2026年计算机控制技术期末复习试题附答案

2026年计算机控制技术期末复习试题附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.计算机控制系统中，将连续模拟信号转换为离散数字信号的关键部件是（）。A.D/A转换器B.A/D转换器C.传感器D.执行器答案：B2.下列关于采样定理的描述中，正确的是（）。A.采样频率需大于等于信号最高频率的2倍B.采样频率需小于信号最高频率的2倍C.采样周期越长，信号恢复越准确D.采样定理仅适用于模拟信号传输答案：A3.离散系统的Z传递函数G(z)的极点位于单位圆内时，系统（）。A.稳定B.临界稳定C.不稳定D.无法判断答案：A4.数字PID控制器中，积分项的主要作用是（）。A.消除稳态误差B.提高响应速度C.抑制超调D.增强抗干扰能力答案：A5.以下不属于计算机控制系统硬件组成的是（）。A.中央处理器（CPU）B.控制算法软件C.输入输出接口D.电源模块答案：B6.若连续时间函数f(t)=e^(-at)（a>0），其Z变换F(z)为（）。A.z/(z-e^(-aT))B.z/(z+e^(-aT))C.z/(z-e^(aT))D.z/(z+e^(aT))答案：A7.计算机控制系统中，抑制工频干扰最有效的硬件措施是（）。A.光电隔离B.低通滤波器C.接地设计D.屏蔽电缆答案：B8.实时操作系统（RTOS）的核心指标是（）。A.任务数量B.内存容量C.响应时间D.编程复杂度答案：C9.状态空间模型中，离散系统的状态方程表达式为（）。A.x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)B.x(t+1)=Ax(t)+Bu(t)C.y(k)=Cx(k)+Du(k)D.y(t)=Cx(t)+Du(t)答案：A10.数字滤波器设计中，IIR滤波器与FIR滤波器的主要区别是（）。A.IIR有反馈，FIR无反馈B.IIR线性相位，FIR非线性相位C.IIR计算复杂度低，FIR高D.IIR稳定性差，FIR绝对稳定答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1.计算机控制系统的典型结构包括被控对象、（）、（）、输入输出通道和计算机系统。答案：传感器；执行器2.信号的离散化过程包括（）和（）两个步骤。答案：采样；量化3.Z变换的终值定理表达式为（）。答案：lim(k→∞)f(k)=lim(z→1)(z-1)F(z)4.数字PID控制的增量式算法表达式为（）。答案：Δu(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]5.计算机控制系统的抗干扰措施可分为（）和（）两大类。答案：硬件抗干扰；软件抗干扰6.采样周期T的选择需综合考虑（）、（）和计算机运算速度。答案：系统动态特性；控制精度要求7.离散系统的稳定性判据包括（）和（）。答案：朱利判据；双线性变换后的劳斯判据8.状态反馈控制中，若要使系统极点配置到指定位置，需满足（）条件。答案：系统状态完全能控9.CAN总线的通信协议采用（）编码，具有（）和错误检测功能。答案：非归零；多主竞争10.实时任务的调度策略主要有（）和（），其中（）适用于硬实时系统。答案：抢占式调度；非抢占式调度；抢占式调度三、简答题（每题6分，共30分）1.简述连续控制系统与计算机控制系统的主要区别。答案：连续控制系统的信号传递为模拟量，控制器为模拟电路（如运算放大器），控制规律由硬件实现；计算机控制系统的信号经采样变为离散数字量，控制器为计算机（或微处理器），控制规律通过软件编程实现，需考虑采样周期、量化误差等离散特性。2.说明A/D转换的主要步骤及其作用。答案：A/D转换包括采样（将连续信号变为离散时间信号）、保持（在转换期间维持采样值不变）、量化（将模拟量转换为离散数字量，引入量化误差）、编码（将量化值转换为二进制代码）。各步骤共同实现模拟信号到数字信号的精确转换。3.比较数字PID控制的位置式与增量式算法的优缺点。答案：位置式算法直接计算控制量输出u(k)，但需要保存所有历史误差值，误动作时可能输出大幅跳变；增量式算法计算控制量的增量Δu(k)，仅需最近3次误差值，误动作时影响小，抗干扰能力强，但需积分分离等措施避免积分饱和。4.简述Z变换与拉普拉斯变换的关系及Z变换的主要用途。答案：Z变换是拉普拉斯变换在采样点上的离散化形式，通过z=e^(sT)将s平面映射到z平面。Z变换用于分析离散系统的稳定性、动态特性，设计数字控制器（如PID、状态反馈），求解离散系统的差分方程。5.列举计算机控制系统中常用的软件抗干扰技术（至少4种）。答案：软件滤波（如算术平均、中值滤波）、指令冗余（关键指令后重复设置）、软件陷阱（捕获程序跑飞）、Watchdog（看门狗）定时器（监测程序运行状态）、数据校验（如CRC校验）、冗余编码（重要数据双备份）。四、分析计算题（每题10分，共20分）1.已知连续系统的传递函数为G(s)=1/[s(s+1)]，采样周期T=1s，要求：（1）求其离散化后的Z传递函数G(z)；（2）判断离散系统的稳定性。答案：（1）G(s)=1/[s(s+1)]=1/s-1/(s+1)，对应的单位阶跃响应为f(t)=1-e^(-t)。Z变换F(z)=Z[1]-Z[e^(-t)]=z/(z-1)-z/(z-e^(-T))（T=1s，e^(-1)≈0.3679），故G(z)=F(z)/Z[1(t)]=[z/(z-1)-z/(z-0.3679)]/[z/(z-1)]=(z-0.3679-z+1)/[(z-1)(z-0.3679)/(z-1)]=0.6321/(z-0.3679)。（2）G(z)的极点为z=0.3679，位于单位圆内（|0.3679|<1），故离散系统稳定。2.某温度控制系统采用数字PID控制器，已知系统的阶跃响应超调量过大，稳态误差为2℃。（1）分析应如何调整PID参数以改善性能；（2）若采用积分分离PID，说明其原理及实现方法。答案：（1）超调量过大需减小比例系数Kp（降低系统灵敏度），增大微分系数Kd（抑制动态超调）；稳态误差存在需增大积分系数Ki（增强积分作用，消除稳态误差），但需注意Ki过大会导致超调加剧，需综合调整。（2）积分分离PID的原理：在误差较大时（如|e(k)|>β，β为阈值），取消积分作用（仅用PD控制），避免积分饱和导致超调；当误差较小时（|e(k)|≤β），加入积分作用（PID控制），消除稳态误差。实现方法：在算法中增加条件判断，根据|e(k)|与β的比较，选择是否计算积分项。五、综合应用题（20分）设计一个基于STM32的电机转速计算机控制系统，要求：（1）画出系统硬件结构框图（标注主要部件）；（2）说明控制算法的选择及参数整定方法；（3）提出3项抗干扰措施并解释其原理。答案：（1）硬件结构框图：STM32微控制器（含CPU、ADC、PWM模块）→转速传感器（如编码器）→信号调理电路（放大、滤波）→ADC→STM32→PWM输出→电机驱动电路（如H桥）→电机→被控对象（负载）。（2）控制算法选择：采用数字PID控制（增量式），因电机转速控制需快速响应（比例作用）、抑制超调（微分作用）、消除稳态误差（积分作用）。参数整定方法：①经验试凑法：先调Kp使系统响应无大超调，再调Kd抑制超调，最后调Ki消除稳态误差；②Ziegler-Nichols法：通过临界比例度法获取临界增益Kc和临界周期Tc，按公式计算PID参数（Kp=0.6Kc，Ki=1.2Kc/Tc，Kd=0.075KcTc）。（3）抗干扰措施：①光电隔离：在编码器信号输入和PWM输出端加入光