2026年电赛控制模拟题及答案

2026年电赛控制模拟题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某直流电机采用PWM调速，若占空比为0.6，电源电压为24V，忽略电枢电阻压降，则电枢两端平均电压为A.9.6V  B.14.4V  C.19.2V  D.24V答案：B2.在PID控制器中，若仅增大积分时间常数T_i，则闭环系统A.超调量减小，响应变慢  B.超调量增大，响应变快C.稳态误差减小，响应变慢  D.稳态误差增大，响应变快答案：A3.某增量式光电编码器每转输出1024个脉冲，经4倍频后，电机轴每转对应计数脉冲数为A.1024  B.2048  C.4096  D.8192答案：C4.对于一阶惯性环节G(s)=K/(Ts+1)，其阶跃响应达到95%稳态值所需时间约为A.T  B.2T  C.3T  D.4T答案：C5.在CAN总线中，标识符11位标准帧的优先级由A.标识符数值越小优先级越高  B.标识符数值越大优先级越高C.与标识符无关  D.由节点地址决定答案：A6.某步进电机步距角1.8°，驱动器采用16细分，则每转脉冲数为A.200  B.800  C.3200  D.6400答案：C7.在双闭环直流调速系统中，速度环截止频率一般设计为电流环截止频率的A.1/5~1/10  B.1/2~1/3  C.相同  D.2~3倍答案：A8.下列关于磁场定向控制（FOC）的描述，错误的是A.需要实时计算转子磁链角度  B.可在低速实现最大转矩输出C.定子电流励磁分量与转矩分量解耦  D.无需电流传感器答案：D9.某系统开环传递函数G(s)H(s)=10/[s(s+2)]，其相位穿越频率ω_pc为A.2rad/s  B.4rad/s  C.√20rad/s  D.5rad/s答案：C10.在STM32中，配置TIM1产生中心对称PWM，应设置计数模式为A.Up  B.Down  C.Center-alignedmode1  D.One-pulsemode答案：C二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）11.下列哪些措施可抑制直流电机电刷火花A.增加换向片数  B.设置换向极  C.降低电枢电压  D.采用碳刷含铜石墨材料答案：ABD12.关于增量式PID算法的优点，正确的是A.避免积分饱和  B.便于实现积分分离  C.对测量噪声敏感  D.计算量小答案：ABD13.下列关于Kalman滤波器的说法正确的是A.适用于线性系统  B.需要系统噪声与测量噪声的统计特性C.可估计系统状态  D.对非线性系统可直接应用答案：ABC14.在无人机姿态解算中，常用传感器组合包括A.三轴陀螺仪  B.三轴加速度计  C.三轴磁力计  D.气压计答案：ABC15.下列关于有限状态机（FSM）在嵌入式控制中的应用，合理的是A.可用于协议解析  B.可用于电机换相逻辑  C.可用中断服务程序实现  D.状态转移条件可含时间约束答案：ABCD三、填空题（每空2分，共20分）16.某位置式PID输出u(k)=K_pe(k)+K_i∑_{i=0}^ke(i)+K_d[e(k)−e(k−1)]，若K_p=2，K_i=0.5，K_d=1，采样周期T=0.01s，则积分时间常数T_i=________s，微分时间常数T_d=________s。答案：4，0.517.某直流电机电枢电阻R_a=0.5Ω，额定电流I_a=4A，忽略电感，电枢两端突然接入24V电源，则电枢电流初始瞬态值为________A，稳态电流为________A（忽略反电动势）。答案：48，4818.某系统采样频率1kHz，采用双线性变换将模拟控制器D(s)=2(s+10)/(s+50)离散化，则离散控制器D(z)的零点z_z=________，极点z_p=________（保留三位小数）。答案：−0.818，−0.33319.某三相全桥逆变器直流母线电压400V，采用SVPWM调制，则最大不失真线电压基波幅值为________V，相电压基波幅值为________V。答案：400，23120.某编码器线数1024，电机经1:10减速器驱动负载，测得4s内编码器脉冲数40960，则负载轴平均转速为________r/min，电机轴平均转速为________r/min。答案：60，600四、简答题（每题8分，共24分）21.简述电流环与速度环在双闭环直流调速系统中的作用与设计原则。答案：电流环作为内环，主要快速抑制电枢电流扰动，限制最大电流保护电机，设计时要求响应快、带宽高，通常按典型Ⅰ型系统整定，截止频率取1/5~1/10开关频率；速度环作为外环，保证转速精度与抗负载扰动能力，设计时要求稳态无静差，动态超调小，通常按典型Ⅱ型系统整定，截止频率取电流环的1/5~1/10，确保内外环带宽合理分离，避免耦合振荡。22.说明磁场定向控制（FOC）中Clark与Park变换的数学表达式及物理意义。答案：Clark变换将三相定子电流i_a,i_b,i_c投影到静止两轴αβ坐标系：[]=[1−−Park变换再将αβ坐标系旋转θ角度到同步旋转dq轴：[]=[cosd轴对齐转子磁链，实现励磁电流i_d与转矩电流i_q解耦，便于独立控制磁链与转矩。23.列举三种常用电机位置传感器，并比较其优缺点。答案：1.增量式光电编码器：成本低，接口简单，掉电丢失位置，需寻零；2.绝对式光电编码器：掉电保持位置，精度高，成本高，多圈需额外机构；3.旋转变压器：耐高低温、抗振动，需解算电路，精度中等，航空领域常用；4.磁编码器：体积小，抗粉尘，精度受磁场干扰，成本介于光电与旋变之间。五、计算题（共41分）24.（10分）某直流电机电枢电阻R_a=0.8Ω，电感L_a=5mH，额定电压U_N=24V，额定电流I_N=3A，额定转速n_N=3000r/min，反电动势系数K_e=0.006V·s/rad。(1)求额定转矩T_N；(2)若采用PWM调速，占空比α=0.4，负载转矩为额定值，求稳态转速n（r/min）；(3)若突加负载转矩至1.5T_N，求转速下降Δn（r/min）。答案：(1)反电动势E_b=K_e·ω_N=0.006×(2π×3000/60)=1.885V，电枢压降I_NR_a=3×0.8=2.4V，端电压U=E_b+I_NR_a=4.285V，额定转矩T_N=K_tI_N，K_t=K_e=0.006N·m/A，T_N=0.018N·m。(2)平均电压U_avg=αU_N=0.4×24=9.6V，稳态电流I=(U_avg−E_b)/R_a，E_b=K_eω，T_load=T_N=0.018N·m，I=T_load/K_t=3A，代入得9.6−0.006ω=3×0.8=2.4，ω=(9.6−2.4)/0.006=1200rad/s，n=1200×60/(2π)=11459r/min（与额定矛盾，需重新列方程）。正确：稳态时U_avg=E_b+IR_a，I=T_load/K_t=3A，E_b=U_avg−IR_a=9.6−2.4=7.2V，ω=E_b/K_e=7.2/0.006=1200rad/s，n=1200×60/(2π)=11459r/min（远超额定，说明电机弱磁或题目数据需修正，按题意继续）。实际考试允许结果，给出：n=11459r/min。(3)T_load=1.5×0.018=0.027N·m，I=0.027/0.006=4.5A，E_b=9.6−4.5×0.8=9.6−3.6=6V，ω=6/0.006=1000rad/s，n=1000×60/(2π)=9549r/min，Δn=11459−9549=1910r/min。25.（10分）某位置伺服系统采用PD控制，被控对象传递函数G(s)=1/(s^2+0.2s)，控制器D(s)=K_p+K_ds，要求闭环阻尼比ζ=0.7，自然频率ω_n=4rad/s，求K_p、K_d，并计算单位阶跃响应超调量σ%。答案：开环传递函数D(s)G(s)=(K_p+K_ds)/(s^2+0.2s)，闭环特征方程1+D(s)G(s)=0，s^2+0.2s+K_p+K_ds=0，s^2+(0.2+K_d)s+K_p=0，与标准s^2+2ζω_ns+ω_n^2=0对比，2ζω_n=0.2+K_d=2×0.7×4=5.6，K_d=5.6−0.2=5.4，ω_n^2=K_p=16，K_p=16。超调量σ%=exp(−ζπ/√(1−ζ^2))×100%=exp(−0.7π/√(1−0.49))×100%=4.6%。26.（10分）某三相永磁同步电机极对数p=4，定子电阻R_s=0.5Ω，d轴电感L_d=2mH，q轴电感L_q=3mH，永磁磁链ψ_f=0.08Wb，采用id=0控制，转速n=1500r/min，负载转矩T_L=0.5N·m，求：(1)机械角速度ω_m；(2)电角速度ω_e；(3)q轴电流i_q；(4)定子电压幅值|u_s|；(5)输入电功率P_in。答案：(1)ω_m=2πn/60=2π×1500/60=157.08rad/s。(2)ω_e=pω_m=4×157.08=628.32rad/s。(3)T_e=1.5pψ_fi_q=0.5N·m，i_q=0.5/(1.5×4×0.08)=1.042A。(4)u_d=−ω_eL_qi_q=−628.32×0.003×1.042=−1.964V，u_q=R_si_q+ω_eψ_f=0.5×1.042+628.32×0.08=0.521+50.266=50.787V，|u_s|=√(u_d^2+u_q^2)=√(1.964^2+50.787^2)=50.83V。(5)P_in=1.5(u_di_d+u_qi_q)=1.5(0+50.787×1.042)=79.4W。27.（11分）某倒立摆系统线性化模型为θ其中θ为摆角(rad)，u为控制输入(N·m)，x为小车位置(m)，v为小车速度(m/s)。(1)写出状态空间模型ẋ=Ax+Bu，状态向量x=[θ,θ̇,x,v]^T；(2)判断系统开环稳定性；(3)设计状态反馈u=−Kx，使闭环极点配置在−2±2j,−3,−4，求增益向量K=[k1,k2,k3,k4]。答案：(1)令x1=θ,x2=θ̇,x3=x,x4=v，则ẋ1=x2，ẋ2=15x1+u，ẋ3=x4，ẋ4=−0.5x4+2x1，A=[01(2)开环特征方程det(sI−A)=0，s(s+0.5)(s^2−15)=0，