西安汽車職業(yè)大學《機電控制工程基礎》2024-----2025學年期末試卷（A卷）專業(yè)

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題號一二三四五六七八九十成績復核簽字得分登分簽字說明：本試卷共100分；答題要求：按要求答題考生須知:1.姓名、學號、系、專業(yè)、年級、班級必須寫在密封線內(nèi)指定位置。2.答案必須用藍、黑色鋼筆或圓珠筆寫在試卷上，字跡要清晰，卷面要整潔，寫在草稿紙上的一律無效。一、單項選擇題（本大題共15小題，每小題2分，共30分）在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。2025年智能機電控制系統(tǒng)的核心技術特征是（）A.僅依賴經(jīng)典PID控制，無自適應能力B.融合數(shù)字孿生與AI算法，實現(xiàn)動態(tài)性能優(yōu)化C.采用模擬量控制，抗干擾能力弱D.控制參數(shù)固定，無法適配多工況需求線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)定義為（）A.系統(tǒng)輸出信號與輸入信號的時域比值B.系統(tǒng)拉普拉斯變換后，輸出象函數(shù)與輸入象函數(shù)之比（初始條件為零）C.系統(tǒng)輸入信號對輸出信號的導數(shù)D.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出與穩(wěn)態(tài)輸入的幅值比機電系統(tǒng)時域性能指標中，反映系統(tǒng)響應快速性的是（）A.超調(diào)量B.調(diào)節(jié)時間C.穩(wěn)態(tài)誤差D.振蕩次數(shù)2025年工業(yè)機器人位置控制系統(tǒng)中，主流的控制策略是（）A.開環(huán)控制B.閉環(huán)PID+前饋補償控制C.僅比例控制（P控制）D.手動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的核心判定依據(jù)是（）A.單位階躍響應的超調(diào)量小于5%B.閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根均具有負實部C.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零D.系統(tǒng)幅值裕度大于10dB根軌跡法分析系統(tǒng)性能的核心是（）A.繪制系統(tǒng)特征根隨開環(huán)增益變化的軌跡B.計算系統(tǒng)的頻率特性C.求解系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差D.分析系統(tǒng)的時域響應曲線機電系統(tǒng)中，直流伺服電機的電樞控制方式屬于（）A.恒轉矩控制B.恒功率控制C.電壓控制（電樞電壓調(diào)節(jié)轉速）D.電流控制（電樞電流調(diào)節(jié)轉矩）2025年智能PID控制器的創(chuàng)新功能是（）A.控制參數(shù)固定，無需調(diào)整B.基于工況動態(tài)自整定PID參數(shù)，適配負載變化C.僅適用于一階系統(tǒng)，無法控制高階系統(tǒng)D.依賴人工經(jīng)驗調(diào)整，無自學習能力頻率特性分析中，伯德圖的橫坐標表示（）A.信號幅值B.信號頻率（對數(shù)刻度）C.時間D.相位角機電系統(tǒng)的擾動補償控制目的是（）A.消除輸入信號對系統(tǒng)的影響B(tài).抑制外部擾動（如負載變化）對輸出的干擾C.提高系統(tǒng)的超調(diào)量D.延長系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間下列不屬于線性系統(tǒng)基本性質的是（）A.疊加性B.齊次性C.時不變性D.非線性2025年智能制造裝備中，基于數(shù)字孿生的控制系統(tǒng)優(yōu)勢是（）A.僅能模擬系統(tǒng)靜態(tài)特性B.實時映射物理系統(tǒng)狀態(tài)，實現(xiàn)虛擬調(diào)試與故障預警C.控制精度低于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)D.需依賴實體設備進行參數(shù)校準系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計算中，對于單位階躍輸入，0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為（）A.零（無差系統(tǒng)）B.常數(shù)（有差系統(tǒng)）C.無窮大D.等于輸入信號幅值機電系統(tǒng)中，齒輪傳動機構的傳遞函數(shù)建模需考慮的核心參數(shù)是（）A.齒輪的齒數(shù)比與轉動慣量B.齒輪的材料密度C.齒輪的表面粗糙度D.齒輪的安裝位置2025年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能機電控制的核心是（）A.僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，無控制功能B.遠程監(jiān)控與分布式協(xié)同控制，優(yōu)化系統(tǒng)全局性能C.增加系統(tǒng)復雜度，降低可靠性D.替代本地控制器，完全依賴云端控制二、填空題（本大題共10空，每空1分，共10分）機電控制系統(tǒng)按信號傳遞方式可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和__________控制系統(tǒng)兩大類。2025年智能機電系統(tǒng)通過__________技術實現(xiàn)物理系統(tǒng)與虛擬模型的實時數(shù)據(jù)交互，支撐動態(tài)控制優(yōu)化。傳遞函數(shù)的分母多項式稱為系統(tǒng)的__________方程，其根決定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PID控制器由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和__________環(huán)節(jié)組成，可實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能的平衡。系統(tǒng)時域響應包括瞬態(tài)響應和__________響應兩部分，前者反映系統(tǒng)的動態(tài)特性。頻率特性的幅值裕度是指系統(tǒng)相位為-180°時，幅值的__________（dB值），用于衡量系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。機電系統(tǒng)中，負載轉動慣量的變化會導致系統(tǒng)__________改變，需通過自適應控制進行補償。根軌跡法中，開環(huán)增益增大時，系統(tǒng)特征根沿根軌跡移動，可能導致系統(tǒng)__________下降。2025年工業(yè)機器人控制系統(tǒng)采用__________總線（如EtherCAT）實現(xiàn)控制器與執(zhí)行器的高速數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的大小與系統(tǒng)的__________（型別）和輸入信號的形式有關。三、簡答題（本大題共3小題，每小題5分，共15分）（本題5分）簡述機電控制系統(tǒng)的數(shù)學建模步驟，說明傳遞函數(shù)在系統(tǒng)分析中的作用，對比開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心差異。（本題5分）什么是PID控制器的參數(shù)自整定？結合2025年智能控制技術，說明基于AI的PID參數(shù)自整定方法的優(yōu)勢，舉例其在工業(yè)機器人位置控制中的應用。（本題5分）簡述系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法（至少2種），分析根軌跡法判定穩(wěn)定性的核心邏輯，說明幅值裕度與相位裕度對系統(tǒng)相對穩(wěn)定性的影響。四、案例分析題（本大題共2小題，每小題10分，共20分）（本題10分）某工業(yè)機器人位置控制系統(tǒng)采用傳統(tǒng)PID控制，在負載變化（如抓取不同重量工件）時，出現(xiàn)“超調(diào)量增大至20%，調(diào)節(jié)時間延長至5秒”的問題，穩(wěn)態(tài)誤差無明顯變化。（1）從系統(tǒng)動態(tài)性能與控制策略角度，分析故障產(chǎn)生的核心原因（提示：結合負載慣量變化、PID參數(shù)適配性）（6分）；（2）提出2種改進方案（如智能PID、前饋補償），說明方案的實施邏輯與預期效果（4分）。（本題10分）某機電伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s2+3s+10)，在單位階躍輸入下，實際響應的超調(diào)量達30%，調(diào)節(jié)時間超4秒，不符合“超調(diào)量≤10%，調(diào)節(jié)時間≤2秒”的要求。（1）通過特征方程分析系統(tǒng)當前的穩(wěn)定性與動態(tài)性能缺陷（6分）；（2）設計PID控制器參數(shù)調(diào)整方案，說明調(diào)整思路與驗證方法（4分）。五、計算題（本大題共2小題，每小題12.5分，共25分）（本題12.5分）某直流伺服電機控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(0.1s+1))，其中K為開環(huán)增益。（1）繪制系統(tǒng)的根軌跡草圖（無需精確計算，標注起點、終點與漸近線）（4分）；（2）計算系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時的開環(huán)增益K值（6分）；（3）當K=20時，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并說明理由（2.5分）。（本