自动化试题及答案

自动化试题及答案1.单选题（每题4分，共40分）1.1某离散系统差分方程为y若输入为单位阶跃序列，则稳态输出为A.1.0  B.1.25  C.1.50  D.2.0答案：B解析：对差分方程两边取Z变换，得Y稳态增益K故阶跃稳态输出1.25。1.2某二阶系统闭环传递函数T其超调量约为A.4.3%  B.16.3%  C.25.4%  D.35.2%答案：B解析：对比标准形式T得=10，ζσ1.3某单位负反馈系统开环传递函数L使闭环系统临界稳定的K值为A.10  B.20  C.30  D.70答案：D解析：列Routh表1令行首元为零，得K=701.4某最小相位系统Bode图在ω=1rad/s处幅值为10dB，斜率为−20dB/dec，则其静态速度误差系数A.1  B.3.16  C.10  D.31.6答案：B解析：斜率−20dB/dec对应积分环节，幅值10dB即3.16倍，故=3.161.5某数字控制器采样周期T=D则其等效连续域比例增益近似为A.0.5  B.1.0  C.2.0  D.5.0答案：C解析：采用Tustin变换反推，令z=，代入并取sK再除以T得近似连续增益2.0。1.6某三相逆变器采用SPWM调制，直流母线电压600V，调制比0.9，则基波线电压幅值为A.467V  B.540V  C.600V  D.660V答案：A解析：基波相电压幅值=线电压幅值·1.7某直流电机电枢电阻=0.5

ΩA.任意正值  B.与负载无关  C.与电机常数成正比  D.必须大于机械时间常数答案：A解析：PI控制器积分作用可消除阶跃型负载扰动带来的稳态误差，只要积分增益非零即可，与具体参数无关。1.8某过程对象传递函数(采用Smith预估补偿时，预估器模型应为A.  B.  C.  D.答案：A解析：Smith预估器需精确复制对象延迟与动态，故选A。1.9某状态空间系统x其能控性矩阵秩为A.0  B.1  C.2  D.3答案：C解析：能控性矩阵𝒞行列式非零，秩为2。1.10某模糊控制器采用三角形隶属函数，输入论域[−3,3]，划分为NB、NS、ZE、PS、PB五档，则相邻隶属函数重叠率约为A.0%  B.25%  C.50%  D.75%答案：C解析：三角形均匀分布，顶点间距1.5，底宽3，重叠宽度1.5，重叠率50%。2.多选题（每题5分，共30分；多选少选均不得分）2.1关于PID控制器参数整定，下列说法正确的有A.Ziegler–Nichols阶跃响应法需获取对象延迟与时间常数B.Cohen–Coon法适用于带延迟的一阶惯性对象C.Lambda整定以闭环时间常数为性能指标D.临界比例度法需使系统处于等幅振荡E.IMC整定对模型误差鲁棒性优于Z–N法答案：ABCDE解析：五项均为经典方法的基本特征，均正确。2.2下列关于非线性系统描述函数法的前提条件包括A.系统可分离为线性部分与单值非线性环节B.非线性环节输入为正弦信号C.线性部分具有低通滤波特性D.非线性环节输出不含次谐波E.系统必须闭环答案：ABC解析：描述函数法要求非线性环节输入正弦、输出基波近似、线性部分低通，D、E非必须。2.3某DSP实现IIR滤波器时，下列措施可提高数值稳定性的有A.采用二阶节级联结构B.使用直接I型而非直接II型C.对系数进行量化前缩放D.采用状态空间均衡实现E.提高采样频率答案：ACD解析：级联与均衡实现可降低系数灵敏度，缩放减少溢出，B、E与稳定性关系不大。2.4关于模型预测控制（MPC）的特点，正确的有A.可显式处理输入输出约束B.需在线求解优化问题C.适用于非最小相位系统D.对模型精度要求低于PIDE.滚动优化带来反馈特性答案：ABCE解析：MPC依赖模型，D错误。2.5下列关于卡尔曼滤波器的叙述，正确的有A.适用于线性高斯系统B.估计误差协方差矩阵对称正定C.增益矩阵随时间收敛到稳态值D.可推广至非线性系统形成EKFE.需已知过程噪声与测量噪声协方差答案：ABCDE解析：五项均为标准结论。2.6某工业以太网采用IEEE1588精确时钟同步协议，其关键技术包括A.主从时钟层级选举B.硬件时间戳标记C.延迟请求–响应机制D.边界时钟补偿E.采用CSMA/CD冲突检测答案：ABCD解析：1588基于交换机，无CSMA/CD，E错误。3.填空题（每空3分，共30分）3.1某闭环系统特征方程为+使系统稳定的K值范围是________。答案：0解析：Routh表第三行系数>0，第四行K>03.2某位置伺服电机采用增量式光电编码器，线数2500，四倍频后，电机轴每转脉冲数为________。答案：10000解析：2500×4=10000。3.3某温度对象采用一阶惯性加纯延迟模型，阶跃响应实验得延迟τ=30s，时间常数T=答案：99解析：=3.33.4某离散系统脉冲传递函数H其直流增益为________dB。答案：6.02解析：H(1)3.5某三相异步电机额定频率50Hz，极对数2，额定转差率0.03，则额定转速为________r/min。答案：1455解析：同步转速==1500r/min，3.6某电路传递函数G其品质因数Q为________。答案：1解析：=100，2ζ=3.7某FIR滤波器阶数为32，采样频率1kHz，采用窗函数法设计，窗型为汉宁窗，则过渡带宽度约为________Hz。答案：93.75解析：汉宁窗过渡带Δf3.8某状态观测器极点配置为−10,−15，则其特征多项式为________。答案：(3.9某PLC程序中，定时器预设值PT=500，时基10ms，则定时时长为________s。答案：5解析：500×10ms=5s。3.10某工控机采用RS-485通信，波特率115200bps，数据位8，停止位1，无校验，则每字节传输耗时约________μs。答案：86.8解析：10bit/115200≈86.8μs。4.计算题（共50分）4.1（15分）某单位负反馈系统开环传递函数L（1）绘制根轨迹，并计算分离点坐标；（2）求使闭环阻尼比ζ=（3）计算此时系统单位阶跃响应的超调量与调节时间（2%准则）。答案与解析：（1）极点：0,−4,−10；无有限零点。渐近线交点=≈+解得=−1.57（有效），（2）等ζ=0.5线即与负实轴夹角θ=+解得σ=1.35，（3）ζ=0.5⇒=4.2（10分）某离散系统状态方程x设计状态反馈u[k]答案：期望特征多项式(设K=A特征多项式−对比得=0，=0.5，故4.3（10分）某三相电压源型逆变器直流母线电压600V，采用SVPWM调制，输出线电压基波幅值要求为500V，计算：（1）所需调制比；（2）此时最大线性调制区对应的线电压幅值；（3）若过调制区仍要求500V，是否可行？说明理由。答案：（1）线电压幅值=500（2）线性区最大调制比M=1，对应线电压幅值（3）可行，过调制区M>4.4（15分）某温度过程对象传递函数(采用Smith预估补偿加PI控制器，PI参数=1.2，=（1）闭环传递函数；（2）估算5%误差带调节时间；（3）若实际延迟变为35s，求此时最大灵敏度（提示：采用频域法，近似计算增益裕度）。答案：（1）Smith结构下闭环T代入得T（2）无延迟时等效二阶ζ≈0.6，≈（3）延迟误差5s，在临界频率≈0.15rad/s处，相位误差Δϕ=5.综合设计题（共50分）5.1（25分）某无人搬运车（AGV）采用双轮差速驱动，需设计一条平滑路径使车辆从起点(0,0)无碰撞到达目标（1）采用三次Bézier曲线生成路径，给出控制点选取原则；（2）验证路径曲率连续且最大曲率不超过0.8m⁻¹；（3）若车速恒为1m/s，计算沿路径行驶所需最短时间；（4）给出基于Lyapunov的轨迹跟踪控制律，证明闭环误差一致最终有界。答案：（1）设Bézier控制点=(0,0)，=（2）曲率公式κ数值计算得≈0.72（3）路径长度L=（4）设跟踪误差e={取Lyapunov函数V=V由Barbalat引理，误差收敛到零，证毕。5.2（25分）某风力发电机组额定功率2MW，采用双PWM背靠背变流器，直流母线电压1200V，网侧滤波电感0.5mH，等效电阻1mΩ。电网线电压690V，频率50Hz。要求：（1）建立网侧变流器在dq旋转坐标下的平均模型；（2）设计电网电压定向矢量控制（VOC），给出电流环PI参数整定步骤，要求电流环带宽100Hz，相角裕度60°；（3）若电网电压跌落至50%，讨论直流母线电压波动范围，并给出母线电容最小取值，使跌落期间电压波动不超过10%；（4）提出一种改进控制策略，实现低电压穿越（LVRT）并满足