2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——系統(tǒng)復(fù)雜性與協(xié)同控制技術(shù)在航天工程中的應(yīng)用研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共10分）1.下列哪一項(xiàng)不屬于復(fù)雜系統(tǒng)的基本特征？A.非線性B.自組織C.平衡態(tài)D.隨機(jī)性2.網(wǎng)絡(luò)理論研究的是系統(tǒng)的哪種屬性？A.時間依賴性B.空間結(jié)構(gòu)C.節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系D.系統(tǒng)的能量消耗3.協(xié)同控制的核心思想是？A.單一控制B.分布式控制C.集中式控制D.開環(huán)控制4.航天器編隊(duì)飛行的主要挑戰(zhàn)是？A.單個航天器姿態(tài)控制B.航天器之間的相對運(yùn)動控制C.航天器軌道維持D.航天器能源管理5.系統(tǒng)動力學(xué)主要應(yīng)用于？A.硬件設(shè)計(jì)B.軟件開發(fā)C.社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分析D.物理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)二、填空題（每題2分，共10分）1.系統(tǒng)復(fù)雜性理論中的_______理論認(rèn)為，簡單規(guī)則的相互作用可以產(chǎn)生復(fù)雜的宏觀行為。2.協(xié)同控制技術(shù)中的_______控制是指控制系統(tǒng)中的多個子系統(tǒng)根據(jù)局部信息進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。3.航天工程中，空間機(jī)器人_______是指多個機(jī)器人協(xié)同完成一個任務(wù)。4.系統(tǒng)動力學(xué)通常使用_______和反饋回路來描述系統(tǒng)的動態(tài)行為。5.協(xié)同控制技術(shù)在航天工程中可以實(shí)現(xiàn)_______、_______等功能。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述復(fù)雜系統(tǒng)的定義及其主要特征。2.簡述協(xié)同控制與集中式控制的區(qū)別。3.簡述空間機(jī)器人協(xié)同作業(yè)的優(yōu)勢。4.簡述系統(tǒng)動力學(xué)的研究方法及其特點(diǎn)。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述系統(tǒng)復(fù)雜性理論在航天器故障診斷中的應(yīng)用。2.論述協(xié)同控制技術(shù)在航天器星座構(gòu)建中的作用和意義。五、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)一個航天器編隊(duì)飛行系統(tǒng)由三個航天器組成，每個航天器都可以進(jìn)行前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)四種動作。請?jiān)O(shè)計(jì)一個簡單的協(xié)同控制算法，使得三個航天器能夠形成一個正三角形隊(duì)形。2.假設(shè)一個航天任務(wù)需要多個空間機(jī)器人協(xié)同完成，每個機(jī)器人都有自己的能量限制和工作范圍。請?jiān)O(shè)計(jì)一個任務(wù)分配算法，使得所有機(jī)器人能夠在滿足自身限制的前提下，高效地完成任務(wù)。六、設(shè)計(jì)題（10分）設(shè)計(jì)一個基于協(xié)同控制技術(shù)的航天器編隊(duì)飛行控制系統(tǒng)，需要說明系統(tǒng)的整體架構(gòu)、控制策略、信息交互方式等內(nèi)容。試卷答案一、選擇題1.C解析：復(fù)雜系統(tǒng)的基本特征包括非線性、自組織、遠(yuǎn)離平衡態(tài)、隨機(jī)性等。平衡態(tài)是簡單系統(tǒng)的特征。2.C解析：網(wǎng)絡(luò)理論研究的是系統(tǒng)中各個元素之間的連接關(guān)系和相互作用，以及由此產(chǎn)生的整體行為。3.B解析：協(xié)同控制的核心思想是通過分布式控制，使得系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)能夠相互協(xié)調(diào)，共同完成一個任務(wù)。4.B解析：航天器編隊(duì)飛行需要精確控制航天器之間的相對運(yùn)動，保持隊(duì)形穩(wěn)定，這是其主要的挑戰(zhàn)。5.C解析：系統(tǒng)動力學(xué)是一種研究復(fù)雜社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的仿真方法，通過建立系統(tǒng)模型來分析系統(tǒng)的動態(tài)行為和反饋機(jī)制。二、填空題1.元胞自動機(jī)解析：元胞自動機(jī)是一種由簡單規(guī)則驅(qū)動的離散時間、空間系統(tǒng)模型，被認(rèn)為是復(fù)雜系統(tǒng)理論的重要模型之一。2.分布式解析：分布式控制是指控制系統(tǒng)中的多個子系統(tǒng)根據(jù)局部信息進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，無需中央控制器的參與。3.協(xié)同作業(yè)解析：空間機(jī)器人協(xié)同作業(yè)是指多個機(jī)器人相互協(xié)作，共同完成一個任務(wù)，可以提高任務(wù)執(zhí)行效率和靈活性。4.模型解析：系統(tǒng)動力學(xué)通常使用反饋回路和存量流量圖等模型來描述系統(tǒng)的動態(tài)行為和因果關(guān)系。5.航天器編隊(duì)飛行；空間機(jī)器人協(xié)同作業(yè)解析：協(xié)同控制技術(shù)在航天工程中可以應(yīng)用于多個領(lǐng)域，包括航天器編隊(duì)飛行、空間機(jī)器人協(xié)同作業(yè)等。三、簡答題1.簡述復(fù)雜系統(tǒng)的定義及其主要特征。解析：復(fù)雜系統(tǒng)是由大量相互作用的元素組成的系統(tǒng)，這些元素之間的相互作用導(dǎo)致了系統(tǒng)的整體行為。復(fù)雜系統(tǒng)的主要特征包括非線性、自組織、遠(yuǎn)離平衡態(tài)、隨機(jī)性等。非線性是指系統(tǒng)輸出與輸入之間不存在簡單的線性關(guān)系；自組織是指系統(tǒng)在沒有外部干預(yù)的情況下，能夠自發(fā)地形成有序結(jié)構(gòu)；遠(yuǎn)離平衡態(tài)是指復(fù)雜系統(tǒng)通常處于遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡的狀態(tài)；隨機(jī)性是指復(fù)雜系統(tǒng)的行為具有不確定性和隨機(jī)性。2.簡述協(xié)同控制與集中式控制的區(qū)別。解析：協(xié)同控制與集中式控制是兩種不同的控制策略。集中式控制是指所有控制決策都由中央控制器做出，而協(xié)同控制是指控制系統(tǒng)中的多個子系統(tǒng)根據(jù)局部信息進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，無需中央控制器的參與。集中式控制的優(yōu)勢是控制決策的一致性，但缺點(diǎn)是中央控制器容易成為單點(diǎn)故障；協(xié)同控制的優(yōu)勢是系統(tǒng)的魯棒性和可擴(kuò)展性，但缺點(diǎn)是控制決策的一致性難以保證。3.簡述空間機(jī)器人協(xié)同作業(yè)的優(yōu)勢。解析：空間機(jī)器人協(xié)同作業(yè)是指多個機(jī)器人相互協(xié)作，共同完成一個任務(wù)。其優(yōu)勢包括提高任務(wù)執(zhí)行效率、增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和魯棒性、降低單個機(jī)器人的工作負(fù)荷等。通過協(xié)同作業(yè)，多個機(jī)器人可以分工合作，共同完成復(fù)雜的任務(wù)，從而提高任務(wù)執(zhí)行效率；當(dāng)系統(tǒng)中某個機(jī)器人出現(xiàn)故障時，其他機(jī)器人可以接管其工作，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性。4.簡述系統(tǒng)動力學(xué)的研究方法及其特點(diǎn)。解析：系統(tǒng)動力學(xué)的研究方法主要包括建立系統(tǒng)模型、進(jìn)行仿真分析和實(shí)施政策干預(yù)。系統(tǒng)動力學(xué)通常使用反饋回路和存量流量圖等模型來描述系統(tǒng)的動態(tài)行為和因果關(guān)系。其特點(diǎn)包括強(qiáng)調(diào)反饋回路的作用、關(guān)注系統(tǒng)的動態(tài)行為和長期行為、以及強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)整體性等。四、論述題1.論述系統(tǒng)復(fù)雜性理論在航天器故障診斷中的應(yīng)用。解析：系統(tǒng)復(fù)雜性理論在航天器故障診斷中具有重要的應(yīng)用價值。航天器是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其故障往往不是由單一因素引起的，而是多個因素相互作用的結(jié)果。系統(tǒng)復(fù)雜性理論提供了一種新的視角來理解航天器的故障機(jī)理，并可以幫助我們設(shè)計(jì)更有效的故障診斷方法。例如，可以使用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論來分析航天器各子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系，從而識別潛在的故障傳播路徑；可以使用元胞自動機(jī)模型來模擬航天器故障的演化過程，從而預(yù)測故障的發(fā)展趨勢。2.論述協(xié)同控制技術(shù)在航天器星座構(gòu)建中的作用和意義。解析：協(xié)同控制技術(shù)在航天器星座構(gòu)建中起著重要的作用和意義。航天器星座是由多顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)，用于執(zhí)行特定的任務(wù)，例如地球觀測、通信等。協(xié)同控制技術(shù)可以使多顆衛(wèi)星相互協(xié)調(diào)，共同完成一個任務(wù)，從而提高星座的性能和效率。例如，可以使用協(xié)同控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)航天器之間的相對運(yùn)動控制，從而保持星座的穩(wěn)定構(gòu)型；可以使用協(xié)同控制技術(shù)來優(yōu)化航天器的軌道，從而提高星座的覆蓋范圍和觀測效率。五、計(jì)算題1.假設(shè)一個航天器編隊(duì)飛行系統(tǒng)由三個航天器組成，每個航天器都可以進(jìn)行前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)四種動作。請?jiān)O(shè)計(jì)一個簡單的協(xié)同控制算法，使得三個航天器能夠形成一個正三角形隊(duì)形。解析：可以使用基于向量控制的協(xié)同控制算法來實(shí)現(xiàn)三個航天器形成正三角形隊(duì)形。每個航天器根據(jù)相鄰航天器的位置和自身速度，計(jì)算一個控制向量，該控制向量指向期望的隊(duì)形位置，并推動航天器進(jìn)行前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動作。通過迭代優(yōu)化控制向量，可以使三個航天器逐漸調(diào)整位置和速度，最終形成一個正三角形隊(duì)形。2.假設(shè)一個航天任務(wù)需要多個空間機(jī)器人協(xié)同完成，每個機(jī)器人都有自己的能量限制和工作范圍。請?jiān)O(shè)計(jì)一個任務(wù)分配算法，使得所有機(jī)器人能夠在滿足自身限制的前提下，高效地完成任務(wù)。解析：可以使用基于拍賣機(jī)制的協(xié)同控制算法來設(shè)計(jì)任務(wù)分配算法。每個任務(wù)發(fā)布一個拍賣，機(jī)器人根據(jù)自身的能力和任務(wù)需求進(jìn)行出價，出價最低的機(jī)器人獲得任務(wù)。為了確保機(jī)器人能夠在滿足自身限制的前提下完成任務(wù)，可以在拍賣過程中考慮機(jī)器人的能量限制和工作范圍等因素，例如，可以對能量不足或工作范圍之外的機(jī)器人進(jìn)行懲罰，從而鼓勵機(jī)器人進(jìn)行合理的出價。六、設(shè)計(jì)題設(shè)計(jì)一個基于協(xié)同控制技術(shù)的航天器編隊(duì)飛行控制系統(tǒng)，需要說明系統(tǒng)的整體架構(gòu)、控制策略、信息交互方式等內(nèi)容。解析：系統(tǒng)整體架構(gòu)可以采用分布式架構(gòu)，每個航天器都是一個獨(dú)立的控制節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)自身的姿態(tài)控