2025年大學(xué)自動化控制工程（控制算法設(shè)計）試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本大題共10小題，每小題3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。1.以下哪種控制算法不屬于傳統(tǒng)的PID控制范疇？A.比例控制算法B.模糊控制算法C.積分控制算法D.微分控制算法2.在PID控制中，積分作用主要用于消除什么？A.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差B.系統(tǒng)動態(tài)誤差C.干擾信號D.超調(diào)量3.關(guān)于狀態(tài)空間模型，以下說法正確的是？A.只能描述線性系統(tǒng)B.和傳遞函數(shù)模型完全等價C.能同時描述系統(tǒng)的輸入、輸出和內(nèi)部狀態(tài)D.不適用于多輸入多輸出系統(tǒng)4.以下哪種算法常用于解決最優(yōu)控制問題？A.遺傳算法B.卡爾曼濾波算法C.自適應(yīng)控制算法D.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法5.反饋控制系統(tǒng)中，反饋信號的作用是？A.改變系統(tǒng)輸入B.增強系統(tǒng)擾動C.使系統(tǒng)輸出跟蹤輸入或某種期望狀態(tài)D.降低系統(tǒng)穩(wěn)定性6.對于離散控制系統(tǒng)，采樣周期的選擇會影響？A.系統(tǒng)穩(wěn)定性B.系統(tǒng)精度C.系統(tǒng)響應(yīng)速度D.以上都是7.模糊控制的核心是？A.模糊規(guī)則庫B.模糊化接口C.清晰化接口D.模糊推理機8.以下哪種控制算法對模型的依賴性最小？A.自適應(yīng)控制算法B.魯棒控制算法C.智能控制算法D.經(jīng)典控制算法9.在控制系統(tǒng)中，前饋控制的主要作用是？A.抑制干擾對系統(tǒng)輸出的影響B(tài).提高系統(tǒng)響應(yīng)速度C.改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能D.增強系統(tǒng)反饋作用10.關(guān)于線性二次型最優(yōu)控制，下面說法錯誤的是？A.是一種基于狀態(tài)空間模型的最優(yōu)控制方法B.目標(biāo)是使二次型性能指標(biāo)最小C.只適用于線性定常系統(tǒng)D.可以得到最優(yōu)控制律的解析表達式第II卷（非選擇題共70分）11.（10分）簡述PID控制算法中比例、積分、微分系數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。12.（15分）已知一個控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=(s+2)/(s^2+3s+2)，請分析其穩(wěn)定性，并求出系統(tǒng)的極點。13.（15分）闡述狀態(tài)反饋控制的原理及作用，說明如何通過狀態(tài)反饋改善系統(tǒng)性能。14.（15分）材料：在工業(yè)生產(chǎn)中常常會遇到各種干擾，如負載變化、環(huán)境溫度變化等。傳統(tǒng)的PID控制在面對這些干擾時，有時會出現(xiàn)控制效果不佳的情況。某工廠采用了自適應(yīng)控制算法來解決這個問題。問題：請結(jié)合材料，分析自適應(yīng)控制算法相比傳統(tǒng)PID控制算法在應(yīng)對干擾方面的優(yōu)勢。15.（15分）材料：隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，模糊控制在智能家居系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。例如，在智能空調(diào)系統(tǒng)中，根據(jù)室內(nèi)溫度、濕度以及人體舒適度等多個因素，通過模糊控制算法來調(diào)節(jié)空調(diào)的運行狀態(tài)。問題：請設(shè)計一個簡單的模糊控制規(guī)則，用于智能空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)溫度和濕度調(diào)節(jié)風(fēng)速。要求：明確輸入變量（室內(nèi)溫度、濕度）的模糊化等級，以及輸出變量（風(fēng)速）的模糊化等級，并制定相應(yīng)的模糊控制規(guī)則。答案：1.B2.A3.C4.A5.C6.D7.A8.C9.A10.C11.比例系數(shù)增大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，但可能導(dǎo)致超調(diào)量增大；積分系數(shù)增大有助于消除穩(wěn)態(tài)誤差，但可能使系統(tǒng)響應(yīng)變慢，甚至引起振蕩；微分系數(shù)增大能改善系統(tǒng)動態(tài)性能，抑制超調(diào)，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度。12.對傳遞函數(shù)G(s)=(s+2)/(s^2+3s+2)進行因式分解得G(s)=(s+2)/[(s+1)(s+2)]，極點為s=-1和s=-2。系統(tǒng)特征方程為s^2+3s+2=0，根據(jù)勞斯判據(jù)可知系統(tǒng)穩(wěn)定。13.狀態(tài)反饋控制原理是將系統(tǒng)的狀態(tài)變量反饋到輸入端，通過調(diào)整反饋增益矩陣來改變系統(tǒng)的動態(tài)性能。作用是可以任意配置系統(tǒng)極點，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度等性能。通過合理設(shè)計反饋增益矩陣，使系統(tǒng)滿足期望的性能指標(biāo)。14.自適應(yīng)控制算法相比傳統(tǒng)PID控制算法，能根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)和干擾情況自動調(diào)整控制參數(shù)。在面對工業(yè)生產(chǎn)中的負載變化、環(huán)境溫度變化等干擾時，傳統(tǒng)PID控制難以實時調(diào)整參數(shù)，而自適應(yīng)控制算法可實時適應(yīng)干擾，保持良好控制效果，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制精度。15.輸入變量室內(nèi)溫度的模糊化等級：低溫度、適中溫度、高溫度；濕度的模糊化等級：低濕度、適中濕度、高濕度。輸出變量風(fēng)速的模糊化等級：低速、中速、高速。模糊控制規(guī)則：若溫度為低溫度且濕度為低濕度，則風(fēng)速為低速；若溫度為低溫度且濕度為適中濕度，則風(fēng)速為中速；若溫度為低溫度且濕度為高濕度，則風(fēng)速為高速；若溫度為適中溫度且濕度為低濕度，則風(fēng)速為中速；若溫度為適中溫度且濕度為適中