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文檔簡介
自動控制理論考試及答案
一、單項選擇題(總共10題,每題2分)1.在自動控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的傳遞函數是描述系統(tǒng)輸入與輸出之間關系的數學模型,其一般形式為G(s)=N(s)/D(s),其中N(s)和D(s)分別是系統(tǒng)的分子和分母多項式。當系統(tǒng)的傳遞函數為G(s)=(s+2)/(s^2+3s+2)時,其極點為:A.-1和-2B.-1和-3C.1和2D.1和3答案:A2.在二階系統(tǒng)的單位階躍響應中,系統(tǒng)的阻尼比ζ對系統(tǒng)的響應特性有重要影響。當阻尼比ζ=0時,系統(tǒng)表現(xiàn)為:A.欠阻尼B.臨界阻尼C.過阻尼D.無阻尼答案:D3.在自動控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動后能夠恢復到原平衡狀態(tài)的能力。根據勞斯判據,若系統(tǒng)的特征方程為s^3+2s^2+3s+4=0,則該系統(tǒng):A.穩(wěn)定B.不穩(wěn)定C.臨界穩(wěn)定D.無法確定答案:B4.在根軌跡法中,當系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))時,其根軌跡的起點為:A.0,-1,-2B.0,1,2C.-1,-2D.1,2答案:A5.在頻率響應法中,系統(tǒng)的頻域性能指標包括幅頻特性和相頻特性。當系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為G(s)H(s)=K/(s(s+1))時,其幅頻特性的低頻段漸近線斜率為:A.-20dB/decadeB.-40dB/decadeC.20dB/decadeD.40dB/decade答案:A6.在狀態(tài)空間法中,系統(tǒng)的狀態(tài)方程為x?=Ax+Bu,輸出方程為y=Cx+Du。若系統(tǒng)的矩陣A為:A.[12;34]B.[1-2;3-4]C.[-12;-34]D.[-1-2;34]答案:A7.在線性定常系統(tǒng)的控制設計中,PID控制器是一種常用的控制器。PID控制器的控制規(guī)律為u(t)=Kpe(t)+Ki∫e(t)dt+Kdde(t)/dt。當PID控制器中的Kp,Ki,Kd均為正數時,該控制器為:A.比例控制器B.積分控制器C.微分控制器D.比例-積分-微分控制器答案:D8.在自動控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的誤差是指系統(tǒng)的實際輸出與期望輸出之間的差值。當系統(tǒng)的誤差隨時間逐漸減小并最終趨近于零時,該系統(tǒng)為:A.無差系統(tǒng)B.有差系統(tǒng)C.穩(wěn)定系統(tǒng)D.不穩(wěn)定系統(tǒng)答案:A9.在系統(tǒng)辨識中,通過實驗數據來確定系統(tǒng)的數學模型。當系統(tǒng)的輸入為階躍信號時,系統(tǒng)的輸出響應為:A.指數響應B.正弦響應C.階躍響應D.斜坡響應答案:C10.在最優(yōu)控制理論中,LQR(線性二次調節(jié)器)是一種常用的控制器設計方法。LQR控制器的設計目標是使二次型性能指標J=∫(x^TQx+u^TRu)dt最小化。當性能指標中的Q和R矩陣均為正定矩陣時,該系統(tǒng)為:A.穩(wěn)定系統(tǒng)B.不穩(wěn)定系統(tǒng)C.臨界穩(wěn)定系統(tǒng)D.無法確定答案:A二、多項選擇題(總共10題,每題2分)1.在自動控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的傳遞函數是描述系統(tǒng)輸入與輸出之間關系的數學模型,其一般形式為G(s)=N(s)/D(s),其中N(s)和D(s)分別是系統(tǒng)的分子和分母多項式。以下哪些是傳遞函數的性質:A.線性性B.時變性C.非因果性D.時不變性答案:A,D2.在二階系統(tǒng)的單位階躍響應中,系統(tǒng)的阻尼比ζ對系統(tǒng)的響應特性有重要影響。以下哪些是阻尼比ζ對系統(tǒng)響應特性的影響:A.振蕩頻率B.超調量C.調節(jié)時間D.穩(wěn)定性答案:A,B,C,D3.在自動控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動后能夠恢復到原平衡狀態(tài)的能力。以下哪些是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素:A.系統(tǒng)的極點B.系統(tǒng)的零點C.系統(tǒng)的增益D.系統(tǒng)的相位答案:A,B,C,D4.在根軌跡法中,當系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))時,以下哪些是根軌跡的性質:A.根軌跡的起點B.根軌跡的終點C.根軌跡的漸近線D.根軌跡的交點答案:A,B,C,D5.在頻率響應法中,系統(tǒng)的頻域性能指標包括幅頻特性和相頻特性。以下哪些是頻域性能指標:A.幅頻特性B.相頻特性C.頻率響應D.穩(wěn)定裕度答案:A,B,D6.在狀態(tài)空間法中,系統(tǒng)的狀態(tài)方程為x?=Ax+Bu,輸出方程為y=Cx+Du。以下哪些是狀態(tài)空間法的性質:A.線性性B.時變性C.非因果性D.時不變性答案:A,D7.在線性定常系統(tǒng)的控制設計中,PID控制器是一種常用的控制器。PID控制器的控制規(guī)律為u(t)=Kpe(t)+Ki∫e(t)dt+Kdde(t)/dt。以下哪些是PID控制器的性質:A.比例控制B.積分控制C.微分控制D.比例-積分-微分控制答案:A,B,C,D8.在自動控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的誤差是指系統(tǒng)的實際輸出與期望輸出之間的差值。以下哪些是影響系統(tǒng)誤差的因素:A.系統(tǒng)的增益B.系統(tǒng)的相位C.系統(tǒng)的穩(wěn)定性D.系統(tǒng)的零點答案:A,B,C,D9.在系統(tǒng)辨識中,通過實驗數據來確定系統(tǒng)的數學模型。以下哪些是系統(tǒng)辨識的方法:A.階躍響應法B.正弦響應法C.頻率響應法D.最小二乘法答案:A,B,C,D10.在最優(yōu)控制理論中,LQR(線性二次調節(jié)器)是一種常用的控制器設計方法。LQR控制器的設計目標是使二次型性能指標J=∫(x^TQx+u^TRu)dt最小化。以下哪些是LQR控制器的性質:A.線性性B.時變性C.非因果性D.時不變性答案:A,D三、判斷題(總共10題,每題2分)1.在自動控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的傳遞函數是描述系統(tǒng)輸入與輸出之間關系的數學模型,其一般形式為G(s)=N(s)/D(s),其中N(s)和D(s)分別是系統(tǒng)的分子和分母多項式。傳遞函數只適用于線性時不變系統(tǒng)。答案:正確2.在二階系統(tǒng)的單位階躍響應中,系統(tǒng)的阻尼比ζ對系統(tǒng)的響應特性有重要影響。當阻尼比ζ=0時,系統(tǒng)表現(xiàn)為無阻尼振蕩。答案:錯誤3.在自動控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動后能夠恢復到原平衡狀態(tài)的能力。根據勞斯判據,若系統(tǒng)的特征方程為s^3+2s^2+3s+4=0,則該系統(tǒng)不穩(wěn)定。答案:正確4.在根軌跡法中,當系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))時,其根軌跡的起點為0,-1,-2。答案:正確5.在頻率響應法中,系統(tǒng)的頻域性能指標包括幅頻特性和相頻特性。當系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為G(s)H(s)=K/(s(s+1))時,其幅頻特性的低頻段漸近線斜率為-20dB/decade。答案:正確6.在狀態(tài)空間法中,系統(tǒng)的狀態(tài)方程為x?=Ax+Bu,輸出方程為y=Cx+Du。若系統(tǒng)的矩陣A為[12;34],則該系統(tǒng)為線性時不變系統(tǒng)。答案:正確7.在線性定常系統(tǒng)的控制設計中,PID控制器是一種常用的控制器。PID控制器的控制規(guī)律為u(t)=Kpe(t)+Ki∫e(t)dt+Kdde(t)/dt。當PID控制器中的Kp,Ki,Kd均為正數時,該控制器為比例-積分-微分控制器。答案:正確8.在自動控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的誤差是指系統(tǒng)的實際輸出與期望輸出之間的差值。當系統(tǒng)的誤差隨時間逐漸減小并最終趨近于零時,該系統(tǒng)為無差系統(tǒng)。答案:正確9.在系統(tǒng)辨識中,通過實驗數據來確定系統(tǒng)的數學模型。當系統(tǒng)的輸入為階躍信號時,系統(tǒng)的輸出響應為階躍響應。答案:正確10.在最優(yōu)控制理論中,LQR(線性二次調節(jié)器)是一種常用的控制器設計方法。LQR控制器的設計目標是使二次型性能指標J=∫(x^TQx+u^TRu)dt最小化。當性能指標中的Q和R矩陣均為正定矩陣時,該系統(tǒng)為穩(wěn)定系統(tǒng)。答案:正確四、簡答題(總共4題,每題5分)1.簡述自動控制系統(tǒng)的基本組成及其功能。答案:自動控制系統(tǒng)通常由被控對象、控制器、傳感器、執(zhí)行器和反饋回路組成。被控對象是系統(tǒng)需要控制的設備或過程;控制器根據傳感器提供的反饋信息,計算并輸出控制信號;傳感器用于測量被控對象的輸出;執(zhí)行器根據控制信號對被控對象進行控制;反饋回路將系統(tǒng)的輸出反饋到控制器,用于調整控制信號,使系統(tǒng)達到期望的輸出。2.簡述二階系統(tǒng)的單位階躍響應特性。答案:二階系統(tǒng)的單位階躍響應特性主要取決于阻尼比ζ。當ζ=0時,系統(tǒng)表現(xiàn)為無阻尼振蕩;當0<ζ<1時,系統(tǒng)表現(xiàn)為欠阻尼振蕩;當ζ=1時,系統(tǒng)表現(xiàn)為臨界阻尼;當ζ>1時,系統(tǒng)表現(xiàn)為過阻尼。響應特性包括超調量、調節(jié)時間和振蕩頻率等指標。3.簡述根軌跡法的基本原理。答案:根軌跡法是一種通過分析系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數的根軌跡圖來確定系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數的根的方法。根軌跡圖描述了系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數的根隨系統(tǒng)增益變化的軌跡。通過分析根軌跡圖,可以確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)性能和靜態(tài)性能。4.簡述PID控制器的設計原理。答案:PID控制器是一種常用的控制器設計方法,其控制規(guī)律為u(t)=Kpe(t)+Ki∫e(t)dt+Kdde(t)/dt。其中,Kp為比例系數,Ki為積分系數,Kd為微分系數。PID控制器通過比例、積分和微分三種控制作用,對系統(tǒng)的誤差進行調節(jié),使系統(tǒng)的輸出趨近于期望值。五、討論題(總共4題,每題5分)1.討論自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其重要性。答案:自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動后能夠恢復到原平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是自動控制系統(tǒng)的重要性能指標,直接影響系統(tǒng)的可靠性和安全性。穩(wěn)定性分析可以通過勞斯判據、根軌跡法等方法進行。在實際應用中,需要根據系統(tǒng)的具體要求,選擇合適的控制器和參數,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.討論二階系統(tǒng)的阻尼比ζ對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。答案:二階系統(tǒng)的阻尼比ζ對系統(tǒng)動態(tài)性能有重要影響。當ζ=0時,系統(tǒng)表現(xiàn)為無阻尼振蕩,響應無超調,但振蕩頻率較高,可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定;當0<ζ<1時,系統(tǒng)表現(xiàn)為欠阻尼振蕩,響應有超調,但調節(jié)時間較短,振蕩頻率較高;當ζ=1時,系統(tǒng)表現(xiàn)為臨界阻尼,響應無超調,調節(jié)時間較短;當ζ>1時,系統(tǒng)表現(xiàn)為過阻尼,響應無超調,但調節(jié)時間較長。在實際應用中,需要根據系統(tǒng)的具體要求,選擇合適的阻尼比ζ,以獲得滿意的動態(tài)性能。3.討論根軌跡法在系統(tǒng)設計中的應用。答案:根軌跡法是一種通過分析系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數的根軌跡圖來確定系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數的根的方法。在系統(tǒng)設計中,根軌跡法可以用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)性能和靜態(tài)性能。通過分析根軌跡圖,可以確定系統(tǒng)的增益、阻尼比等參數,以獲得滿意的系統(tǒng)性能。根軌跡法還可以用于設計控制器,通過調整系統(tǒng)的增益和參數
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