船舶控制理论与应用评估试卷及答案

船舶控制理论与应用评估试卷及答案考试时长：120分钟满分：100分试卷名称：船舶控制理论与应用评估试卷考核对象：船舶工程、海洋工程及相关专业中等级别学习者或从业者题型分值分布：-判断题（10题，每题2分）总分20分-单选题（10题，每题2分）总分20分-多选题（10题，每题2分）总分20分-案例分析（3题，每题6分）总分18分-论述题（2题，每题11分）总分22分总分：100分---一、判断题（每题2分，共20分）1.船舶自动舵的PID控制算法中，比例环节主要作用是减小超调量。2.船舶横摇角的稳定性主要由船舶的初稳性高（GM）决定。3.船舶自动驾驶仪的罗经系统通常采用磁罗经作为主传感器。4.船舶的航向稳定性增益越大，航向控制越容易实现。5.船舶推进系统的效率与螺旋桨的螺距比无关。6.船舶横摇阻尼系数越大，船舶的横摇响应越快。7.船舶自动驾驶仪的航向控制回路通常采用二阶系统模型。8.船舶的操纵性指数（K）越小，船舶的回转性能越好。9.船舶的横摇频率与船舶的船长成正比。10.船舶的自动舵系统在强风浪条件下会自动降低控制增益以避免超调。二、单选题（每题2分，共20分）1.下列哪种传感器常用于船舶姿态控制系统的横摇角测量？A.磁罗经B.液压陀螺仪C.气压计D.温度传感器2.船舶自动驾驶仪的航向控制中，以下哪种控制策略最常用于抑制超调？A.比例控制B.积分控制C.比例-积分控制D.比例-积分-微分控制3.船舶的横摇阻尼主要来源于？A.船体结构振动B.水动力阻力C.螺旋桨推力D.空气阻力4.船舶的操纵性指数（K）通常与以下哪个参数相关？A.船舶宽度B.船舶排水量C.船舶回转半径D.船舶横摇频率5.船舶自动舵系统的鲁棒性主要取决于？A.控制算法的复杂度B.传感器精度C.控制增益大小D.船舶稳性高6.船舶推进系统的效率最高时，螺旋桨的螺距比通常接近？A.0.5B.1.0C.1.5D.2.07.船舶的横摇频率（ω_r）与以下哪个参数无关？A.船舶船长（L）B.船舶宽度（B）C.船舶排水量（D）D.船舶吃水（T）8.船舶自动驾驶仪的航向控制中，以下哪种算法最适用于非线性系统？A.PID控制B.LQR控制C.神经网络控制D.MPC控制9.船舶的操纵性指数（K）越小，以下哪个性能越优？A.船舶加速性B.船舶回转性C.船舶摇摆性D.船舶稳性10.船舶的横摇阻尼系数通常与以下哪个参数成正比？A.船舶速度B.船舶宽度C.船舶吃水D.船舶排水量三、多选题（每题2分，共20分）1.船舶自动驾驶仪的常见传感器包括？A.磁罗经B.液压陀螺仪C.压力传感器D.涡流传感器E.温度传感器2.船舶的操纵性指数（K）与以下哪些参数相关？A.船舶回转半径B.船舶宽度C.船舶排水量D.船舶舵面积E.船舶推进器类型3.船舶的横摇阻尼主要来源于？A.水动力阻力B.船体结构振动C.螺旋桨推力D.空气阻力E.船舶摇摆惯性4.船舶自动舵系统的鲁棒性主要取决于？A.控制算法的复杂度B.传感器精度C.控制增益大小D.船舶稳性高E.船舶操纵性指数5.船舶推进系统的效率最高时，螺旋桨的螺距比通常接近？A.0.5B.1.0C.1.5D.2.0E.3.06.船舶的横摇频率（ω_r）与以下哪些参数相关？A.船舶船长（L）B.船舶宽度（B）C.船舶排水量（D）D.船舶吃水（T）E.船舶横摇阻尼系数7.船舶自动驾驶仪的航向控制中，以下哪些算法常用于非线性系统？A.PID控制B.LQR控制C.神经网络控制D.MPC控制E.PID-LQR混合控制8.船舶的操纵性指数（K）越小，以下哪些性能越优？A.船舶加速性B.船舶回转性C.船舶摇摆性D.船舶稳性E.船舶操纵灵活性9.船舶的横摇阻尼系数通常与以下哪些参数成正比？A.船舶速度B.船舶宽度C.船舶吃水D.船舶排水量E.船舶横摇频率10.船舶的自动舵系统在强风浪条件下会采取哪些措施？A.降低控制增益B.增加控制频率C.启用冗余传感器D.关闭自动驾驶功能E.提高舵机响应速度四、案例分析（每题6分，共18分）案例1：某大型油轮的自动驾驶仪在航行过程中出现航向控制不稳定，具体表现为：在平静水域中航向控制正常，但在风浪条件下航向偏差较大，且舵机频繁超调。请分析可能的原因并提出改进措施。案例2：某散货船在航行过程中遭遇横风，导致船舶横摇角度迅速增大，自动驾驶仪未能有效抑制横摇。请分析可能的原因并提出改进措施。案例3：某渡轮的推进系统效率较低，导致船舶加速性能差。请分析可能的原因并提出改进措施。五、论述题（每题11分，共22分）论述题1：论述船舶自动驾驶仪的鲁棒性设计方法及其在实际应用中的重要性。论述题2：论述船舶横摇控制系统的设计要点及其对船舶航行安全的影响。---标准答案及解析一、判断题1.×（比例环节主要作用是快速响应，积分环节减小超调）2.√3.×（通常采用陀螺罗经）4.√5.×（螺旋桨效率与螺距比密切相关）6.×（阻尼系数越大，响应越慢）7.√8.√9.×（横摇频率与船长成反比）10.√二、单选题1.B2.D3.B4.C5.B6.B7.A8.C9.B10.D三、多选题1.A,B2.A,B,C,D3.A,D,E4.B,C,D5.B6.A,B,C,D,E7.B,C,D8.B,E9.B,C,D,E10.A,C四、案例分析案例1：可能原因：1.风浪条件下水动力变化导致船舶操纵性下降；2.自动驾驶仪控制增益未根据风浪条件调整；3.传感器精度不足或存在噪声干扰。改进措施：1.优化控制算法，增加自适应增益调整；2.提高传感器精度，减少噪声干扰；3.增加冗余控制策略，如风浪补偿控制。案例2：可能原因：1.横风导致船舶横摇力矩增大；2.横摇阻尼不足；3.自动驾驶仪横摇控制回路增益过低。改进措施：1.增加横摇阻尼装置，如减摇鳍；2.优化横摇控制算法，提高控制增益；3.增加横摇传感器精度，实时调整控制策略。案例3：可能原因：1.螺旋桨螺距比不合理；2.推进器效率低下；3.船舶排水量过大。改进措施：1.优化螺旋桨设计，调整螺距比；2.增加推进器效率，如采用高效螺旋桨；3.减轻船舶自重，降低排水量。五、论述题论述题1：鲁棒性设计方法：1.抗干扰控制：采用滤波器或自适应控制算法，减少外部干扰；2.参数不确定性补偿：设计鲁棒控制器，如H∞控制，应对参数变化；3.冗余设计：增加传感器或执行器冗余，提高系统可靠性；4.模糊控制：利用模糊逻辑处理非线性系统不确定性。重要性：1.提高系统稳定性，避免超调或振荡；2.增强系统适应性，应对复杂工况；3.降低维护成本，延长系统寿命。论述题2：设计