2025年大学一年级（工业机器人技术）工业控制基础测试题及答案

2025年大学一年级（工业机器人技术）工业控制基础测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共40分）答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共20题，每题2分)1.工业控制中，反馈控制系统的核心是（）A.控制器B.传感器C.执行器D.被控对象2.以下哪种控制算法常用于工业机器人的位置控制（）A.PID控制B.模糊控制C.神经网络控制D.遗传算法3.在工业控制中，采样周期的选择主要取决于（）A.控制器的性能B.被控对象的特性C.传感器的精度D.执行器的响应速度4.工业机器人的运动控制中，关节空间控制是基于（）A.笛卡尔坐标系B.柱坐标系C.球坐标系D.关节坐标系5.对于线性定常系统，其传递函数的分母多项式的根称为（）A.零点B.极点C.增益D.带宽6.工业控制中，数字PID控制器的积分作用主要用于（）A.消除系统的稳态误差B.加快系统的响应速度C.提高系统的稳定性D.抑制系统的干扰7.以下哪种传感器常用于工业机器人的力觉感知（）A.光电传感器B.压电传感器C.温度传感器D.超声波传感器8.在工业控制中，开环控制系统的特点是（）A.没有反馈B.控制精度高C.稳定性好D.抗干扰能力强9.工业机器人的轨迹规划主要是确定机器人（）的运动轨迹。A.末端执行器B.关节C.机身D.底座10.对于二阶系统，当阻尼比为（）时，系统的响应速度最快且无超调。A.0B.0.5C.1D.无穷大11.工业控制中，PLC的编程语言不包括（）A.梯形图B.指令表C.流程图D.C语言12.以下哪种控制策略适用于具有强非线性和不确定性的工业过程（）A.传统PID控制B.自适应控制C.鲁棒控制D.智能控制13.工业机器人的视觉系统主要用于（）A.位置检测B.物体识别C.力觉感知D.温度检测14.在工业控制中，比例环节的输出与输入（）A.成正比B.成反比C.平方关系D.对数关系15.工业控制中，系统的稳定性可以通过（）来判断。A.传递函数B.频率特性C.阶跃响应D.以上都是16.以下哪种电机常用于工业机器人的关节驱动（）A.直流电机B.交流电机C.步进电机D.伺服电机17.工业控制中，模糊控制器的核心是（）A.模糊化接口B.知识库C.模糊推理机D.解模糊接口18.工业机器人的运动学正问题是已知（）求末端执行器的位姿。A.关节角度B.末端位姿C.速度D.加速度19.在工业控制中，PI控制器的传递函数为（）A.Kp+Ki/sB.Kp+KisC.Kps+KiD.Kp/(1+Kis)20.工业控制中，系统的稳态误差与（）有关。A.系统的型别B.开环增益C.输入信号D.以上都是第II卷（非选择题共60分）答题要求：请根据题目要求，在相应位置作答。填空题(总共10题，每题2分)1.工业控制中，常用的传感器有______、______、______（写出三种）。2.数字PID控制器的参数整定方法有______、______、______（写出三种）。3.工业机器人的运动学逆问题是已知______求______。4.工业控制中，系统的性能指标主要有______、______、______（写出三种）。5.模糊控制的基本思想是把人类专家对特定的______的控制策略总结成一系列以______形式表示的控制规则。6.工业机器人的动力学方程描述了机器人各关节的______与______之间的关系。7.在工业控制中，常用的控制算法除了PID控制外，还有______、______、______（写出三种）。8.工业控制中，系统的稳定性是指系统在______作用下，能够______地恢复到平衡状态的能力。9.工业机器人的编程方式主要有______、______、______（写出三种）。10.工业控制中，传感器的静态特性包括______、______、______（写出三种）。简答题(总共4题，每题5分)1.简述工业控制中开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。2.说明数字PID控制器中比例、积分、微分作用的物理意义。3.工业机器人的运动控制包括哪些方面？4.简述模糊控制的工作原理。分析题(总共2题，每题10分)1.已知某工业控制系统的传递函数为G(s)=10/(s^2+2s+10)，分析该系统的稳定性、稳态误差和动态性能。2.对于一个工业机器人的位置控制系统，采用PID控制算法。当系统受到阶跃输入时，出现了较大的超调量，试分析可能的原因及改进措施。设计题(总共1题，每题2分)1.设计一个简单的工业机器人位置控制系统，要求采用PID控制算法，画出系统的结构框图，并说明各部分的作用。答案：1.A2.A3.B4.D5.B6.A7.B8.A9.A10.C11.D12.D13.B14.A15.D16.D17.C18.A19.A20.D填空题答案：1.光电传感器、压电传感器、温度传感器2.临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法3.末端执行器的位姿、关节角度4.稳定性、稳态误差、动态性能5.过程、模糊条件语句6.驱动力（矩）、关节位移（速度、加速度）7.模糊控制、神经网络控制、遗传算法8.扰动、自动9.示教编程、离线编程、语言编程10.线性度、灵敏度、迟滞简答题答案：1.开环控制系统优点：结构简单、成本低、易于实现；缺点：控制精度低、抗干扰能力差。闭环控制系统优点：控制精度高、抗干扰能力强；缺点：结构复杂、成本高、调试困难。2.比例作用：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。积分作用：主要用于消除系统的稳态误差，提高系统的无差度。微分作用：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。3.工业机器人的运动控制包括点位控制、连续轨迹控制、关节空间控制、笛卡尔空间控制等方面。点位控制主要用于使机器人快速准确地到达目标点；连续轨迹控制用于使机器人沿预定轨迹运动；关节空间控制基于关节坐标系对机器人关节进行控制；笛卡尔空间控制基于笛卡尔坐标系对机器人末端执行器进行控制。4.模糊控制的工作原理：首先将输入的精确量进行模糊化处理，转化为模糊量；然后根据模糊控制规则进行模糊推理，得到模糊控制量；最后将模糊控制量进行解模糊化处理，得到精确的控制量，用于控制被控对象。分析题答案：1.系统传递函数G(s)=10/(s^2+2s+10)，其特征方程为s^2+2s+10=0。计算特征根：s=-1±3j，实部为负，系统稳定。系统为二阶系统，wn=√10，ζ=2/(2√10)=0.316。稳态误差：对于单位阶跃输入，ess=0。动态性能：上升时间tr、峰值时间tp、超调量σ%等可根据二阶系统公式计算。上升时间tr=π/(wn√(1-ζ^2))，峰值时间tp=π/(wn√(1-ζ^2))，超调量σ%=e^(-ζπ/√(1-ζ^2))×100%。2.出现较大超调量的可能原因：比例系数Kp过大、积分时间常数Ti过小、微分时间常数Td不合适等。改进措施：适当减小比例系数Kp，增大积分时间常数Ti（以消除稳态误差为前提），调整微分时间常数Td（根据系统特性和响应要求），也可考虑加入合适的抗积分饱和措施等。设计题答案：系统结构框图