(2025年)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)題庫(kù)(附答案)一、選擇題1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由（）組成的。A.硬件和軟件B.控制器和被控對(duì)象C.計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備D.以上都是答案：D解析：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成包含硬件（如計(jì)算機(jī)、傳感器、執(zhí)行器等）和軟件（控制算法程序等），同時(shí)包含控制器（計(jì)算機(jī)等實(shí)現(xiàn)控制功能的部分）和被控對(duì)象，并且計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備（傳感器、執(zhí)行器等）協(xié)同工作，所以以上選項(xiàng)內(nèi)容共同構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。2.以下哪種信號(hào)是連續(xù)時(shí)間信號(hào)（）。A.數(shù)字信號(hào)B.模擬信號(hào)C.采樣信號(hào)D.脈沖信號(hào)答案：B解析：模擬信號(hào)在時(shí)間和幅值上都是連續(xù)的，屬于連續(xù)時(shí)間信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是離散的，采樣信號(hào)是對(duì)模擬信號(hào)離散采樣得到的，脈沖信號(hào)通常也是離散的特定形式，所以答案選B。3.零階保持器的作用是（）。A.將離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)信號(hào)B.將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散信號(hào)C.對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大D.對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波答案：A解析：零階保持器的主要功能是在相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻之間，將采樣時(shí)刻的離散信號(hào)值保持不變，從而把離散信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)信號(hào)，所以選A。4.線性定常離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是（）。A.系統(tǒng)的特征根全部位于z平面的單位圓內(nèi)B.系統(tǒng)的特征根全部位于z平面的單位圓外C.系統(tǒng)的特征根部分位于z平面的單位圓內(nèi)D.系統(tǒng)的特征根部分位于z平面的單位圓外答案：A解析：對(duì)于線性定常離散系統(tǒng)，其穩(wěn)定的充要條件是系統(tǒng)特征方程的所有根（特征根）都位于z平面的單位圓內(nèi)，所以選A。5.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，采樣周期T的選擇應(yīng)考慮（）。A.系統(tǒng)的穩(wěn)定性B.系統(tǒng)的快速性C.信號(hào)的頻譜特性D.以上都是答案：D解析：采樣周期T的選擇對(duì)系統(tǒng)有多方面影響。若T過(guò)大，可能影響系統(tǒng)穩(wěn)定性；T過(guò)小可能增加計(jì)算負(fù)擔(dān)和成本，但有利于系統(tǒng)快速性；同時(shí)，要根據(jù)信號(hào)的頻譜特性來(lái)選擇合適的T以避免頻譜混疊，所以以上選項(xiàng)都要考慮，選D。6.數(shù)字PID控制器中，積分項(xiàng)的作用是（）。A.消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差B.加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度C.改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能D.抑制系統(tǒng)的噪聲答案：A解析：積分項(xiàng)的作用是對(duì)誤差進(jìn)行積分，隨著時(shí)間積累不斷調(diào)整控制量，從而消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，所以選A。7.以下哪種控制算法屬于智能控制算法（）。A.PID控制B.模糊控制C.最優(yōu)控制D.串級(jí)控制答案：B解析：模糊控制是基于模糊集合理論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理的一種智能控制方法。PID控制、最優(yōu)控制和串級(jí)控制都屬于傳統(tǒng)控制算法，所以選B。8.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，常用的輸入輸出接口有（）。A.并行接口B.串行接口C.A/D和D/A轉(zhuǎn)換器D.以上都是答案：D解析：并行接口和串行接口可用于計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，A/D轉(zhuǎn)換器用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供計(jì)算機(jī)處理，D/A轉(zhuǎn)換器用于將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，它們都是常用的輸入輸出接口，所以選D。9.狀態(tài)空間表達(dá)式能描述系統(tǒng)的（）。A.外部特性B.內(nèi)部特性C.穩(wěn)態(tài)特性D.動(dòng)態(tài)特性答案：B解析：狀態(tài)空間表達(dá)式不僅可以描述系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系（外部特性），更重要的是能夠描述系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量的變化情況，即系統(tǒng)的內(nèi)部特性，所以選B。10.在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的關(guān)鍵是（）。A.快速的CPUB.大容量的內(nèi)存C.合適的采樣周期D.可靠的中斷系統(tǒng)答案：D解析：可靠的中斷系統(tǒng)能夠保證計(jì)算機(jī)及時(shí)響應(yīng)外部事件，如采樣信號(hào)到來(lái)、控制任務(wù)觸發(fā)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制?？焖俚腃PU和大容量的內(nèi)存有助于提高系統(tǒng)性能，但不是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的關(guān)鍵；合適的采樣周期是影響系統(tǒng)性能的一個(gè)因素，但不是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的核心，所以選D。二、填空題1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按控制規(guī)律可分為_(kāi)_________、__________、__________等。答案：程序控制、PID控制、最優(yōu)控制解析：程序控制是按照預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行控制；PID控制是一種經(jīng)典的反饋控制算法，通過(guò)比例、積分、微分環(huán)節(jié)對(duì)誤差進(jìn)行處理；最優(yōu)控制是在一定約束條件下使系統(tǒng)的某個(gè)性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。2.采樣定理指出，為了使采樣信號(hào)能夠無(wú)失真地恢復(fù)原連續(xù)信號(hào)，采樣頻率fs應(yīng)滿(mǎn)足__________。答案：fs≥2fmax（其中fmax為原連續(xù)信號(hào)的最高頻率）解析：這是采樣定理的基本內(nèi)容，只有滿(mǎn)足該條件才能避免頻譜混疊，從而可以通過(guò)合適的方法無(wú)失真地恢復(fù)原連續(xù)信號(hào)。3.數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法主要有__________和__________。答案：模擬化設(shè)計(jì)方法、離散化設(shè)計(jì)方法解析：模擬化設(shè)計(jì)方法是先設(shè)計(jì)模擬控制器，再將其離散化得到數(shù)字控制器；離散化設(shè)計(jì)方法是直接在離散域（z域）進(jìn)行數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)。4.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾措施主要有__________、__________、__________等。答案：硬件抗干擾、軟件抗干擾、接地與屏蔽解析：硬件抗干擾如采用濾波電路、隔離電路等；軟件抗干擾如數(shù)字濾波、指令冗余等；接地與屏蔽可以有效減少電磁干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。5.狀態(tài)反饋控制能改變系統(tǒng)的__________，從而改善系統(tǒng)的性能。答案：極點(diǎn)分布解析：通過(guò)狀態(tài)反饋可以改變系統(tǒng)的特征方程，進(jìn)而改變系統(tǒng)的極點(diǎn)分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性等的改善。6.模糊控制器的基本組成包括__________、__________、__________和__________。答案：模糊化接口、知識(shí)庫(kù)、模糊推理機(jī)、解模糊接口解析：模糊化接口將輸入的精確量轉(zhuǎn)換為模糊量；知識(shí)庫(kù)包含了模糊控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)等信息；模糊推理機(jī)根據(jù)輸入的模糊量和知識(shí)庫(kù)進(jìn)行推理；解模糊接口將推理得到的模糊量轉(zhuǎn)換為精確的控制量。7.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信的方式有__________和__________。答案：并行通信、串行通信解析：并行通信是多位數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸，速度快但線路復(fù)雜；串行通信是數(shù)據(jù)逐位依次傳輸，線路簡(jiǎn)單但速度相對(duì)較慢。8.在PID控制器中，比例系數(shù)Kp增大時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度__________，穩(wěn)態(tài)誤差__________。答案：加快；減小解析：比例系數(shù)Kp增大，控制作用增強(qiáng)，系統(tǒng)對(duì)誤差的響應(yīng)加快，從而使系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快；同時(shí)，Kp增大可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)增大。9.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)包括__________、__________、__________等。答案：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化解析：智能化體現(xiàn)在采用更多的智能控制算法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家系統(tǒng)控制等；網(wǎng)絡(luò)化使得系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制；集成化是將計(jì)算機(jī)、傳感器、執(zhí)行器等進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的整體性能和可靠性。10.離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)定義為_(kāi)_________在零初始條件下的z變換之比。答案：輸出采樣信號(hào)的z變換與輸入采樣信號(hào)的z變換解析：這是離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的基本定義，用于描述離散系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理。答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理主要包括以下幾個(gè)步驟：（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：通過(guò)傳感器將被控對(duì)象的各種物理量（如溫度、壓力、流量等）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)。（2）實(shí)時(shí)決策：計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制算法（如PID控制算法、模糊控制算法等）計(jì)算出控制量。（3）實(shí)時(shí)控制：計(jì)算機(jī)將計(jì)算得到的控制量通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再經(jīng)過(guò)執(zhí)行器（如電機(jī)、閥門(mén)等）對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，使被控對(duì)象的狀態(tài)達(dá)到期望的目標(biāo)。整個(gè)過(guò)程是一個(gè)不斷循環(huán)的過(guò)程，計(jì)算機(jī)不斷地采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行決策和控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的實(shí)時(shí)控制。2.說(shuō)明采樣定理的重要性。答：采樣定理的重要性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）頻譜不混疊：它是避免采樣信號(hào)頻譜混疊的理論依據(jù)。如果采樣頻率不滿(mǎn)足采樣定理，采樣信號(hào)的頻譜會(huì)發(fā)生混疊，導(dǎo)致無(wú)法從采樣信號(hào)中無(wú)失真地恢復(fù)原連續(xù)信號(hào)。（2）信號(hào)恢復(fù)：為信號(hào)的恢復(fù)提供了條件。當(dāng)采樣頻率滿(mǎn)足采樣定理時(shí)，可以通過(guò)合適的低通濾波器等方法將采樣信號(hào)恢復(fù)為原連續(xù)信號(hào)，保證了信號(hào)處理和傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采樣定理為采樣周期的選擇提供了指導(dǎo)。合理選擇采樣周期，既能滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理的要求，又能降低系統(tǒng)的成本和計(jì)算負(fù)擔(dān)。3.比較模擬PID控制器和數(shù)字PID控制器的優(yōu)缺點(diǎn)。答：模擬PID控制器的優(yōu)點(diǎn)：（1）實(shí)時(shí)性好：模擬電路的響應(yīng)速度快，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，不存在采樣和計(jì)算延遲。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：由模擬電路元件（如運(yùn)算放大器等）組成，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。模擬PID控制器的缺點(diǎn)：（1）參數(shù)調(diào)整困難：一旦硬件電路確定，其PID參數(shù)調(diào)整不方便，需要更換硬件元件。（2）靈活性差：難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和功能擴(kuò)展。數(shù)字PID控制器的優(yōu)點(diǎn)：（1）參數(shù)調(diào)整方便：可以通過(guò)軟件編程方便地修改PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的在線調(diào)整。（2）靈活性高：易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和功能擴(kuò)展，如積分分離、遇限削弱積分等改進(jìn)算法。（3）抗干擾能力強(qiáng)：數(shù)字信號(hào)受干擾影響較小，且可以采用軟件抗干擾措施進(jìn)一步提高抗干擾能力。數(shù)字PID控制器的缺點(diǎn)：（1）存在采樣和計(jì)算延遲：由于采樣和計(jì)算需要一定時(shí)間，會(huì)引入一定的延遲，對(duì)系統(tǒng)的快速性有一定影響。（2）依賴(lài)硬件資源：需要合適的計(jì)算機(jī)硬件支持，對(duì)硬件的性能有一定要求。4.簡(jiǎn)述模糊控制的基本思想和特點(diǎn)。答：模糊控制的基本思想是利用人類(lèi)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，將其用模糊語(yǔ)言描述成控制規(guī)則，通過(guò)模糊推理和模糊決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制。模糊控制的特點(diǎn)如下：（1）不依賴(lài)精確數(shù)學(xué)模型：對(duì)于一些難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng)，模糊控制可以根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和操作數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。（2）魯棒性強(qiáng)：對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化和外界干擾有較好的適應(yīng)性，能夠保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。（3）控制算法簡(jiǎn)單：模糊控制規(guī)則通常以“if-then”的形式表示，易于理解和實(shí)現(xiàn)。（4）具有智能性：模擬了人類(lèi)的思維方式和決策過(guò)程，體現(xiàn)了一定的智能特性。5.說(shuō)明計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中接地與屏蔽的作用。答：接地的作用：（1）安全保護(hù)：將電氣設(shè)備的外殼接地，當(dāng)設(shè)備發(fā)生漏電時(shí)，電流可以通過(guò)接地線流入大地，避免人員觸電事故。（2）抑制干擾：為系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的電位參考點(diǎn)，減少地電位差引起的干擾，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。屏蔽的作用：（1）電磁屏蔽：采用金屬屏蔽體（如屏蔽線、屏蔽罩等）可以阻擋外界電磁場(chǎng)的干擾，防止干擾信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)。（2）靜電屏蔽：可以消除靜電感應(yīng)產(chǎn)生的干擾，保護(hù)系統(tǒng)中的電子元件不受靜電影響。四、計(jì)算題1.已知連續(xù)信號(hào)x(t)=2sin(10πt)，試確定滿(mǎn)足采樣定理的采樣頻率fs，并計(jì)算當(dāng)采樣周期T=0.02s時(shí)，采樣信號(hào)x(t)的前5個(gè)采樣值。解：（1）首先求連續(xù)信號(hào)x(t)的最高頻率fmax。對(duì)于x(t)=2sin(10πt)，其角頻率ω=10πrad/s，根據(jù)ω=2πf，可得f=ω/(2π)=10π/(2π)=5Hz，即fmax=5Hz。根據(jù)采樣定理fs≥2fmax，所以滿(mǎn)足采樣定理的采樣頻率fs≥10Hz。（2）當(dāng)采樣周期T=0.02s時(shí)，采樣頻率fs=1/T=1/0.02=50Hz＞10Hz，滿(mǎn)足采樣定理。采樣信號(hào)x(t)的采樣值為x(nT)，n=0,1,2,…當(dāng)n=0時(shí)，x(0)=2sin(10π×0)=0；當(dāng)n=1時(shí)，x(T)=2sin(10π×0.02)=2sin(0.2π)≈1.18；當(dāng)n=2時(shí)，x(2T)=2sin(10π×2×0.02)=2sin(0.4π)≈1.90；當(dāng)n=3時(shí)，x(3T)=2sin(10π×3×0.02)=2sin(0.6π)≈1.90；當(dāng)n=4時(shí)，x(4T)=2sin(10π×4×0.02)=2sin(0.8π)≈1.18。2.已知離散系統(tǒng)的差分方程為y(k+2)-1.5y(k+1)+0.5y(k)=u(k)，其中u(k)為輸入，y(k)為輸出，試求該系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)G(z)。解：對(duì)差分方程y(k+2)-1.5y(k+1)+0.5y(k)=u(k)兩邊進(jìn)行z變換，根據(jù)z變換的位移定理：Z[y(k+n)]=z?Y(z)-z?y(0)-z??1y(1)-…-zy(n-1)在零初始條件下，y(0)=y(1)=0，可得：z2Y(z)-1.5zY(z)+0.5Y(z)=U(z)整理得：(z2-1.5z+0.5)Y(z)=U(z)則該系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)G(z)=Y(z)/U(z)=1/(z2-1.5z+0.5)。3.設(shè)PID控制器的傳遞函數(shù)為Gc(s)=5+10/s+2s，試將其離散化得到數(shù)字PID控制器的差分方程（采用后向差分法，采樣周期T=0.1s）。解：后向差分法中，s≈(1-z?1)/T。將s=(1-z?1)/T代入Gc(s)中，T=0.1s：Gc(z)=5+10/[(1-z?1)/0.1]+2[(1-z?1)/0.1]=5+1/(1-z?1)+20(1-z?1)設(shè)e(k)為誤差輸入，u(k)為控制輸出，U(z)/E(z)=Gc(z)U(z)=[5+1/(1-z?1)+20(1-z?1)]E(z)U(z)(1-z?1)=[5(1