河北農(nóng)業(yè)大學(xué)《自動化專業(yè)英語》20232024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.Thecontrolsystemthatcanadjustitsbehavioraccordingtothechangesintheenvironmentiscalled_.A.openloopcontrolsystemB.closedloopcontrolsystemC.manualcontrolsystemD.automaticcontrolsystem答案：B分析：閉環(huán)控制系統(tǒng)能根據(jù)環(huán)境變化調(diào)整自身行為，開環(huán)系統(tǒng)無此功能，手動和自動控制系統(tǒng)概念不符，所以選B。2.Inthetransferfunction\(G(s)=\frac{K}{s(Ts+1)}\),theparameter\(K\)iscalled_.A.dampingratioB.naturalfrequencyC.gainD.timeconstant答案：C分析：在傳遞函數(shù)中，\(K\)代表增益，阻尼比、自然頻率和時(shí)間常數(shù)都不是\(K\)的含義，所以選C。3.TheLaplacetransformoftheunitstepfunction\(u(t)\)is_.A.\(\frac{1}{s}\)B.\(\frac{1}{s^{2}}\)C.\(s\)D.\(s^{2}\)答案：A分析：單位階躍函數(shù)\(u(t)\)的拉普拉斯變換是\(\frac{1}{s}\)，這是基本的拉普拉斯變換公式，所以選A。4.Asystemissaidtobe_ifitcanreturntoitsequilibriumstateafterbeingdisturbed.A.stableB.unstableC.controllableD.observable答案：A分析：系統(tǒng)受干擾后能回到平衡狀態(tài)則是穩(wěn)定的，不穩(wěn)定則相反，可控性和可觀性與能否回到平衡狀態(tài)無關(guān)，所以選A。5.Therootlocusmethodismainlyusedtoanalyzethe_ofacontrolsystem.A.steadystateperformanceB.transientperformanceC.frequencydomainperformanceD.robustness答案：B分析：根軌跡法主要用于分析控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能，穩(wěn)態(tài)性能一般用穩(wěn)態(tài)誤差等分析，頻域性能用頻率響應(yīng)分析，魯棒性有專門的分析方法，所以選B。6.The_ofasystemistheabilitytomaintainitsperformanceinthepresenceofuncertaintiesanddisturbances.A.controllabilityB.observabilityC.robustnessD.stability答案：C分析：系統(tǒng)在存在不確定性和干擾時(shí)保持性能的能力是魯棒性，可控性和可觀性是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，穩(wěn)定性強(qiáng)調(diào)平衡狀態(tài)，所以選C。7.InaPIDcontroller,the“I”standsfor_.A.IntegralB.InverseC.InitialD.Instantaneous答案：A分析：PID控制器中，“I”代表積分（Integral），不是逆、初始或瞬時(shí)的意思，所以選A。8.Thestatespacerepresentationofasystemisgivenby\(\dot{x}=Ax+Bu\),\(y=Cx+Du\).Thematrix\(A\)iscalled_.A.inputmatrixB.statetransitionmatrixC.outputmatrixD.feedforwardmatrix答案：B分析：在狀態(tài)空間表達(dá)式中，矩陣\(A\)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，\(B\)是輸入矩陣，\(C\)是輸出矩陣，\(D\)是前饋矩陣，所以選B。9.TheBodeplotisagraphicalrepresentationofthe_ofasystem.A.timedomainresponseB.frequencydomainresponseC.statespaceresponseD.rootlocusresponse答案：B分析：伯德圖是系統(tǒng)頻域響應(yīng)的圖形表示，時(shí)域響應(yīng)有階躍響應(yīng)等，狀態(tài)空間響應(yīng)是基于狀態(tài)空間模型的響應(yīng)，根軌跡響應(yīng)與根軌跡法相關(guān)，所以選B。10.Asystemwithaphasemarginof30°isconsideredtobe_.A.highlystableB.marginallystableC.moderatelystableD.unstable答案：C分析：一般來說，相角裕度在30°60°時(shí)系統(tǒng)是適度穩(wěn)定的，高度穩(wěn)定相角裕度更大，臨界穩(wěn)定和不穩(wěn)定有不同的相角裕度范圍，所以選C。11.TheNyquiststabilitycriterionisbasedonthe_.A.numberofopenlooppolesintherighthalfsplaneB.numberofclosedlooppolesintherighthalfsplaneC.numberofopenloopzerosintherighthalfsplaneD.numberofclosedloopzerosintherighthalfsplane答案：A分析：奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)基于開環(huán)傳遞函數(shù)在右半\(s\)平面的極點(diǎn)數(shù)，不是閉環(huán)極點(diǎn)或零點(diǎn)數(shù)，所以選A。12.Thetransferfunctionofafirstordersystemis\(G(s)=\frac{1}{Ts+1}\).Thetimeconstant\(T\)affectsthe_.A.steadystategainB.risetimeC.peaktimeD.settlingtime答案：D分析：一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)\(T\)主要影響調(diào)節(jié)時(shí)間，穩(wěn)態(tài)增益與分子分母系數(shù)有關(guān)，上升時(shí)間和峰值時(shí)間主要用于二階系統(tǒng)，所以選D。13.Inalineartimeinvariantsystem,iftheinputis\(x(t)\)andtheoutputis\(y(t)\),whentheinputis\(ax(t)\)(\(a\)isaconstant),theoutputwillbe_.A.\(y(at)\)B.\(ay(t)\)C.\(y(t)+a\)D.\(y(ta)\)答案：B分析：線性時(shí)不變系統(tǒng)滿足齊次性，輸入乘以常數(shù)\(a\)，輸出也乘以常數(shù)\(a\)，所以選B。14.Thestatefeedbackcontrollawisgivenby\(u=Kx\).Thepurposeofstatefeedbackisto_.A.changethesystem'szerosB.changethesystem'spolesC.changethesystem'sinputD.changethesystem'soutput答案：B分析：狀態(tài)反饋控制的目的是通過選擇合適的反饋矩陣\(K\)改變系統(tǒng)的極點(diǎn)，從而改善系統(tǒng)性能，不是改變零點(diǎn)、輸入或輸出，所以選B。15.The_ofasystemisthetimeittakesfortheoutputtoreachandstaywithinaspecifiederrorbandaroundthefinalvalue.A.risetimeB.peaktimeC.settlingtimeD.delaytime答案：C分析：調(diào)節(jié)時(shí)間是輸出達(dá)到并保持在終值附近指定誤差帶內(nèi)所需的時(shí)間，上升時(shí)間是從0到90%終值的時(shí)間，峰值時(shí)間是達(dá)到峰值的時(shí)間，延遲時(shí)間是從輸入到輸出開始上升的時(shí)間，所以選C。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.Thefollowingarethecharacteristicsofanautomaticcontrolsystem_.A.Itcanworkwithouthumanintervention.B.Itcanadjustthecontrolledvariableaccordingtothereferenceinput.C.Italwayshasaclosedloopstructure.D.Itcanimprovetheefficiencyandqualityofproduction.答案：ABD分析：自動控制系統(tǒng)可無人干預(yù)工作，能根據(jù)參考輸入調(diào)整被控變量，能提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，但不一定都是閉環(huán)結(jié)構(gòu)，也有開環(huán)控制系統(tǒng)，所以選ABD。2.Theperformanceindicatorsofacontrolsysteminclude_.A.steadystateerrorB.risetimeC.peakovershootD.settlingtime答案：ABCD分析：控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括穩(wěn)態(tài)誤差（衡量穩(wěn)態(tài)性能）、上升時(shí)間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間（衡量暫態(tài)性能），所以選ABCD。3.Theadvantagesofthestatespaceapproachcomparedtothetransferfunctionapproachare_.A.Itcanhandlemultiinputmultioutputsystemseasily.B.Itprovidesamorecompletedescriptionofthesystem.C.Itiseasiertoanalyzethestabilityofthesystem.D.Itismoresuitablefornonlinearsystems.答案：AB分析：狀態(tài)空間方法能輕松處理多輸入多輸出系統(tǒng)，能更完整地描述系統(tǒng)，穩(wěn)定性分析兩種方法各有特點(diǎn)，狀態(tài)空間方法主要用于線性系統(tǒng)，對非線性系統(tǒng)有局限性，所以選AB。4.Thefactorsthataffectthestabilityofacontrolsystemare_.A.thepolesoftheopenlooptransferfunctionB.thezerosoftheopenlooptransferfunctionC.thegainofthesystemD.thetimedelayinthesystem答案：ABCD分析：開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)、零點(diǎn)、系統(tǒng)增益以及系統(tǒng)中的時(shí)滯都會影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以選ABCD。5.Theapplicationsofcontroltheoryinindustryinclude_.A.robotcontrolB.processcontrolinchemicalplantsC.powersystemcontrolD.aircraftautopilot答案：ABCD分析：控制理論在工業(yè)中有廣泛應(yīng)用，包括機(jī)器人控制、化工廠過程控制、電力系統(tǒng)控制和飛機(jī)自動駕駛等，所以選ABCD。三、判斷題（每題1分，共10分）1.Anopenloopcontrolsystemhasbetterantidisturbanceabilitythanaclosedloopcontrolsystem.()答案：錯(cuò)誤分析：閉環(huán)控制系統(tǒng)能根據(jù)輸出反饋調(diào)整控制作用，抗干擾能力比開環(huán)控制系統(tǒng)強(qiáng)。2.TheLaplacetransformisamathematicaltoolusedtoconvertatimedomainfunctiontoafrequencydomainfunction.()答案：正確分析：拉普拉斯變換可以將時(shí)域函數(shù)轉(zhuǎn)換為復(fù)頻域函數(shù)，常用于控制系統(tǒng)分析。3.Asystemwithallitspolesinthelefthalfsplaneisstable.()答案：正確分析：根據(jù)穩(wěn)定性判據(jù)，系統(tǒng)所有極點(diǎn)都在左半\(s\)平面時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定。4.Therootlocusalwaysstartsfromtheopenloopzerosandendsattheopenlooppoles.()答案：錯(cuò)誤分析：根軌跡從開環(huán)極點(diǎn)出發(fā)，終止于開環(huán)零點(diǎn)或無窮遠(yuǎn)。5.InaPIDcontroller,increasingtheintegralgain\(K_{I}\)canreducethesteadystateerror.()答案：正確分析：積分作用可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，增加積分增益\(K_{I}\)有助于更快地減小穩(wěn)態(tài)誤差。6.Thestatespacerepresentationcanonlybeusedforlineartimeinvariantsystems.()答案：錯(cuò)誤分析：雖然狀態(tài)空間方法常用于線性時(shí)不變系統(tǒng)，但也可推廣到非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)。7.TheBodeplotcanshowboththemagnitudeandphasecharacteristicsofasystem'sfrequencyresponse.()答案：正確分析：伯德圖由對數(shù)幅頻特性曲線和對數(shù)相頻特性曲線組成，能顯示系統(tǒng)頻域響應(yīng)的幅值和相位特性。8.Asystemwithanegativephasemarginisunstable.()答案：正確分析：相角裕度為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)一般是不穩(wěn)定的。9.Thetransferfunctionofasystemisuniqueforagiveninputoutputpair.()答案：正確分析：對于給定的輸入輸出對，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是唯一確定的。10.Thetimedomainanalysisofasystemmainlyfocusesonthesystem'sfrequencydomainperformance.()答案：錯(cuò)誤分析：時(shí)域分析主要關(guān)注系統(tǒng)的時(shí)域性能，如階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)等，頻域性能用頻域分析方法。四、翻譯題（每題5分，共20分）1.Automaticcontrolistheuseofvariouscontroltechniquestomakeasystemoperateautomaticallyaccordingtoadesiredgoalwithouthumanintervention.答案：自動控制是利用各種控制技術(shù)，使系統(tǒng)在無人干預(yù)的情況下，按照期望的目標(biāo)自動運(yùn)行。2.ThetransferfunctionisamathematicalmodelthatdescribestherelationshipbetweentheinputandoutputofalineartimeinvariantsystemintheLaplacedomain.答案：傳遞函數(shù)是一種數(shù)學(xué)模型，它在拉普拉斯域中描述了線性時(shí)不變系統(tǒng)的輸入和輸出之間的關(guān)系。3.Thestabilityofacontrolsystemisacrucialproperty,whichdetermineswhetherthesystemcanreturntoitsequilibriumstateafterbeingdisturbed.答案：控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一個(gè)關(guān)鍵特性，它決定了系統(tǒng)在受到干擾后是否能夠回到其平衡狀態(tài)。4.Statespaceanalysisprovidesapowerfultoolforanalyzinganddesigningmultiinputmultioutputcontrolsystems.答案：狀態(tài)空間分析為分析和設(shè)計(jì)多輸入多輸出控制系統(tǒng)提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。五、簡答題（每題5分，共15分）1.Whatarethemaindifferencesbetweenopenloopandclosedloopcontrolsystems?答案：結(jié)構(gòu)方面：開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋環(huán)節(jié)，控制作用不依賴于輸出；閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋環(huán)節(jié)，將輸出信號反饋到輸入端與參考輸入比較?？垢蓴_能力：開環(huán)系統(tǒng)抗干擾能力弱，不能自動補(bǔ)償干擾對輸出的影響；閉環(huán)系統(tǒng)能根據(jù)輸出偏差調(diào)整控制作用，抗干擾能力強(qiáng)。控制精度：開環(huán)系統(tǒng)控制精度取決于系統(tǒng)元件精度和特性穩(wěn)定性；閉環(huán)系統(tǒng)可通過反饋調(diào)節(jié)提高控制精度。2.ExplaintheprincipleofthePIDcontroller.答案：PID控制器由比例（P）、積分（I）、微分（D）三個(gè)環(huán)節(jié)組成。比例環(huán)節(jié)根據(jù)當(dāng)前誤差成比例地產(chǎn)生控制作用，能快速響應(yīng)誤差；積分環(huán)節(jié)對誤差進(jìn)行積分，用于消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分環(huán)節(jié)根據(jù)誤差的變化率產(chǎn)生控制作用，可改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，提前抑制誤差的變化。通過調(diào)整比例系數(shù)\(K_{P}\)、積分系數(shù)\(K_{I}\)和微分系數(shù)\(K_{D}\)，可以使系統(tǒng)達(dá)到較好的控制性能。3.Whatisthesignificanceoftherootlocusmethodincontrolsystemanalysisanddesign?答案：分析方面：根軌跡法可以直觀地展示系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)隨某個(gè)參數(shù)（通常是開環(huán)增益）變化的軌跡，從而幫助分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和暫態(tài)性能。例如，通過根軌跡可以判斷系統(tǒng)在不同增益下是否穩(wěn)定，以及系統(tǒng)的阻尼比和自然頻率等暫態(tài)性能指標(biāo)的變化情況。設(shè)計(jì)方面：在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)期望的性能指標(biāo)（如阻尼比、自然頻率等），通過根軌跡確定合適的開環(huán)增益或其他參數(shù)，以滿足系統(tǒng)的性能要求。六、綜合題（10分）Aunityfeedbackcontrolsystemhasanopenlooptransferfunction\(G(s)=\frac{K}{s(s+2)(s+4)}\).(1)Sketchtherootlocusofthesystem.(2)Determinetherangeof\(K\)forwhichthesystemisstable.答案：(1)步驟一：確定開環(huán)極點(diǎn)和零點(diǎn)開環(huán)極點(diǎn)：令\(s(s+2)(s+4)=0\)，解得\(p_{1}=0\)，\(p_{2}=2\)，\(p_{3}=4\)，無開環(huán)零點(diǎn)。步驟二：確定實(shí)軸上的根軌跡實(shí)軸上根軌跡位于\(s\)軸上\((\infty,4]\)和\([2,0]\)區(qū)間。步驟三：計(jì)算漸近線漸近線的數(shù)量\(nm=3\)（\(n\)為開環(huán)極點(diǎn)數(shù)，\(m\)為開環(huán)零點(diǎn)數(shù)）。漸近線與實(shí)軸的交點(diǎn)\(\sigma=\frac{\s