航空航天控制系统工程能力考核试题及答案

航空航天控制系统工程能力考核试题及答案考试时长：120分钟满分：100分考核对象：航空航天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.航空航天控制系统中的反馈控制主要依赖前馈控制来消除系统干扰。2.涡轮风扇发动机的推力控制属于开环控制系统。3.飞行控制律（FCL）的设计需要考虑系统的鲁棒性和快速响应性。4.自动驾驶仪的PID控制器参数整定通常采用试凑法。5.航空器姿态控制系统中的传感器主要采用陀螺仪和加速度计。6.火箭发动机的推力矢量控制（TVC）属于非线性控制系统范畴。7.飞行管理系统（FMS）的核心功能是导航和通信。8.航空电子系统（Avionics）的冗余设计主要解决硬件故障问题。9.飞行控制增稳系统（FCSS）的带宽通常低于指令信号带宽。10.航空航天控制系统中的数字信号处理（DSP）主要用于信号滤波。二、单选题（每题2分，共20分）1.以下哪种控制方法最适合用于处理线性定常系统？A.模糊控制B.预测控制C.PID控制D.神经网络控制2.航空器纵向短周期运动的主要控制对象是？A.俯仰角速度B.横滚角C.垂直速度D.航迹偏差3.发动机推力控制中，哪项参数对响应速度影响最大？A.燃油流量B.压缩比C.涡轮转速D.排气温度4.航空电子系统中的“冷冗余”技术主要解决什么问题？A.电磁干扰B.硬件故障隔离C.信号延迟D.功耗过大5.飞行控制律中，哪项属于“软反作用”控制策略？A.直接力矩控制B.传统副翼控制C.主动控制增稳D.滑模控制6.火箭姿态控制系统中的“零动态”设计主要考虑？A.推力不平衡B.惯性耦合C.传感器噪声D.控制律简化7.航空器自动驾驶仪中的“指令滤波”技术主要解决？A.飞行员输入抖动B.导航信号误差C.控制律非线性D.系统带宽不足8.航空电子系统中的“时间触发”架构主要适用于？A.间歇性任务B.实时控制任务C.数据传输任务D.仿真分析任务9.飞行控制增稳系统（FCSS）中，哪项参数直接影响系统阻尼？A.增益系数B.滤波器截止频率C.预估模型精度D.传感器标定误差10.航空航天控制系统中的“故障检测与隔离”（FDIR）技术主要依赖？A.人工经验B.逻辑判断C.传感器冗余D.控制律自适应三、多选题（每题2分，共20分）1.航空器姿态控制系统中的传感器主要有哪些类型？A.陀螺仪B.加速度计C.气压计D.磁力计E.惯性测量单元（IMU）2.飞行控制律设计中，需要考虑哪些性能指标？A.响应时间B.超调量C.稳态误差D.鲁棒性E.控制能量消耗3.航空电子系统中的冗余设计主要有哪些方式？A.冷冗余B.热冗余C.暖冗余D.时间冗余E.空间冗余4.发动机推力控制中，哪些参数会影响控制精度？A.燃油计量精度B.压缩机效率C.涡轮温度反馈D.燃烧室压力波动E.气动参数测量误差5.飞行管理系统（FMS）的主要功能包括哪些？A.航线规划B.导航控制C.飞行状态监控D.推力管理E.通信协调6.航空电子系统中的“时间触发”架构相比“事件触发”架构有哪些优势？A.更高的实时性B.更低的功耗C.更强的任务确定性D.更简单的资源分配E.更高的系统容错性7.飞行控制增稳系统（FCSS）中，哪些因素会导致系统不稳定？A.控制律参数整定不当B.传感器噪声过大C.系统模型误差D.飞行器气动参数变化E.控制律非线性补偿不足8.航空航天控制系统中的“故障检测与隔离”（FDIR）技术主要依赖哪些方法？A.逻辑诊断B.统计分析C.信号处理D.模型预测E.人工干预9.航空器自动驾驶仪中的“指令滤波”技术主要解决哪些问题？A.飞行员输入抖动B.导航信号误差累积C.控制律响应延迟D.系统带宽不足E.传感器标定误差10.航空电子系统中的“冷冗余”技术相比“热冗余”技术有哪些特点？A.更高的可靠性B.更低的成本C.更快的故障切换时间D.更复杂的系统架构E.更高的功耗四、案例分析（每题6分，共18分）案例1：某型号喷气式飞机的飞行控制增稳系统（FCSS）采用传统PID控制律，其纵向短周期运动传递函数为：\[G(s)=\frac{1}{(s+0.1)(s^2+0.2s+1)}\]控制律为：\[C(s)=K_p+\frac{K_d}{s}+\frac{K_i}{s^2}\]系统设计要求：超调量≤5%，上升时间≤2秒，阻尼比ζ=0.7。问题：（1）计算PID控制律的参数整定值。（2）若传感器噪声导致系统输出存在高频干扰，应如何改进控制律？案例2：某型号运载火箭的推力矢量控制（TVC）系统采用四余度电液作动器，其控制律为：\[u=K_pe+K_d\dot{e}+K_i\inte\,dt\]其中，误差信号\(e\)为期望推力矢量与实际推力矢量之差。系统设计要求：在推力矢量偏差为1°时，响应时间≤0.5秒，稳态误差≤0.1°。问题：（1）若作动器存在死区特性，应如何改进控制律？（2）若系统存在非线性气动干扰，应如何设计控制律以提高鲁棒性？案例3：某型号无人机搭载的飞行管理系统（FMS）需要实现自主导航与控制，其核心控制律为：\[\ddot{x}=f(x,u)\]其中，\(x\)为飞行状态向量，\(u\)为控制输入向量。系统设计要求：在风速变化时，航迹偏差≤0.5米/秒，姿态偏差≤1°。问题：（1）若系统存在传感器标定误差，应如何设计补偿策略？（2）若系统需要处理多任务并发执行，应如何优化控制律的实时性？五、论述题（每题11分，共22分）论述题1：论述航空航天控制系统中的“故障检测与隔离”（FDIR）技术的基本原理、主要方法及其在飞行安全中的作用。论述题2：比较传统PID控制律与自适应控制律在航空航天控制系统中的应用差异，并分析自适应控制律的优势与挑战。---标准答案及解析一、判断题1.×（反馈控制主要依赖反馈回路，前馈控制用于补偿干扰）2.×（推力控制依赖闭环反馈）3.√4.√5.√6.√7.×（核心功能是飞行控制与导航）8.√9.√10.×（DSP还用于信号压缩、特征提取等）二、单选题1.C2.A3.A4.B5.C6.B7.A8.B9.A10.C三、多选题1.A,B,E2.A,B,C,D,E3.A,B,C,D,E4.A,B,C,D,E5.A,B,C,D6.A,C,D7.A,B,C,D,E8.A,B,C,D9.A,B,C,D10.A,B,D四、案例分析案例1：（1）参数整定值：根据阻尼比ζ=0.7，系统自然频率ω_n=1rad/s，计算得到：\[K_p=1.5,K_d=0.7,K_i=1.4\]（2）改进方法：引入低通滤波器抑制高频干扰，或采用自适应控制律动态调整参数。案例2：（1）改进方法：引入死区补偿环节，如：\[u=K_p(e-\Delta)+K_d\dot{e}+K_i\inte\,dt\]其中，Δ为死区宽度。（2）改进方法：采用滑模控制或模糊控制，提高系统对非线性的鲁棒性。案例3：（1）补偿策略：采用卡尔曼滤波器进行状态估计，补偿传感器误差。（2）优化方法：采用优先级调度算法，确保关键任务优先执行。五、论述题论述题1：FDIR技术