2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——系統(tǒng)控制理論在自動(dòng)駕駛工程中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在經(jīng)典控制理論中，描述線性定常系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的主要數(shù)學(xué)工具是？A.狀態(tài)空間方程B.傳遞函數(shù)C.頻率響應(yīng)D.極點(diǎn)分布2.以下哪種控制算法屬于線性二次調(diào)節(jié)器（LQR）的范疇？A.比例-積分-微分（PID）控制B.線性二次高斯（LQG）控制C.模糊控制D.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制3.在自動(dòng)駕駛中，實(shí)現(xiàn)車輛縱向速度控制的常用方法是？A.車道保持控制B.路徑跟蹤控制C.加速控制D.轉(zhuǎn)向控制4.魯棒控制理論主要關(guān)注的是控制系統(tǒng)在何種情況下的性能？A.理想工作條件B.參數(shù)不確定性C.快速時(shí)變環(huán)境D.高頻噪聲干擾5.以下哪種傳感器通常用于測(cè)量車輛的橫向偏航角？A.速度傳感器B.加速度傳感器C.轉(zhuǎn)向角傳感器D.偏航角傳感器6.在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，路徑規(guī)劃模塊的主要功能是？A.控制車輛的加減速B.控制車輛的方向C.確定車輛行駛的路徑D.解析傳感器數(shù)據(jù)7.自適應(yīng)控制算法的主要特點(diǎn)是？A.控制律固定不變B.能夠根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)整控制參數(shù)C.僅適用于線性系統(tǒng)D.僅適用于確定性系統(tǒng)8.以下哪種控制算法更適合處理多變量、強(qiáng)耦合的控制系統(tǒng)？A.PID控制B.狀態(tài)反饋控制C.線性二次調(diào)節(jié)器（LQR）D.狀態(tài)空間控制9.在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，感知模塊的主要功能是？A.控制車輛的加減速和轉(zhuǎn)向B.確定車輛行駛的路徑C.解析傳感器數(shù)據(jù)，感知周圍環(huán)境D.做出駕駛決策10.以下哪種方法不屬于系統(tǒng)性能評(píng)估的常用指標(biāo)？A.穩(wěn)態(tài)誤差B.超調(diào)量C.響應(yīng)時(shí)間D.傳感器精度二、填空題（每題2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題后的橫線上）1.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后，其輸出能夠回到______，并保持穩(wěn)定的狀態(tài)。2.線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在______條件下定義的。3.自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，常用的車輛動(dòng)力學(xué)模型包括______模型和______模型。4.PID控制器中的P代表______控制，I代表______控制，D代表______控制。5.MPC控制器的優(yōu)點(diǎn)之一是能夠考慮______約束。6.在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，常用的傳感器包括______、______和______。7.控制系統(tǒng)的魯棒性是指系統(tǒng)在______和______影響下的性能保持能力。8.自適應(yīng)控制算法的核心思想是______。9.狀態(tài)反饋控制可以通過改變系統(tǒng)的______來改善系統(tǒng)的性能。10.在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，控制算法的性能評(píng)估指標(biāo)包括______、______和______。三、判斷題（每題1分，共10分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題后的括號(hào)內(nèi)，正確的填“T”，錯(cuò)誤的填“F”）1.經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都是研究線性定常系統(tǒng)的。()2.PID控制器是一種無差控制器。()3.車輛的縱向動(dòng)力學(xué)主要描述車輛加減速的特性。()4.LQR控制器是一種無約束控制算法。()5.自適應(yīng)控制算法不需要知道系統(tǒng)的精確模型。()6.魯棒控制算法能夠保證系統(tǒng)在參數(shù)不確定性影響下仍然穩(wěn)定。()7.路徑跟蹤控制的目標(biāo)是使車輛精確地沿著預(yù)定的路徑行駛。()8.狀態(tài)空間法是現(xiàn)代控制理論的主要數(shù)學(xué)工具。()9.傳感器精度不屬于控制系統(tǒng)性能評(píng)估的指標(biāo)。()10.控制算法的設(shè)計(jì)只需要考慮理論性能，不需要考慮實(shí)際約束條件。()四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的區(qū)別。2.簡(jiǎn)述PID控制器的優(yōu)缺點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述車輛橫向動(dòng)力學(xué)的主要影響因素。4.簡(jiǎn)述自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中控制算法設(shè)計(jì)需要考慮的主要因素。五、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.已知某二階線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s^2+2s+1)，試求該系統(tǒng)的阻尼比和自然頻率，并判斷該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.已知某自動(dòng)駕駛車輛的縱向速度控制系統(tǒng)采用LQR控制器，系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程分別為：x=[01;-10]x+[1]uy=[1]x性能指標(biāo)函數(shù)為J=integralfrom0toinfof(x^TQx+u^TRu)dt，其中Q=[10;01]，R=[1]，試求該系統(tǒng)的LQR控制器。六、論述題（10分）結(jié)合實(shí)際案例，論述系統(tǒng)控制理論在自動(dòng)駕駛工程中的應(yīng)用價(jià)值。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.B5.D6.C7.B8.D9.C10.D解析：1.經(jīng)典控制理論主要使用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系。2.LQR屬于現(xiàn)代控制理論，是線性二次調(diào)節(jié)器的簡(jiǎn)稱。3.加速控制是實(shí)現(xiàn)車輛縱向速度控制的主要方法。4.魯棒控制關(guān)注系統(tǒng)在參數(shù)不確定性影響下的性能。5.偏航角傳感器用于測(cè)量車輛的橫向偏航角。6.路徑規(guī)劃模塊負(fù)責(zé)確定車輛行駛的路徑。7.自適應(yīng)控制能夠根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)整控制參數(shù)。8.狀態(tài)空間法更適合處理多變量、強(qiáng)耦合的控制系統(tǒng)。9.感知模塊負(fù)責(zé)解析傳感器數(shù)據(jù)，感知周圍環(huán)境。10.傳感器精度屬于傳感器本身的特性，不屬于系統(tǒng)性能評(píng)估指標(biāo)。二、填空題1.原點(diǎn)2.零初始條件3.單輸入單輸出；多輸入多輸出4.比例；積分；微分5.約束6.激光雷達(dá)；攝像頭；毫米波雷達(dá)7.魯棒性；不確定性8.系統(tǒng)參數(shù)未知或時(shí)變，控制器能夠自動(dòng)調(diào)整9.極點(diǎn)10.穩(wěn)定性；響應(yīng)速度；超調(diào)量解析：1.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后，其輸出能夠回到原點(diǎn)，并保持穩(wěn)定的狀態(tài)。2.傳遞函數(shù)是在零初始條件下定義的。3.車輛動(dòng)力學(xué)模型根據(jù)輸入輸出變量的數(shù)量分為單輸入單輸出和多輸入多輸出。4.PID控制器中的P代表比例控制，I代表積分控制，D代表微分控制。5.MPC控制器的優(yōu)點(diǎn)之一是能夠考慮約束條件。6.自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中常用的傳感器包括激光雷達(dá)、攝像頭和毫米波雷達(dá)。7.控制系統(tǒng)的魯棒性是指系統(tǒng)在不確定性和魯棒性影響下的性能保持能力。8.自適應(yīng)控制算法的核心思想是系統(tǒng)參數(shù)未知或時(shí)變，控制器能夠自動(dòng)調(diào)整。9.狀態(tài)反饋控制可以通過改變系統(tǒng)的極點(diǎn)來改善系統(tǒng)的性能。10.在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，控制算法的性能評(píng)估指標(biāo)包括穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和超調(diào)量。三、判斷題1.T2.T3.T4.F5.T6.T7.T8.T9.F10.F解析：1.經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都是研究線性定常系統(tǒng)的。2.PID控制器是一種有差控制器，存在穩(wěn)態(tài)誤差。3.車輛的縱向動(dòng)力學(xué)主要描述車輛加減速的特性。4.LQR控制器需要考慮約束條件，不是無約束控制算法。5.自適應(yīng)控制算法不需要知道系統(tǒng)的精確模型。6.魯棒控制算法能夠保證系統(tǒng)在參數(shù)不確定性影響下仍然穩(wěn)定。7.路徑跟蹤控制的目標(biāo)是使車輛精確地沿著預(yù)定的路徑行駛。8.狀態(tài)空間法是現(xiàn)代控制理論的主要數(shù)學(xué)工具。9.傳感器精度屬于傳感器本身的特性，不屬于控制系統(tǒng)性能評(píng)估的指標(biāo)。10.控制算法的設(shè)計(jì)需要考慮理論性能和實(shí)際約束條件。四、簡(jiǎn)答題1.經(jīng)典控制理論主要基于頻域方法，使用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)，適用于單輸入單輸出系統(tǒng)；現(xiàn)代控制理論基于時(shí)域方法，使用狀態(tài)空間法描述系統(tǒng)，適用于多輸入多輸出系統(tǒng)，能夠處理更復(fù)雜的系統(tǒng)。2.PID控制器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，魯棒性好；缺點(diǎn)是精度不高，響應(yīng)速度慢，難以處理多變量系統(tǒng)。3.車輛橫向動(dòng)力學(xué)的主要影響因素包括車速、轉(zhuǎn)向角、輪胎抓地力、路面附著系數(shù)等。4.自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中控制算法設(shè)計(jì)需要考慮的主要因素包括系統(tǒng)模型、性能指標(biāo)、約束條件、計(jì)算資源等。解析：1.經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論在研究方法、描述工具和應(yīng)用范圍上存在區(qū)別。2.PID控制器的優(yōu)缺點(diǎn)分別體現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)、性能和適用范圍上。3.車輛橫向動(dòng)力學(xué)受多種因素影響，包括車輛參數(shù)和外部環(huán)境。4.自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中控制算法設(shè)計(jì)需要綜合考慮多個(gè)因素，以確保系統(tǒng)性能和實(shí)用性。五、計(jì)算題1.解：系統(tǒng)的特征方程為s^2+2s+1=0，解得特征根s1=s2=-1，因此阻尼比ζ=1，自然頻率ωn=1，系統(tǒng)穩(wěn)定。2.解：LQR控制器的反饋增益矩陣K為K=R^(-1)B^TP，其中P為代數(shù)黎卡提方程的解。首先求解代數(shù)黎卡提方程x^TPx+A^TxP+PA-PBR^(-1)B^TP+Q=0，得到P矩陣，然后計(jì)算K矩陣，即可得到LQR控制器。解析：1.通過求解系統(tǒng)的特征方程，可以得到系統(tǒng)的阻尼比和自然頻率，進(jìn)而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.通過求解代數(shù)黎卡提方程和計(jì)算反饋增益矩陣，可以得到LQR控制