什么？（5分）A.開(kāi)環(huán)系統(tǒng)沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)B.閉環(huán)系統(tǒng)有反饋環(huán)節(jié)C.開(kāi)環(huán)系統(tǒng)有反饋環(huán)節(jié)D.閉環(huán)系統(tǒng)沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)答案：A、B2.在控制系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)誤差通常與哪些因素有關(guān)？（5分）A.輸入信號(hào)的類型B.系統(tǒng)的類型C.系統(tǒng)的增益D.所有以上因素答案：D3.PID控制器中的P、I、D分別代表什么？（5分）A.比例、積分、微分B.比例、積分、導(dǎo)數(shù)C.比例、微分、積分D.比例、導(dǎo)數(shù)、積分答案：A4.什么是系統(tǒng)的超調(diào)量？（5分）A.系統(tǒng)響應(yīng)超過(guò)穩(wěn)態(tài)值的最大值B.系統(tǒng)響應(yīng)超過(guò)穩(wěn)態(tài)值的最小值C.系統(tǒng)響應(yīng)超過(guò)穩(wěn)態(tài)值的平均值D.系統(tǒng)響應(yīng)超過(guò)穩(wěn)態(tài)值的最小值和最大值之差答案：A5.系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法有哪些？（5分）A.勞斯-赫爾維茨準(zhǔn)則B.奈奎斯特準(zhǔn)則C.波特圖D.所有以上方法答案：D6.什么是系統(tǒng)的截止頻率？（5分）A.系統(tǒng)增益下降3dB的頻率B.系統(tǒng)增益上升3dB的頻率C.系統(tǒng)增益為1的頻率D.系統(tǒng)增益為0的頻率答案：A二、填空題（共20分）1.在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能通常用______、______和______來(lái)描述。（6分）答案：穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性2.一個(gè)二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=\(\frac{1}{s^2+2s+1}\)，則該系統(tǒng)的阻尼比為_(kāi)_____，自然頻率為_(kāi)_____。（4分）答案：0.5，13.PID控制器中，積分作用可以消除系統(tǒng)的______誤差，微分作用可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)的______誤差。（4分）答案：穩(wěn)態(tài)，動(dòng)態(tài)4.奈奎斯特穩(wěn)定性準(zhǔn)則中，奈奎斯特圖環(huán)繞點(diǎn)(-1,0)的次數(shù)等于閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定極點(diǎn)數(shù)減去開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定極點(diǎn)數(shù)。（6分）答案：正確三、簡(jiǎn)答題（共30分）1.簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)中的穩(wěn)定性和魯棒性的區(qū)別。（10分）答案：穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到干擾或參數(shù)變化時(shí)，能夠保持其性能不發(fā)散的能力。魯棒性則是指系統(tǒng)在面對(duì)不確定性和外部擾動(dòng)時(shí)，仍能保持其性能不變的能力。穩(wěn)定性關(guān)注的是系統(tǒng)是否會(huì)發(fā)散，而魯棒性關(guān)注的是系統(tǒng)性能是否會(huì)顯著變化。2.描述一個(gè)典型的PID控制器的工作原理。（10分）答案：PID控制器是一種比例-積分-微分控制器，它根據(jù)系統(tǒng)的偏差信號(hào)來(lái)調(diào)整控制器的輸出。比例項(xiàng)(P)根據(jù)當(dāng)前的偏差信號(hào)進(jìn)行調(diào)整；積分項(xiàng)(I)對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行積分，以消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分項(xiàng)(D)對(duì)偏差信號(hào)的變化率進(jìn)行調(diào)整，以預(yù)測(cè)未來(lái)的偏差并減少超調(diào)。控制器的輸出是這三個(gè)項(xiàng)的加權(quán)和。3.什么是系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，它在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有何作用？（10分）答案：系統(tǒng)的頻率響應(yīng)是指系統(tǒng)對(duì)不同頻率的正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)。它在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用包括：1)確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性；2)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，如超調(diào)和振蕩；3)設(shè)計(jì)控制器參數(shù)，如PID控制器的增益；4)進(jìn)行系統(tǒng)的頻率補(bǔ)償。四、計(jì)算題（共20分）1.給定一個(gè)二階系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為G(s)=\(\frac{1}{s^2+4s+5}\)，求該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，并分析其動(dòng)態(tài)性能。（10分）答案：該系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)可以通過(guò)拉普拉斯變換的逆變換得到。首先，將傳遞函數(shù)分解為部分分式，然后使用拉普拉斯變換表找到對(duì)應(yīng)的時(shí)間域函數(shù)。動(dòng)態(tài)性能分析包括計(jì)算系統(tǒng)的阻尼比、自然頻率、超調(diào)量、上升時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間等。2.設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的PID控制器，使其能夠控制一個(gè)一階系統(tǒng)，該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=\(\frac{1}{s+1}\)。（10分）答案：首先，需要確定系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，然后根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差選擇合適的比例增益。接著，根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求，如超調(diào)和上升時(shí)間，選擇合適的積分和微分增益。最后，通過(guò)模擬或?qū)嶒?yàn)調(diào)整PID參數(shù)，直到系統(tǒng)滿足性能要求。五、案例分析題（共30分）1.某工廠的生產(chǎn)線需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度控制，溫度控制要求在設(shè)定值附近±1°C內(nèi)穩(wěn)定。已知加熱器的動(dòng)態(tài)特性為G(s)=\(\frac{1}{s+10}\)，試設(shè)計(jì)一個(gè)合適的控制器，并說(shuō)明設(shè)計(jì)理由。（15分）答案：考慮到加熱器的動(dòng)態(tài)特性，可以選擇一個(gè)PI控制器。比例增益可以根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)確定，積分增益則可以根據(jù)系統(tǒng)的超調(diào)和上升時(shí)間來(lái)調(diào)整。設(shè)計(jì)理由包括：1)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性；2)控制器的簡(jiǎn)單性和易于調(diào)整；3)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。2.在一個(gè)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中，需要實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)搬運(yùn)。已知搬運(yùn)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)特性為G(s)=\(\frac{1}{s^2+3s+2}\)，試分析該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并設(shè)計(jì)一個(gè)合適的控制器。（15分）答案：首先，使用勞斯-赫爾維茨準(zhǔn)則或奈奎斯特準(zhǔn)則分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性