2025年大学《系统科学与工程》专业题库- 自动化控制系统设计与优化

2025年大学《系统科学与工程》专业题库——自动化控制系统设计与优化考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、控制系统中的反馈作用主要有（请选择最符合的描述）：A.减小系统误差B.增加系统稳定性C.提高系统响应速度D.使系统能够适应外部扰动二、某单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+5))，为使系统稳定，开环增益K的取值范围是？三、简述根轨迹法中，系统开环传递函数的极点如何影响根轨迹的起始点。四、已知某系统状态空间模型为：ẋ=Ax+Buy=Cx+Du其中A,B,C,D为已知矩阵。请说明如何利用状态反馈Kx使闭环系统极点位于s=-2,-2±j2的位置。五、PID控制器的参数整定对系统性能有何影响？请分别说明比例（P）、积分（I）、微分（D）作用对系统超调量、稳态误差、响应速度等方面的影响。六、什么是线性系统的能控性？请给出状态能控性的数学定义，并简述其几何意义。七、使用状态空间方法，如何判断一个线性定常系统是否稳定？八、请描述系统辨识的基本原理和主要步骤。在系统辨识过程中，常见的噪声有哪些？它们对辨识结果有何影响？九、设系统传递函数为G(s)=1/(s^2+2s+2)。请分别绘制其单位阶跃响应曲线和单位脉冲响应曲线的大致形状，并说明理由。十、什么是系统的鲁棒性？在控制器设计中，如何提高控制系统的鲁棒性？十一、在设计自动化控制系统时，需要考虑哪些性能指标？请列举至少五个，并简要说明其含义。十二、对于状态方程ẋ=Ax+Bu，如何计算其传递函数矩阵G(s)？十三、某反馈控制系统的结构图如下所示（此处无图，请根据文字描述想象）：被控对象G(s)的传递函数为1/s(s+3)，前向通路增益为K，反馈通路传递函数为1/s。请写出该系统的闭环传递函数Φ(s)=Y(s)/R(s)。十四、什么是系统最优控制？请简述最优控制问题的基本要素。十五、在利用Simulink进行系统仿真时，如何设置仿真步长？仿真步长选择不当可能会带来什么问题？试卷答案一、D二、0<K<30三、系统开环传递函数的极点就是根轨迹的起始点。四、求解的特征多项式，使其特征根为-2,-2±j2，从而确定K。五、P：增大比例度，可减小超调量，但可能增大稳态误差，减慢响应速度。I：消除稳态误差，但可能增加超调量和调节时间。D：加快响应速度，减小超调量，但可能引入噪声放大。六、系统能控性是指存在一个控制输入信号，能够在有限时间内将系统从任意初始状态转移到任意期望状态。数学定义：对于任意初始状态x∈.opspace{C}，其中opspace{C}是能控子空间。几何意义：状态空间中，若初始状态和目标状态能通过控制轨迹连接，则系统是能控的。七、计算闭环系统的特征值，若所有特征值的实部均小于零，则系统稳定。八、基本原理：通过测量系统的输入输出数据，建立能够近似描述系统动态特性的数学模型。主要步骤：模型结构选择、参数辨识、模型验证。常见噪声：测量噪声、执行器噪声、环境干扰。影响：使辨识得到的参数产生偏差，降低模型精度。九、单位阶跃响应：曲线从0开始，快速上升，可能超调后稳定在1附近。单位脉冲响应：曲线从0开始，可能先正后负，经过若干振荡后趋于零。十、鲁棒性是指系统在模型参数摄动或外部扰动作用下，仍能保持其性能（稳定性、性能指标）的能力。提高方法：采用鲁棒控制方法（如H∞控制、μ综合）、增加系统冗余、选择合适的鲁棒性指标。十一、性能指标：稳定性（如：阻尼比、临界阻尼）、响应速度（如：上升时间、调节时间）、准确性（如：超调量、稳态误差）、抗干扰能力、鲁棒性。十二、令sI-A=0，求解B+D。十三、Φ十四、最优控制是利用控制理论寻找最优控制策略，使得某个预定的性能指标（如：成本、时间、能耗）达到最优值。基本要素：系统模型、性能指标函数（目标函数）、约束条件（状态约束、控制约束）。十五、在Simulink仿真配