2025年自动化控制电子系统仿真测试试题及答案

2025年自动化控制电子系统仿真测试试题及答案考试时长：120分钟满分：100分考核对象：自动化、电子信息类相关专业学生及行业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.在MATLAB/Simulink中，连续系统仿真时，默认步长由系统自动调整以保证仿真精度。2.PID控制器中，比例环节（P）主要作用是减小系统稳态误差。3.仿真模型中，使用“示波器”模块可以直接观察信号的频谱特性。4.在电子系统仿真中，蒙特卡洛法常用于分析随机参数对系统性能的影响。5.Simulink中，子系统若需传递维度不同的信号，必须设置“数据依赖”接口。6.控制系统稳定性分析中，劳斯判据适用于所有线性时不变系统。7.仿真测试中，若系统响应超调量过大，可通过增加积分环节（I）来改善。8.在数字控制系统中，Z变换是分析离散系统传递函数的主要工具。9.仿真模型中，使用“状态空间”模块可直接实现MIMO系统的建模。10.电子系统仿真时，若仿真结果与理论值偏差较大，应优先检查模型参数设置。二、单选题（每题2分，共20分）1.下列哪种仿真方法适用于分析非线性系统的动态特性？A.静态仿真B.动态仿真C.预测仿真D.随机仿真2.在PID控制中，若系统响应过慢，应优先调整哪个参数？A.比例系数（Kp）B.积分系数（Ki）C.微分系数（Kd）D.前馈系数3.Simulink中，哪个模块用于实现信号的低通滤波？A.Butterworth滤波器B.Chebyshev滤波器C.FIR滤波器D.Butterworth滤波器4.电子系统仿真中，蒙特卡洛法主要用于解决哪种问题？A.系统稳定性B.参数不确定性C.频谱分析D.控制策略优化5.在控制系统设计中，根轨迹法主要用于分析哪个参数对系统的影响？A.频率响应B.稳定性C.预测误差D.阶跃响应6.仿真模型中，哪个模块用于实现信号的同步采样？A.Zero-OrderHoldB.First-OrderHoldC.Sinc滤波器D.DiscreteTransferFcn7.在数字控制系统中，Z变换的主要作用是？A.分析连续信号B.分析离散信号C.优化模拟电路D.模拟数字转换8.电子系统仿真中，哪个模块用于实现信号的幅度调制？A.AM调制器B.FM调制器C.PWM调制器D.ASK调制器9.在Simulink中，哪个模块用于实现系统的状态观测？A.StateObserverB.KalmanFilterC.PIDControllerD.TransferFcn10.仿真测试中，若系统响应出现振荡，应优先检查哪个环节？A.模型参数B.仿真步长C.控制策略D.硬件接口三、多选题（每题2分，共20分）1.在电子系统仿真中，以下哪些模块属于Simulink常用模块？A.ScopeB.MuxC.SumD.FFTE.Filter2.PID控制器的参数整定方法包括？A.Ziegler-Nichols法B.试凑法C.根轨迹法D.频域法E.随机法3.仿真模型中，以下哪些模块可用于实现信号处理？A.FIR滤波器B.Butterworth滤波器C.State-SpaceD.Zero-OrderHoldE.DiscreteTransferFcn4.在控制系统设计中，以下哪些方法可用于分析系统稳定性？A.劳斯判据B.Nyquist判据C.Bode图D.根轨迹法E.频域分析法5.电子系统仿真中，以下哪些因素会导致仿真结果偏差？A.模型参数设置错误B.仿真步长过大C.硬件接口延迟D.随机噪声干扰E.控制策略不匹配6.在Simulink中，以下哪些模块可用于实现系统的状态反馈？A.StateFeedbackB.PIDControllerC.StateObserverD.DiscreteState-SpaceE.Mux7.仿真测试中，以下哪些指标用于评估系统性能？A.上升时间B.超调量C.稳态误差D.频率响应E.系统稳定性8.在数字控制系统中，以下哪些方法可用于实现信号采样？A.Zero-OrderHoldB.First-OrderHoldC.Sinc滤波器D.DiscreteTransferFcnE.Analog-to-DigitalConverter9.电子系统仿真中，以下哪些模块属于通信系统常用模块？A.AM调制器B.FM调制器C.PWM调制器D.ASK调制器E.OFDM调制器10.在Simulink中，以下哪些模块可用于实现系统的建模？A.TransferFcnB.State-SpaceC.MuxD.ScopeE.Zero-OrderHold四、案例分析（每题6分，共18分）案例1：某控制系统采用PID控制器，传递函数为G(s)=1/(s²+2s+1)，现需通过Simulink仿真分析系统在单位阶跃输入下的响应，并调整PID参数使系统超调量≤10%，上升时间≤1秒。请简述仿真步骤及参数整定方法。案例2：某电子系统仿真模型包含一个低通滤波器，滤波器参数为截止频率1kHz，采样频率10kHz。仿真过程中发现输出信号存在混叠现象，请分析原因并提出解决方案。案例3：某控制系统采用状态空间模型，状态方程为ẋ=Ax+Bu，输出方程为y=Cx+Du。现需通过Simulink实现系统的状态观测，并分析观测器的稳定性。请简述仿真步骤及稳定性判断方法。五、论述题（每题11分，共22分）论述1：论述PID控制器的优缺点，并说明在哪些场景下PID控制器可能失效，以及如何改进。论述2：论述电子系统仿真中蒙特卡洛法的应用原理，并举例说明其在参数不确定性分析中的作用。---标准答案及解析一、判断题1.√2.√3.×（示波器观察时域信号，频谱需用FFT模块）4.√5.×（可设置数据类型匹配）6.×（不适用于时变系统）7.×（增加微分环节D）8.√9.√10.√二、单选题1.B2.A3.A4.B5.B6.A7.B8.A9.A10.B三、多选题1.A,B,C,E2.A,B,C3.A,B,E4.A,B,C,D5.A,B,D6.A,C,D7.A,B,C8.A,B,D9.A,B,E10.A,B,C四、案例分析案例1：仿真步骤：1.在Simulink中搭建系统模型，包括G(s)模块和PID控制器模块。2.设置单位阶跃输入信号，并添加Scope模块观察输出响应。3.初始PID参数设为Kp=1,Ki=1,Kd=0，运行仿真并记录响应指标。4.根据Ziegler-Nichols法，逐步调整Kp、Ki、Kd参数，使超调量≤10%，上升时间≤1秒。参数整定方法：-先增大Kp至临界振荡点（Ku），记录临界增益和振荡周期（Tp）。-按公式Kp=0.6Ku，Ti=0.5Tp，Td=0.125Tp计算PID参数。-微调参数以满足性能要求。案例2：原因分析：-采样频率低于信号最高频率的2倍（奈奎斯特定理），导致频谱混叠。解决方案：1.提高采样频率至≥2kHz（如10kHz已足够）。2.若无法提高采样率，可使用抗混叠滤波器（如FIR滤波器）预处理信号。案例3：仿真步骤：1.在Simulink中搭建状态空间模型，包括State-Space模块和观测器模块。2.设置观测器参数，使观测器传递函数的极点位于原点左侧。3.添加Scope模块观察观测器输出与实际状态信号的误差。稳定性判断：-观测器极点实部必须为负，系统才能稳定。-可通过LQR（线性二次调节器）模块进一步优化观测器性能。五、论述题论述1：优点：-结构简单，易于实现；-参数整定方法成熟，适用于多种系统；-对模型精度要求不高。缺点：-难以处理强耦合系统；-对非线性系统适应性差；-参数整定过程可能需要反复试验。失效场景：-非线性系统；-时变系统；-多变量强耦合系统。