2026年国家电网自动控制类考试题及答案

2026年国家电网自动控制类考试题及答案一、单项选择题（共20题，每题1分，计20分。每题的备选项中，只有1个最符合题意）1.国网省级电网自动电压控制（AVC）系统分为开环和闭环两种运行模式，下列关于两类模式的核心差异表述正确的是（）A.开环模式控制精度更高B.闭环模式不需要采集电网运行数据C.闭环模式包含被控量反馈环节，可自动修正控制偏差D.开环模式抗扰动能力更强2.二阶欠阻尼控制系统的超调量仅由下列哪个参数决定（）A.开环增益KB.阻尼比ζC.自然振荡频率ωₙD.系统型别v3.单位负反馈一型控制系统，开环增益为K，对单位斜坡输入r(t)=t的稳态误差为（）A.0B.1/KC.KD.∞4.已知单位负反馈系统的特征方程为D(s)=s⁴+3s³+3s²+Ks+1=0，若要求系统闭环稳定，则K的取值范围为（）A.0<K<3B.0<K<8/3C.K>8/3D.K>05.根轨迹法是分析线性定常系统的常用方法，根轨迹的起始点为（）A.开环零点B.开环极点C.闭环零点D.闭环极点6.频域分析中相角裕度的定义为：在开环幅频特性的截止频率ω_c处，开环相频特性与下列哪个值的差值（）A.0°B.90°C.-180°D.180°7.已知单位负反馈系统开环传递函数在右半s平面存在2个极点，其Nyquist曲线顺时针包围(-1,j0)点1圈，则闭环系统右半s平面的极点个数为（）A.0B.1C.3D.48.超前校正是控制系统校正的常用方式，下列不属于超前校正作用的是（）A.提高系统相角裕度B.增大系统带宽C.加快系统动态响应速度D.显著提高系统稳态精度9.离散控制系统Z变换终值定理的适用条件为（）A.系统所有极点均位于z平面左半平面B.系统所有极点均位于z平面单位圆内C.系统所有极点均位于z平面虚轴上D.系统所有极点均位于z平面单位圆外10.线性定常系统状态空间表达式的维数由下列哪个因素决定（）A.输入变量个数B.输出变量个数C.状态变量个数D.扰动变量个数11.已知线性定常系统的状态矩阵为对角阵，且各特征值互异，输入矩阵中存在全零行，则下列关于系统能控性的表述正确的是（）A.系统完全能控B.系统不完全能控C.无法判断能控性D.能控性与输入矩阵无关12.已知线性定常系统状态矩阵为对角阵，各特征值互异，输出矩阵中存在全零列，则系统（）A.完全能观B.不完全能观C.无法判断能观性D.能观性与输出矩阵无关13.线性定常连续系统渐近稳定的充要条件为：对于任意给定的正定对称矩阵Q，李雅普诺夫方程A^TP+PA=-Q存在（）A.唯一正定对称解PB.唯一负定对称解PC.唯一半正定对称解PD.唯一半负定对称解P14.采用全状态反馈实现系统极点任意配置的前提条件为（）A.系统完全能观B.系统完全能控C.系统稳定D.系统最小相位15.串级控制系统是过程控制的常用结构，其副回路的核心作用为（）A.快速克服二次扰动B.消除主参数稳态误差C.提高主回路的型别D.降低对执行器性能的要求16.下列不属于过程控制系统参数整定临界比例度法适用场景的是（）A.工艺允许被控量出现等幅振荡B.系统阶次不低于2阶C.系统为开环不稳定系统D.执行器无饱和特性17.电网自动发电控制（AGC）的核心控制目标为（）A.维持系统电压在合格范围内B.控制区域控制偏差（ACE）在允许范围内，实现调频和有功平衡C.降低电网有功损耗D.提高输电线路输送极限18.PID控制器中积分环节的核心作用为（）A.加快系统响应速度B.消除系统稳态误差C.抑制系统超调D.提高系统稳定性19.非线性系统分析的描述函数法要求系统具备的核心特性为（）A.非线性环节输出仅含高次谐波B.系统具有低通滤波特性C.非线性特性为非对称特性D.系统阶次不低于3阶20.现代最优控制理论中最小值原理的提出者为（）A.卡尔曼B.贝尔曼C.庞特里亚金D.奈奎斯特二、多项选择题（共10题，每题2分，计20分。每题的备选项中，有2个或2个以上符合题意，至少有1个错项。错选，本题不得分；少选，所选的每个选项得0.5分）1.典型闭环控制系统的组成环节包括（）A.给定环节、比较环节B.控制器、执行器C.被控对象D.检测反馈环节2.下列二阶欠阻尼系统的性能指标中，同时与阻尼比ζ和自然振荡频率ωₙ有关的是（）A.超调量σ%B.峰值时间t_pC.调节时间t_sD.单位阶跃输入稳态误差e_ss3.下列措施中可有效减小单位负反馈控制系统稳态误差的有（）A.提高系统型别B.增大系统开环增益C.引入输入前馈补偿D.减小系统开环增益4.下列关于超前校正装置特性的表述正确的有（）A.相频特性存在正相移峰值B.可提高系统截止频率，增大系统带宽C.可显著提高系统稳态精度D.可提高系统相角裕度，降低超调量5.下列可用于离散控制系统稳定性分析的方法有（）A.朱利判据B.双线性变换后应用劳斯判据C.根轨迹法D.奈奎斯特判据6.下列关于线性定常系统能控性与能观性对偶关系的表述正确的有（）A.对偶系统的能控性等价于原系统的能观性B.对偶系统的能观性等价于原系统的能控性C.对偶系统与原系统的特征值完全相同D.对偶系统的传递函数阵与原系统传递函数阵互为转置7.串级控制系统适用于下列哪些工业场景（）A.被控对象时滞大、惯性大B.系统存在幅值大、变化频繁的二次扰动C.被控对象参数波动大D.工艺对被控参数控制精度要求高8.下列关于PID控制器各环节作用的表述正确的有（）A.比例环节可加快系统响应速度，提高响应灵敏度B.积分环节可消除系统稳态误差，提高控制精度C.微分环节可预测偏差变化，抑制系统超调D.微分环节可有效消除系统稳态误差9.国网自动电压控制（AVC）系统的核心功能包括（）A.实现全网无功优化分配B.维持各节点电压在合格范围内C.降低电网有功损耗D.提高系统电压稳定性10.李雅普诺夫第二法可适用于下列哪些系统的稳定性分析（）A.线性定常系统B.线性时变系统C.非线性定常系统D.非线性时变系统三、判断题（共10题，每题1分，计10分。正确涂“√”，错误涂“×”）1.开环控制系统不存在被控量反馈环节，控制精度完全取决于给定精度和元器件标定精度，无抗扰动能力。（）2.二阶欠阻尼系统的阻尼比越大，超调量越小，因此工程中应尽可能选择较大的阻尼比。（）3.线性定常系统的型别越高、开环增益越大，稳态误差越小，因此设计系统时应尽可能提高型别和开环增益。（）4.根轨迹是单位负反馈系统开环增益从0变化到+∞时，所有闭环极点在s平面上的运动轨迹。（）5.最小相位系统的相角裕度大于0，则系统一定闭环稳定。（）6.采用全状态反馈实现极点任意配置的前提条件是系统完全能观。（）7.串级控制系统设计中，主控制器通常选择PI或PID控制规律，副控制器通常选择P控制规律即可满足要求。（）8.PID控制器的积分饱和现象是由于系统偏差长期存在，积分环节持续累加导致控制量超出执行器输出极限导致的。（）9.线性定常系统的能控性和能观性是系统的固有特性，与状态空间表达式的坐标系选取无关。（）10.最优控制的核心目标是选择合适的控制律，使系统的指定性能指标达到极小值或极大值。（）四、计算题（共3题，每题10分，计30分。要求写出完整计算步骤，否则不得分）1.已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为：G求解下列问题：（1）当K=15时，分别计算输入信号为r(t)=1(t)、r(t)=t、r(t)=t²时的系统稳态误差；（2）若要求系统对单位斜坡输入的稳态误差不大于0.05，且系统闭环稳定，计算满足要求的K取值范围。2.已知线性定常连续系统的状态空间表达式为：̇x=[0y=[求解下列问题：（1）判断系统的能控性和能观性；（2）若系统完全能控，设计全状态反馈矩阵K=[]&$，使闭环系统的极点配置为=−13.已知某最小相位单位负反馈系统的开环对数幅频特性如下：低频段斜率为-20dB/dec，在ω=1rad/s处的幅值为18dB；第一个转折频率为ω₁=2rad/s，转折后幅频特性斜率变为-40dB/dec；第二个转折频率为ω₂=10rad/s，转折后幅频特性斜率变为-60dB/dec。求解下列问题：（1）写出系统的开环传递函数G(s)；（2）计算系统的截止频率ω_c和相角裕度γ，判断系统是否闭环稳定。五、综合分析与设计题（共2题，每题10分，计20分）1.某火力发电厂过热器出口汽温控制要求控制精度为±1℃，运行过程中存在减温水压力波动、烟气流量波动两类主要扰动，其中减温水压力波动的响应速度远快于烟气流量波动。设计串级控制系统实现过热汽温的高精度控制，完成以下问题：（1）画出该串级控制系统的方框图，标注主被控量、副被控量、主控制器、副控制器、执行器、被控对象、检测环节等核心组成；（2）说明主、副控制器的控制规律选择依据，以及控制器正反作用的选择逻辑；（3）简述该串级控制系统相对于单回路控制系统的控制优势。2.已知线性定常连续系统的状态方程为：̇x=采用李雅普诺夫第二法判断系统的原点平衡状态是否为渐近稳定，要求写出完整推导过程。参考答案与解析一、单项选择题1.【答案】C【解析】开环控制无反馈环节，输出不影响控制量，控制精度低、抗扰动能力差；闭环控制引入被控量反馈，可根据偏差自动修正控制量，控制精度高、抗扰动能力强。选项A、B、D表述错误，C正确。2.【答案】B【解析】二阶欠阻尼系统超调量计算公式为σ，仅与阻尼比ζ有关，与其他参数无关，选项B正确。3.【答案】B【解析】一型系统静态速度误差系数=lis4.【答案】B【解析】构造劳斯表：s⁴:131s³:3K0s²:1s¹:=s⁰:1系统稳定要求劳斯表第一列全部为正，化简后解得0<5.【答案】B【解析】根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点（含无限远零点），选项B正确。6.【答案】C【解析】相角裕度定义为γ=7.【答案】C【解析】根据奈奎斯特判据，Z=8.【答案】D【解析】超前校正通过提供正相移提高相角裕度，增大截止频率和带宽，加快动态响应，但对稳态精度影响很小，滞后校正可提高稳态精度，选项D不属于超前校正作用，当选。9.【答案】B【解析】Z变换终值定理适用条件为zX10.【答案】C【解析】状态空间的维数等于状态变量的个数，即系统的阶数，与输入、输出、扰动变量个数无关，选项C正确。11.【答案】B【解析】对角阵特征值互异时，能控性判据为输入矩阵无全零行，存在全零行则对应模态不能控，系统不完全能控，选项B正确。12.【答案】B【解析】对角阵特征值互异时，能观性判据为输出矩阵无全零列，存在全零列则对应模态不能观，系统不完全能观，选项B正确。13.【答案】A【解析】线性定常系统渐近稳定的充要条件为李雅普诺夫方程存在唯一正定对称解P，选项A正确。14.【答案】B【解析】全状态反馈极点任意配置的前提是系统完全能控，选项B正确。15.【答案】A【解析】串级控制系统副回路为随动系统，响应速度快，核心作用是快速克服进入副回路的二次扰动，选项A正确。16.【答案】C【解析】临界比例度法要求系统闭环可产生等幅振荡，开环不稳定系统无法满足该要求，不属于适用场景，选项C当选。17.【答案】B【解析】AGC的核心目标是控制区域控制偏差ACE，实现系统频率调整和区域有功平衡，选项A、C、D为AVC的功能，选项B正确。18.【答案】B【解析】积分环节基于偏差的累积值输出，可消除稳态误差，但会增大超调、降低稳定性，选项B正确。19.【答案】B【解析】描述函数法要求系统具有低通滤波特性，非线性环节产生的高次谐波被充分衰减，仅基波分量起主要作用，选项B正确。20.【答案】C【解析】庞特里亚金提出最小值原理，贝尔曼提出动态规划，卡尔曼提出卡尔曼滤波，奈奎斯特提出奈奎斯特判据，选项C正确。二、多项选择题1.【答案】ABCD【解析】典型闭环控制系统由给定环节、比较环节、控制器、执行器、被控对象、检测反馈环节组成，四个选项均正确。2.【答案】BC【解析】超调量仅与阻尼比有关；峰值时间=，调节时间≈（5%误差带），均与ζ和ω_n有关；稳态误差与系统型别、开环增益有关，选项B、C正确。3.【答案】ABC【解析】提高系统型别、增大开环增益可提高静态误差系数，减小稳态误差；引入前馈补偿可实现扰动全补偿，减小稳态误差；减小开环增益会增大稳态误差，选项A、B、C正确。4.【答案】ABD【解析】超前校正相频特性存在正相移峰值，可提高相角裕度、增大截止频率和带宽、加快动态响应、降低超调量，但对稳态精度影响很小，选项C错误，A、B、D正确。5.【答案】ABCD【解析】朱利判据是离散系统稳定性的直接判据；双线性变换将z平面映射到w平面，可应用劳斯判据；根轨迹法、奈奎斯特判据经改造后均可用于离散系统稳定性分析，四个选项均正确。6.【答案】ABCD【解析】对偶原理表明：对偶系统的能控性等价于原系统的能观性，对偶系统的能观性等价于原系统的能控性；对偶系统与原系统特征值相同，传递函数阵互为转置，四个选项均正确。7.【答案】ABCD【解析】串级控制系统适用于对象时滞大、惯性大、二次扰动强、参数波动大、控制精度要求高的场景，四个选项均正确。8.【答案】ABC【解析】比例环节加快响应，积分环节消除静差，微分环节抑制超调，微分环节无法消除稳态误差，选项D错误，A、B、C正确。9.【答案】ABCD【解析】AVC系统通过优化无功电源出力，实现无功优化分配、维持电压合格、降低网损、提高电压稳定性，四个选项均正确。10.【答案】ABCD【解析】李雅普诺夫第二法是通用的稳定性分析方法，适用于线性/非线性、定常/时变、连续/离散系统，四个选项均正确。三、判断题1.【答案】√【解析】开环控制无反馈，输出不参与控制，精度完全取决于给定和元器件精度，无法修正扰动导致的偏差，无抗扰动能力。2.【答案】×【解析】阻尼比过大时调节时间显著变长，工程中通常选择阻尼比在0.4~0.8范围内，兼顾超调量和调节时间要求，并非越大越好。3.【答案】×【解析】型别过高、开环增益过大会导致系统稳定性下降，甚至不稳定，设计时需兼顾稳态精度和稳定性要求。4.【答案】√【解析】根轨迹的定义即为开环增益从0到+∞变化时，闭环极点在s平面的运动轨迹。5.【答案】√【解析】最小相位系统无右半平面零极点，相角裕度大于0则奈奎斯特曲线不包围(-1,j0)点，系统闭环稳定。6.【答案】×【解析】全状态反馈极点任意配置的前提是系统完全能控，而非能观。7.【答案】√【解析】主控制器需保证主参数无稳态误差，故选择PI或PID；副回路为随动系统，允许存在余差，选择P控制即可保证快速性。8.【答案】√【解析】积分饱和的本质是偏差长期存在，积分累加导致控制量超出执行器极限，即使偏差反向，控制量也需退出饱和区才能响应。9.【答案】√【解析】能控性和能观性是系统的固有结构特性，线性变换仅改变状态空间的坐标系，不改变系统的能控性和能观性。10.【答案】√【解析】最优控制的核心是在约束条件下选择控制律，使指定性能指标达到极值。四、计算题1.【参考解答】（1）计算静态误差系数：静态位置误差系数：=单位阶跃输入r(t)=1(t)的稳态误差：=静态速度误差系数：=单位斜坡输入r(t)=t的稳态误差：=静态加速度误差系数：=单位加速度输入r(t)=t²的稳态误差：=（2）首先满足稳态误差要求：单位斜坡输入稳态误差=≤再判断系统稳定的K范围，构造劳斯表：特征方程为s(0.02劳斯表：s³:0.021s²:0.3Ks¹:s⁰:K稳定要求第一列全为正：0.3−即稳定的K范围为0<K<15，与稳态误差要求K≥20无交集，因此不存在同时满足两项要求的K值。【评分标准】第（1）问6分，每个稳态误差2分；第（2）问4分，稳态误差要求1分，劳斯判据计算2分，结论1分。2.【参考解答】（1）能控性判断：能控性矩阵M=[计算AB=[01故M=[01能观性判断：能观性矩阵N=[计算CA=[20故N=[20（2）全状态反馈后闭环系统的状态矩阵为A−B闭环特征方程为：|sI期望的闭环特征方程为：(对比系数得：32故反馈矩阵K=[【评分标准】第（1）问5分，能控性判断2.5分，能观性判断2.5分；第（2）问5分，特征方程推导2分，系数对比2分，结果1分。3.【参考解答】（1）低频段斜率为-20dB/dec，说明系统为一型系统，开环传递函数含1个积分环节。低频段幅值公式为L(ω)=20第一个转折频率ω₁=2rad/s，斜率变为-40dB/dec，对应惯性环节；第二个转折频率ω₂=10rad/s，斜率变为-60dB/dec，对应惯性环节。故开环传递函数为：G（2）截止频率ω_c满足L(20验证：L(相角裕度：γ=最小相位系统相角裕度大于0，故系统闭环稳定。【评分标准】第（1）问4分，K计算2分，传递函数推导2分；第（2）问6分，截止频率计算3分，相角裕度计算2分，稳定性判断1分。五、综合分析与设计题1.【参考解答】（1）串级控制系统方框图如下：```给定汽温→比较→主控制器→比较→副控制器→执行器→减温器→过热器