2025年大学自动化控制工程（控制算法设计）试题及答案

2025年大学自动化控制工程（控制算法设计）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.以下哪种控制算法不属于传统的PID控制范畴？A.比例控制算法B.模糊控制算法C.积分控制算法D.微分控制算法2.在PID控制中，积分作用主要用于消除什么？A.系统稳态误差B.系统动态误差C.干扰信号D.超调量3.关于状态空间模型，以下说法正确的是？A.只能描述线性系统B.和传递函数模型完全等价C.能同时描述系统的输入、输出和内部状态D.不适用于多输入多输出系统4.以下哪种算法常用于解决最优控制问题？A.遗传算法B.卡尔曼滤波算法C.自适应控制算法D.神经网络算法5.反馈控制系统中，反馈信号的作用是？A.改变系统输入B.增强系统扰动C.使系统输出跟踪输入或某种期望状态D.降低系统稳定性6.对于离散控制系统，采样周期的选择会影响？A.系统稳定性B.系统精度C.系统响应速度D.以上都是7.模糊控制的核心是？A.模糊规则库B.模糊化接口C.清晰化接口D.模糊推理机8.以下哪种控制算法对模型的依赖性最小？A.自适应控制算法B.鲁棒控制算法C.智能控制算法D.经典控制算法9.在控制系统中，前馈控制的主要作用是？A.抑制干扰对系统输出的影响B.提高系统响应速度C.改善系统稳态性能D.增强系统反馈作用10.关于线性二次型最优控制，下面说法错误的是？A.是一种基于状态空间模型的最优控制方法B.目标是使二次型性能指标最小C.只适用于线性定常系统D.可以得到最优控制律的解析表达式第II卷（非选择题共70分）11.（10分）简述PID控制算法中比例、积分、微分系数对系统性能的影响。12.（15分）已知一个控制系统的传递函数为G(s)=(s+2)/(s^2+3s+2)，请分析其稳定性，并求出系统的极点。13.（15分）阐述状态反馈控制的原理及作用，说明如何通过状态反馈改善系统性能。14.（15分）材料：在工业生产中常常会遇到各种干扰，如负载变化、环境温度变化等。传统的PID控制在面对这些干扰时，有时会出现控制效果不佳的情况。某工厂采用了自适应控制算法来解决这个问题。问题：请结合材料，分析自适应控制算法相比传统PID控制算法在应对干扰方面的优势。15.（15分）材料：随着智能控制技术的发展，模糊控制在智能家居系统中得到了广泛应用。例如，在智能空调系统中，根据室内温度、湿度以及人体舒适度等多个因素，通过模糊控制算法来调节空调的运行状态。问题：请设计一个简单的模糊控制规则，用于智能空调系统根据室内温度和湿度调节风速。要求：明确输入变量（室内温度、湿度）的模糊化等级，以及输出变量（风速）的模糊化等级，并制定相应的模糊控制规则。答案：1.B2.A3.C4.A5.C6.D7.A8.C9.A10.C11.比例系数增大，系统响应速度加快，但可能导致超调量增大；积分系数增大有助于消除稳态误差，但可能使系统响应变慢，甚至引起振荡；微分系数增大能改善系统动态性能，抑制超调，加快系统响应速度。12.对传递函数G(s)=(s+2)/(s^2+3s+2)进行因式分解得G(s)=(s+2)/[(s+1)(s+2)]，极点为s=-1和s=-2。系统特征方程为s^2+3s+2=0，根据劳斯判据可知系统稳定。13.状态反馈控制原理是将系统的状态变量反馈到输入端，通过调整反馈增益矩阵来改变系统的动态性能。作用是可以任意配置系统极点，改善系统的稳定性、响应速度等性能。通过合理设计反馈增益矩阵，使系统满足期望的性能指标。14.自适应控制算法相比传统PID控制算法，能根据系统运行状态和干扰情况自动调整控制参数。在面对工业生产中的负载变化、环境温度变化等干扰时，传统PID控制难以实时调整参数，而自适应控制算法可实时适应干扰，保持良好控制效果，提高系统稳定性和控制精度。15.输入变量室内温度的模糊化等级：低温度、适中温度、高温度；湿度的模糊化等级：低湿度、适中湿度、高湿度。输出变量风速的模糊化等级：低速、中速、高速。模糊控制规则：若温度为低温度且湿度为低湿度，则风速为低速；若温度为低温度且湿度为适中湿度，则风速为中速；若温度为低温度且湿度为高湿度，则风速为高速；若温度为适中温度且湿度为低湿度，则风速为中速；若温度为适中温度且湿度为适中