2025年大學(xué)一年級(jí)（工業(yè)機(jī)器人技術(shù)）工業(yè)控制基礎(chǔ)測(cè)試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿(mǎn)分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共40分）答題要求：每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確答案的序號(hào)填在括號(hào)內(nèi)。(總共20題，每題2分)1.工業(yè)控制中，反饋控制系統(tǒng)的核心是（）A.控制器B.傳感器C.執(zhí)行器D.被控對(duì)象2.以下哪種控制算法常用于工業(yè)機(jī)器人的位置控制（）A.PID控制B.模糊控制C.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制D.遺傳算法3.在工業(yè)控制中，采樣周期的選擇主要取決于（）A.控制器的性能B.被控對(duì)象的特性C.傳感器的精度D.執(zhí)行器的響應(yīng)速度4.工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中，關(guān)節(jié)空間控制是基于（）A.笛卡爾坐標(biāo)系B.柱坐標(biāo)系C.球坐標(biāo)系D.關(guān)節(jié)坐標(biāo)系5.對(duì)于線(xiàn)性定常系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式的根稱(chēng)為（）A.零點(diǎn)B.極點(diǎn)C.增益D.帶寬6.工業(yè)控制中，數(shù)字PID控制器的積分作用主要用于（）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.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性D.抑制系統(tǒng)的干擾7.以下哪種傳感器常用于工業(yè)機(jī)器人的力覺(jué)感知（）A.光電傳感器B.壓電傳感器C.溫度傳感器D.超聲波傳感器8.在工業(yè)控制中，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是（）A.沒(méi)有反饋B.控制精度高C.穩(wěn)定性好D.抗干擾能力強(qiáng)9.工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃主要是確定機(jī)器人（）的運(yùn)動(dòng)軌跡。A.末端執(zhí)行器B.關(guān)節(jié)C.機(jī)身D.底座10.對(duì)于二階系統(tǒng)，當(dāng)阻尼比為（）時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度最快且無(wú)超調(diào)。A.0B.0.5C.1D.無(wú)窮大11.工業(yè)控制中，PLC的編程語(yǔ)言不包括（）A.梯形圖B.指令表C.流程圖D.C語(yǔ)言12.以下哪種控制策略適用于具有強(qiáng)非線(xiàn)性和不確定性的工業(yè)過(guò)程（）A.傳統(tǒng)PID控制B.自適應(yīng)控制C.魯棒控制D.智能控制13.工業(yè)機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)主要用于（）A.位置檢測(cè)B.物體識(shí)別C.力覺(jué)感知D.溫度檢測(cè)14.在工業(yè)控制中，比例環(huán)節(jié)的輸出與輸入（）A.成正比B.成反比C.平方關(guān)系D.對(duì)數(shù)關(guān)系15.工業(yè)控制中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以通過(guò)（）來(lái)判斷。A.傳遞函數(shù)B.頻率特性C.階躍響應(yīng)D.以上都是16.以下哪種電機(jī)常用于工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)（）A.直流電機(jī)B.交流電機(jī)C.步進(jìn)電機(jī)D.伺服電機(jī)17.工業(yè)控制中，模糊控制器的核心是（）A.模糊化接口B.知識(shí)庫(kù)C.模糊推理機(jī)D.解模糊接口18.工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題是已知（）求末端執(zhí)行器的位姿。A.關(guān)節(jié)角度B.末端位姿C.速度D.加速度19.在工業(yè)控制中，PI控制器的傳遞函數(shù)為（）A.Kp+Ki/sB.Kp+KisC.Kps+KiD.Kp/(1+Kis)20.工業(yè)控制中，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與（）有關(guān)。A.系統(tǒng)的型別B.開(kāi)環(huán)增益C.輸入信號(hào)D.以上都是第II卷（非選擇題共60分）答題要求：請(qǐng)根據(jù)題目要求，在相應(yīng)位置作答。填空題(總共10題，每題2分)1.工業(yè)控制中，常用的傳感器有______、______、______（寫(xiě)出三種）。2.數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定方法有______、______、______（寫(xiě)出三種）。3.工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問(wèn)題是已知______求______。4.工業(yè)控制中，系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有______、______、______（寫(xiě)出三種）。5.模糊控制的基本思想是把人類(lèi)專(zhuān)家對(duì)特定的______的控制策略總結(jié)成一系列以______形式表示的控制規(guī)則。6.工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程描述了機(jī)器人各關(guān)節(jié)的______與______之間的關(guān)系。7.在工業(yè)控制中，常用的控制算法除了PID控制外，還有______、______、______（寫(xiě)出三種）。8.工業(yè)控制中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在______作用下，能夠______地恢復(fù)到平衡狀態(tài)的能力。9.工業(yè)機(jī)器人的編程方式主要有______、______、______（寫(xiě)出三種）。10.工業(yè)控制中，傳感器的靜態(tài)特性包括______、______、______（寫(xiě)出三種）。簡(jiǎn)答題(總共4題，每題5分)1.簡(jiǎn)述工業(yè)控制中開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。2.說(shuō)明數(shù)字PID控制器中比例、積分、微分作用的物理意義。3.工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制包括哪些方面？4.簡(jiǎn)述模糊控制的工作原理。分析題(總共2題，每題10分)1.已知某工業(yè)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s^2+2s+10)，分析該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)性能。2.對(duì)于一個(gè)工業(yè)機(jī)器人的位置控制系統(tǒng)，采用PID控制算法。當(dāng)系統(tǒng)受到階躍輸入時(shí)，出現(xiàn)了較大的超調(diào)量，試分析可能的原因及改進(jìn)措施。設(shè)計(jì)題(總共1題，每題2分)1.設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的工業(yè)機(jī)器人位置控制系統(tǒng)，要求采用PID控制算法，畫(huà)出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，并說(shuō)明各部分的作用。答案：1.A2.A3.B4.D5.B6.A7.B8.A9.A10.C11.D12.D13.B14.A15.D16.D17.C18.A19.A20.D填空題答案：1.光電傳感器、壓電傳感器、溫度傳感器2.臨界比例度法、衰減曲線(xiàn)法、經(jīng)驗(yàn)湊試法3.末端執(zhí)行器的位姿、關(guān)節(jié)角度4.穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差、動(dòng)態(tài)性能5.過(guò)程、模糊條件語(yǔ)句6.驅(qū)動(dòng)力（矩）、關(guān)節(jié)位移（速度、加速度）7.模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法8.擾動(dòng)、自動(dòng)9.示教編程、離線(xiàn)編程、語(yǔ)言編程10.線(xiàn)性度、靈敏度、遲滯簡(jiǎn)答題答案：1.開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)：控制精度低、抗干擾能力差。閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、調(diào)試?yán)щy。2.比例作用：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。積分作用：主要用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。微分作用：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。3.工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制包括點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制、關(guān)節(jié)空間控制、笛卡爾空間控制等方面。點(diǎn)位控制主要用于使機(jī)器人快速準(zhǔn)確地到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)；連續(xù)軌跡控制用于使機(jī)器人沿預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)；關(guān)節(jié)空間控制基于關(guān)節(jié)坐標(biāo)系對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)進(jìn)行控制；笛卡爾空間控制基于笛卡爾坐標(biāo)系對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行控制。4.模糊控制的工作原理：首先將輸入的精確量進(jìn)行模糊化處理，轉(zhuǎn)化為模糊量；然后根據(jù)模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，得到模糊控制量；最后將模糊控制量進(jìn)行解模糊化處理，得到精確的控制量，用于控制被控對(duì)象。分析題答案：1.系統(tǒng)傳遞函數(shù)G(s)=10/(s^2+2s+10)，其特征方程為s^2+2s+10=0。計(jì)算特征根：s=-1±3j，實(shí)部為負(fù)，系統(tǒng)穩(wěn)定。系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，wn=√10，ζ=2/(2√10)=0.316。穩(wěn)態(tài)誤差：對(duì)于單位階躍輸入，ess=0。動(dòng)態(tài)性能：上升時(shí)間tr、峰值時(shí)間tp、超調(diào)量σ%等可根據(jù)二階系統(tǒng)公式計(jì)算。上升時(shí)間tr=π/(wn√(1-ζ^2))，峰值時(shí)間tp=π/(wn√(1-ζ^2))，超調(diào)量σ%=e^(-ζπ/√(1-ζ^2))×100%。2.出現(xiàn)較大超調(diào)量的可能原因：比例系數(shù)Kp過(guò)大、積分時(shí)間常數(shù)Ti過(guò)小、微分時(shí)間常數(shù)Td不合適等。改進(jìn)措施：適當(dāng)減小比例系數(shù)Kp，增大積分時(shí)間常數(shù)Ti（以消除穩(wěn)態(tài)誤差為前提），調(diào)整微分時(shí)間常數(shù)Td（根據(jù)系統(tǒng)特性和響應(yīng)要求），也可考慮加入合適的抗積分飽和措施等。設(shè)計(jì)題答案：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖