2026年控制与设计测试题及答案

2026年控制与设计测试题及答案

一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在经典控制理论中，用来衡量系统稳态精度的指标是A.超调量B.调节时间C.稳态误差D.相位裕度2.对于单位负反馈系统，开环传递函数为G(s)，则闭环特征方程为A.1+G(s)=0B.1−G(s)=0C.G(s)=0D.1+G(s)H(s)=03.PID控制器中，积分环节的主要作用是A.提高响应速度B.消除稳态误差C.抑制高频噪声D.降低超调4.若系统开环传递函数在右半S平面无极点，但奈奎斯特曲线包围(−1,j0)点一次，则闭环系统A.稳定B.不稳定C.临界稳定D.无法判断5.在状态空间模型中，系统能观的充分必要条件是A.能观性矩阵秩等于状态维数B.能控性矩阵秩等于输入维数C.传递函数无零极点对消D.A矩阵特征值均具负实部6.采用频率法设计串联超前校正网络，其主要目的是A.提高低频增益B.提高相位裕度C.抑制高频干扰D.降低稳态误差7.对于离散系统，若闭环极点位于Z平面单位圆外，则系统A.稳定B.不稳定C.临界稳定D.渐近稳定8.在根轨迹法中，增加开环零点一般会使根轨迹A.向右半平面弯曲B.向左半平面弯曲C.不变D.变为圆形9.设计状态反馈控制器时，若系统完全能控，则闭环极点A.可任意配置B.只能配置为开环极点C.必须位于虚轴D.必须位于单位圆内10.在鲁棒控制框架中，μ综合方法主要解决A.参数不确定性B.外部扰动C.传感器噪声D.执行器饱和二、填空题（每题2分，共20分）11.线性时不变系统稳定的充要条件是其闭环极点全部位于S平面的________。12.若系统单位阶跃响应稳态值为0.95，则位置误差系数Kp=________。13.滞后校正网络的最大相位滞后角一般出现在转折频率的________倍频处。14.对于二阶系统，阻尼比ζ=0.707时，超调量约为________%。15.在状态空间模型中，若系统矩阵A具有互异特征值，则系统可通过________变换实现对角化。16.离散系统采用零阶保持器时，采样周期T越大，相位滞后越________。17.奈奎斯特稳定判据中，开环传递函数在右半S平面有P个极点，奈氏曲线逆时针包围(−1,j0)点N圈，则闭环右半平面极点数为________。18.若传递函数存在右半平面零极点对消，则系统________（能控/能观）性受损。19.在H∞控制中，加权函数W1(s)通常用于描述________灵敏度。20.采用双线性变换将连续控制器离散化时，若采样频率过低，会出现________现象。三、判断题（每题2分，共20分，正确打“√”，错误打“×”）21.对于同一系统，增加开环增益一定会降低稳态误差。22.状态反馈不改变系统的能控性。23.根轨迹对称于实轴。24.相位裕度越大，系统相对稳定性越差。25.在Z平面中，极点越靠近原点，对应模态衰减越快。26.若系统能控且能观，则其传递函数一定不存在零极点对消。27.超前校正网络可提高系统带宽。28.对于单位反馈系统，型别越高，对阶跃输入的稳态误差越大。29.在鲁棒控制中，小增益定理可用于判断系统鲁棒稳定性。30.采用观测器实现状态反馈时，观测器极点应比闭环系统极点慢5倍以上。四、简答题（每题5分，共20分）31.简述PID控制器三个参数对系统性能的影响。32.说明奈奎斯特稳定判据的基本步骤。33.比较状态反馈与输出反馈在极点配置能力上的差异。34.给出离散系统稳定性的Z域判据，并说明其物理意义。五、讨论题（每题5分，共20分）35.讨论在工程实际中如何权衡快速性与超调量之间的矛盾，并给出一种折中设计思路。36.分析采样周期选择对数字控制系统性能与实现复杂度的综合影响。37.结合实例说明模型不确定性对控制器设计的挑战，并指出μ综合如何缓解该问题。38.探讨状态观测器在故障检测与诊断中的应用优势及潜在局限。答案与解析一、单项选择题1.C2.A3.B4.B5.A6.B7.B8.B9.A10.A二、填空题11.左半平面12.1913.0.114.4.315.相似16.大17.P−N18.能控或能观19.性能20.频率混叠三、判断题21√22√23√24×25√26√27√28×29√30×四、简答题（要点）31.比例项提高响应速度但加大超调；积分项消除稳态误差却降低稳定性；微分项提前抑制偏差变化，减小超调但放大噪声。32.绘制开环奈氏曲线；计算包围(−1,j0)点的圈数N；结合右半平面开环极点P得Z=P−N；若Z=0则闭环稳定。33.状态反馈利用全部状态信息，可对任意能控系统实现极点任意配置；输出反馈仅利用输出量，配置能力受输出维数限制，一般不能任意配置全部极点。34.离散系统稳定的充要条件是所有闭环极点位于Z平面单位圆内；物理意义是各模态幅值随时间指数衰减，保证有界输入产生有界输出。五、讨论题（要点）35.提高快速性需增大带宽但易引发超调，可采用超前—滞后组合校正，在保证相位裕度前提下提升截止频率，再用滞后环节压低高频增益抑制超调。36.采样周期减小可提升离散系统逼近度、降低相位滞后，但增加计算与A/D负担；需按香农定理取5–10倍闭环带宽，同时兼顾量化噪声与硬件成本。37.例如机械臂关节惯量变化±30%时，固定H∞控制器性