哈工大自动控制理论考卷与答案解析

哈工大自动控制理论考卷一、选择题（每题5分，共20分）A.系统的稳定性只与系统的输入有关B.系统的稳定性只与系统的输出有关C.系统的稳定性与系统的输入和输出都有关D.系统的稳定性与系统的结构和参数有关2.在控制系统中，开环控制和闭环控制的区别在于（）。A.开环控制有反馈环节，闭环控制没有反馈环节B.闭环控制有反馈环节，开环控制没有反馈环节C.开环控制和闭环控制都有反馈环节D.开环控制和闭环控制都没有反馈环节3.PID控制器是一种常用的线性控制器，其控制规律为（）。A.P=Kpe(t)B.I=Ki∫e(t)dtC.D=Kdde(t)/dtD.PID=Kpe(t)+Ki∫e(t)dt+Kdde(t)/dtA.状态空间模型只能用于描述线性系统B.状态空间模型只能用于描述时变系统C.状态空间模型可以用于描述线性或非线性系统D.状态空间模型可以用于描述时变或时不变系统二、填空题（每题5分，共20分）1.控制系统的动态性能指标主要包括：______、______和______。2.控制系统的稳态性能指标主要包括：______和______。3.控制系统的数学模型主要包括：______模型、______模型和______模型。4.PID控制器的三个参数分别是：______、______和______。三、简答题（每题10分，共20分）1.简述控制系统的基本原理。2.简述状态空间模型的基本概念。四、计算题（每题20分，共40分）1.已知某控制系统的传递函数为G(s)=10/(s+10)，求系统的单位阶跃响应。2.已知某控制系统的状态空间模型为：ẋ(t)=[21]x(t)+[1]u(t)y(t)=[10]x(t)其中，x(t)为状态向量，u(t)为输入，y(t)为输出。求系统的单位阶跃响应。五、分析题（每题20分，共40分）1.已知某控制系统的传递函数为G(s)=1/(s+1)(s+2)，分析系统的稳定性。2.已知某控制系统的状态空间模型为：ẋ(t)=[11]x(t)+[1]u(t)y(t)=[11]x(t)其中，x(t)为状态向量，u(t)为输入，y(t)为输出。分析系统的可控性和可观性。六、设计题（每题20分，共40分）1.设计一个PID控制器，使得某控制系统的单位阶跃响应的超调量不超过10%，调节时间不超过2秒。2.设计一个状态反馈控制器，使得某控制系统的状态向量收敛到零。一、选择题答案1.D2.B3.D4.C二、填空题答案1.输入；输出；控制；被控2.增益；相位；频率3.比例；积分；微分4.Kp；Ki；Kd三、简答题答案1.控制系统通过比较输入和输出的偏差，调整控制器的参数，使系统能够跟踪期望的输入。2.状态空间模型是用一组状态变量描述系统动态行为的数学模型，包括状态方程和输出方程。四、计算题答案1.单位阶跃响应为：c(t)=1e^(10t)2.单位阶跃响应为：c(t)=1e^(t)五、分析题答案1.系统不稳定，因为有一个极点在右半平面。2.系统既可控又可观。六、设计题答案1.PID控制器参数：Kp=0.5，Ki=0.25，Kd=0.1252.状态反馈矩阵：K=[1,2]1.控制系统基础：包括输入、输出、控制、被控等基本概念。2.控制系统类型：开环控制和闭环控制的区别。3.PID控制器：比例、积分、微分控制的基本原理和参数整定。4.状态空间模型：状态变量、状态方程和输出方程的基本概念。5.系统稳定性：极点位置与系统稳定性的关系。6.系统可控性和可观性：状态空间模型中系统的可控性和可观性分析。7.控制器设计：PID控制器参数整定和状态反馈控制器设计。各题型所考察学生的知识点详解及示例：1.选择题：考察学生对控制系统基本概念、类型、PID控制器和状态空间模型的理解。2.填空题：考察学生对控制系统基础、PID控制器参数和状态空间模型的理解。3.简答题：考察学生对控制系统基本原理和状态空间模型基本概