2026年控制实践能力测试题及答案

2026年控制实践能力测试题及答案

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.对于一阶惯性环节G(s)=K/(Ts+1)，其阶跃响应达到稳态值63.2%所需的时间等于A.0.5TB.TC.2TD.3T3.在PID控制器中，积分时间Ti减小会导致A.系统响应变慢B.稳态误差增大C.高频噪声放大D.低频增益提高4.若开环传递函数在右半S平面无极点，但奈氏曲线包围(-1,j0)点一圈，则闭环系统A.稳定B.临界稳定C.不稳定D.无法判断5.采用零阶保持器对连续信号进行采样时，其幅频特性在奈奎斯特频率处衰减为A.0dBB.-3dBC.-4dBD.-∞6.在状态空间模型中，若系统完全可控，则可控性矩阵的秩应满足A.小于nB.等于nC.大于nD.等于输出维数7.对于离散系统，若特征方程所有根位于单位圆内，则系统A.临界稳定B.渐近稳定C.不稳定D.边界稳定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.保持不变D.出现断点9.采用双线性变换将连续控制器离散化时，稳定区域映射到Z平面的A.单位圆外B.单位圆内C.左半平面D.右半平面10.在频域校正中，若希望提高相位裕度，应优先选择A.滞后校正B.超前校正C.比例校正D.积分校正二、填空题（每题2分，共20分）11.线性定常系统稳定的充要条件是其特征方程的所有根均位于S平面的________。12.对于二阶系统，阻尼比ζ=0时，阶跃响应呈现________振荡。13.在Z变换中，序列{1,1,1,…}的Z变换为________。14.若采样周期为0.1s，则奈奎斯特频率为________Hz。15.状态反馈控制律u=-Kx中，K的维数为________。16.对于单位负反馈系统，开环增益增大10倍，稳态误差将变为原来的________。17.在根轨迹上，分离点满足dK/ds=________。18.采用PID控制器时，微分作用主要改善系统的________性能。19.在频域中，增益交界频率ωc定义为|G(jωc)|=________。20.若系统传递函数存在右半S平面零点，则该系统称为________系统。三、判断题（每题2分，共20分）21.对于任何线性系统，叠加原理均成立。22.增大比例系数Kp一定能减小超调量。23.奈氏判据只能用于最小相位系统。24.在状态空间中，系统的能控性与能观性互为对偶。25.零阶保持器会引入一个固定的相位滞后。26.离散系统的稳定性与采样周期无关。27.滞后校正的主要作用是提高系统低频增益。28.若系统开环稳定，则闭环一定稳定。29.对于同一系统，其状态空间实现具有唯一性。30.在根轨迹上，渐近线交点一定位于实轴上。四、简答题（每题5分，共20分）31.简述PID控制器中积分饱和现象的产生原因及两种常用抑制方法。32.说明奈氏稳定判据的基本思路，并写出其数学表达式。33.比较连续系统与离散系统频域特性的主要差异，指出三点即可。34.给出状态空间系统能控性定义，并写出判定能控性的矩阵条件。五、讨论题（每题5分，共20分）35.某温度控制系统采用PI控制，现场发现负载突变后恢复时间长达20分钟，请从控制理论角度分析可能原因，并提出两条改进措施。36.在数字控制器实现中，若采样周期取得过大，会对系统稳定性与性能产生哪些具体影响？请结合频域与Z域各举一例说明。37.对比根轨迹法与频域法进行超前校正的设计流程，指出各自最适用的场合，并说明理由。38.现代控制理论强调状态反馈，而经典控制多用输出反馈。请讨论状态反馈在工程实现中的三大难点，并给出一种折中解决方案。答案与解析一、单项选择题1.C2.B3.D4.C5.B6.B7.B8.B9.B10.B二、填空题11.左半平面12.等幅13.z/(z-1)14.515.1×n16.1/1017.018.动态/瞬态19.120.非最小相位三、判断题21.√22.×23.×24.√25.√26.×27.√28.×29.×30.√四、简答题31.积分饱和因执行器限幅导致积分器持续累积误差。抑制：1.积分分离：误差超阈值时切除积分；2.反计算法：将限幅后的输出反馈给积分器，使其停止累积。32.奈氏判据通过开环频率特性曲线包围(-1,j0)点的圈数N与右半平面开环极点数P判断闭环稳定性，闭环右半平面极点数Z=P-2N，Z=0则稳定。33.1.离散频谱周期延拓；2.频率轴0→ωs/2对应单位圆上半周；3.零阶保持器引入幅值衰减与相位滞后。34.若对任意初始状态x(0)，存在输入u(t)能在有限时间内将状态驱动到原点，则系统完全能控。判定：rank[BAB…A^(n-1)B]=n。五、讨论题35.原因：积分作用过强导致低频段增益高，系统带宽窄，时间常数大；负载扰动模型未前馈。改进：1.减小Ti并适当降低Kp，提高带宽；2.引入负载扰动前馈补偿，缩短恢复时间。36.过大采样周期使相位裕度下降，例：连续系统相位裕度60°，采样周期增大后等效离散系统相位裕度降至30°，临界稳定；Z域例：原极点z=0.8，周期增大后移至0.95，靠近单位圆，阻尼减小，振荡加剧。37.根轨迹法：在s平面放置零点，使轨迹左移，适用于时域指标明确、模型阶次低；频域法：在ωc处提供最大相位超前