工業(yè)AI2025年自動(dòng)化控制練習(xí)卷考試時(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)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.在工業(yè)AI與自動(dòng)化控制的融合中，下列哪一項(xiàng)不屬于當(dāng)前主流的應(yīng)用方向？A.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)B.利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)進(jìn)行精密裝配C.傳統(tǒng)PID控制器的參數(shù)自整定D.單純的自動(dòng)化生產(chǎn)線物料搬運(yùn)調(diào)度2.對(duì)于一階慣性加純滯后的系統(tǒng)（其標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(Ts+1)e^(-τs)），要使其在單位階躍輸入下無(wú)超調(diào)，根據(jù)經(jīng)典控制理論，應(yīng)滿足的條件是（）。A.τ/T>1且K>1B.τ/T<1且K<1C.τ/T=1且K=1D.任何K和τ/T值均可實(shí)現(xiàn)無(wú)超調(diào)3.在工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中，ModbusRTU通常采用哪種通信模式？A.基于XML的Web服務(wù)通信B.基于TCP/IP的客戶端/服務(wù)器模型C.基于串行總線的Master/Slave查詢應(yīng)答模式D.基于無(wú)線局域網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信4.當(dāng)控制系統(tǒng)存在較大時(shí)滯時(shí)，單純?cè)黾覲ID控制器的比例增益K，其最主要的不良影響是（）。A.系統(tǒng)響應(yīng)速度加快B.系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，可能出現(xiàn)振蕩C.系統(tǒng)超調(diào)量減小D.系統(tǒng)上升時(shí)間縮短5.下列哪種控制策略屬于現(xiàn)代控制理論范疇，并能夠處理多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)？A.經(jīng)典PID控制B.狀態(tài)反饋控制C.單變量頻率響應(yīng)法整定D.經(jīng)驗(yàn)試湊法整定6.在工業(yè)數(shù)據(jù)采集與處理中，邊緣計(jì)算相比于中心化云計(jì)算的主要優(yōu)勢(shì)之一是（）。A.需要更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬B.能夠?qū)崿F(xiàn)更低延遲的實(shí)時(shí)控制與決策C.對(duì)存儲(chǔ)容量的要求更高D.顯著降低了初始硬件投入成本7.用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度或位移的傳感器，以下哪一種屬于接觸式傳感器？A.光電編碼器B.磁阻傳感器C.激光測(cè)距儀D.超聲波傳感器8.在設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，選擇傳感器需要考慮的首要因素通常是（）。A.傳感器的品牌和價(jià)格B.傳感器的外觀和安裝便利性C.傳感器的量程、精度和響應(yīng)時(shí)間是否符合被測(cè)對(duì)象的要求D.傳感器是否易于編程配置9.機(jī)器學(xué)習(xí)模型在用于工業(yè)過(guò)程故障診斷時(shí)，其主要輸入數(shù)據(jù)來(lái)源通常包括（）。A.傳感器實(shí)時(shí)采集的工藝參數(shù)B.歷史生產(chǎn)記錄中的事故報(bào)告C.操作人員的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)D.產(chǎn)品市場(chǎng)銷售數(shù)據(jù)10.所謂“智能PID控制器”，通常指的是能夠（）的PID控制器。A.僅在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)整定參數(shù)，運(yùn)行后固定不變B.根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和性能指標(biāo)，在線自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)C.僅適用于溫度控制過(guò)程D.采用模糊邏輯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的比例、積分、微分項(xiàng)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.自動(dòng)控制系統(tǒng)通常由________、________、________和________四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成。2.在控制系統(tǒng)中，________是指系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后，其輸出量偏離給定值，然后又回到給定值附近并穩(wěn)定下來(lái)或進(jìn)入等幅振蕩的過(guò)程。3.PLC（可編程邏輯控制器）的核心處理單元通常稱為_(kāi)_______。4.在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信中，EtherCAT是一種高性能的________總線技術(shù)，以其低延遲和高帶寬著稱。5.利用人工智能技術(shù)，可以根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)其未來(lái)可能發(fā)生的故障，這被稱為_(kāi)_______。6.狀態(tài)空間分析法是一種基于________的現(xiàn)代控制理論方法，它將系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性描述為狀態(tài)變量的一階微分方程組。7.傳感器信號(hào)調(diào)理電路的作用是將傳感器輸出的微弱信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合后續(xù)處理單元（如PLC、ADC）輸入的________信號(hào)。8.工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)中可用于________、________和________等任務(wù)。9.數(shù)字孿生（DigitalTwin）技術(shù)通過(guò)在虛擬空間中構(gòu)建物理實(shí)體的動(dòng)態(tài)鏡像，可以用于________、________和________等方面。10.將人工智能算法（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制）嵌入到傳統(tǒng)的控制器中，使其能夠?qū)W習(xí)、適應(yīng)和優(yōu)化控制性能，是________的一個(gè)重要方向。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述什么是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并簡(jiǎn)述導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的主要原因。2.簡(jiǎn)述PLC相比于傳統(tǒng)的硬接線繼電器控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述將AI技術(shù)（如機(jī)器學(xué)習(xí)）應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制的主要目的和潛在價(jià)值。四、計(jì)算題（每題8分，共16分）1.某溫度控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(10s+1)。若采用比例控制器（P控制），其比例增益Kp分別取1、10和100時(shí)，計(jì)算該閉環(huán)系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差（用終值定理計(jì)算）。2.假設(shè)一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程需要同時(shí)控制兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的變量（例如，化學(xué)反應(yīng)中的溫度和壓力）。簡(jiǎn)述采用多變量控制（MVC）方法相比于單獨(dú)采用兩個(gè)單變量控制器（SVC）的優(yōu)勢(shì)可能體現(xiàn)在哪些方面。五、分析題（每題10分，共20分）1.在工業(yè)生產(chǎn)線上，某關(guān)鍵設(shè)備的故障會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。假設(shè)可以通過(guò)安裝傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型分析這些參數(shù)以預(yù)測(cè)故障。請(qǐng)分析在此場(chǎng)景下應(yīng)用預(yù)測(cè)性維護(hù)（基于AI）相比傳統(tǒng)定期維護(hù)或故障后維護(hù)的優(yōu)勢(shì)，并簡(jiǎn)述實(shí)施該方案可能需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)和挑戰(zhàn)。2.描述一下工業(yè)AI如何能夠提升傳統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)線（如裝配線）的柔性和效率。請(qǐng)結(jié)合具體的技術(shù)或應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。試卷答案一、選擇題1.D2.A3.C4.B5.B6.B7.A8.C9.A10.B二、填空題1.測(cè)量變送單元，控制器，執(zhí)行器，被控對(duì)象2.過(guò)渡過(guò)程（或階躍響應(yīng)）3.中央處理器（或CPU）4.基于以太網(wǎng)的5.預(yù)測(cè)性維護(hù)6.狀態(tài)變量7.標(biāo)準(zhǔn)化（或適合處理/傳輸）8.物料檢測(cè)，尺寸測(cè)量，定位引導(dǎo)9.模擬仿真，性能分析，預(yù)測(cè)優(yōu)化10.自適應(yīng)控制三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動(dòng)偏離平衡狀態(tài)后，能夠自動(dòng)恢復(fù)到原平衡狀態(tài)或進(jìn)入穩(wěn)定等幅振蕩的性質(zhì)。不穩(wěn)定是指系統(tǒng)偏離平衡后，輸出不斷發(fā)散，無(wú)法恢復(fù)。主要原因包括：開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)在s右半平面有極點(diǎn)、閉環(huán)特征方程判別式小于零、系統(tǒng)存在較大的正反饋或非線性環(huán)節(jié)等。2.解析思路：PLC優(yōu)點(diǎn)：編程方便（類似編程語(yǔ)言），靈活性高（可修改邏輯），可靠性高（工業(yè)設(shè)計(jì)），模塊化結(jié)構(gòu)便于擴(kuò)展，成本相對(duì)較低，易于維護(hù)，可進(jìn)行故障診斷。3.解析思路：AI目的與價(jià)值：提高控制精度和魯棒性（自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)），增強(qiáng)系統(tǒng)智能化水平（自主決策、優(yōu)化），實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)減少停機(jī)，優(yōu)化資源利用效率，提升生產(chǎn)柔性適應(yīng)多變需求，降低對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)依賴。四、計(jì)算題1.解析思路：?jiǎn)挝浑A躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差e(∞)=1/(1+G(0))。首先計(jì)算G(0)=lim(s->0)[1/(10s+1)]=1/1=1。代入公式得e(∞)=1/(1+1)=0.5。分別計(jì)算Kp=10和Kp=100時(shí)的G(0)：G(10)=1/(10*1+1)=1/11；G(100)=1/(10*1+1)=1/101。分別代入公式得e(∞)_10=1/(1+1/11)=11/12≈0.917；e(∞)_100=1/(1+1/101)=101/102≈0.990。2.解析思路：MVC優(yōu)勢(shì)：能同時(shí)考慮多個(gè)變量間的耦合關(guān)系，實(shí)現(xiàn)整體性能最優(yōu)（如協(xié)同控制），提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少相互干擾，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜控制目標(biāo)（如約束滿足），可能比SVC簡(jiǎn)單疊加效果更好，增強(qiáng)系統(tǒng)柔性以適應(yīng)多任務(wù)生產(chǎn)。五、分析題1.解析思路：優(yōu)勢(shì)分析：預(yù)測(cè)性維護(hù)可提前安排維修，避免非計(jì)劃停機(jī)，降低維護(hù)成本和風(fēng)險(xiǎn)；減少不必要的定期更換，節(jié)約備件成本；提高設(shè)備利用率；實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)響應(yīng)到主動(dòng)預(yù)防的轉(zhuǎn)變。關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)：高精度傳感器選型與部署，有效特征工程提取，適合工業(yè)環(huán)境的AI模型（魯棒性、可解釋性）開(kāi)發(fā)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與決策系統(tǒng)構(gòu)建，維護(hù)策略的優(yōu)化與實(shí)施。2.解析思路：AI提升柔性與效率：柔性-AI可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)度（如結(jié)合訂單變化動(dòng)態(tài)調(diào)整任務(wù)順序）、智能質(zhì)量檢測(cè)（自動(dòng)識(shí)別缺陷并指導(dǎo)調(diào)整