《控制与设计》专题练习(有答案)

一、简要回答下列问题 （16分）1、控制系统设计的一般步骤；2、反馈控制系统对测量元件的基本要求；3、调节系统和位置随动系统的相同点和区别是什么；4、直流PWM 功率放大器组成及工作原理。

二、求 )s g n (2121)(t t r +=的频谱。

（10分）三、小车在钢轨上运动，需选用直流永磁力矩电机直接驱动。

已知：小车满载重量G =500N ，车轮半径R =0.2m ，轨道滚动摩擦系数f =0.002。

要求：V m =1.2m/s ；a m =0.2m/s 2；△m ≤0.1m ；零状态下，阶跃信号作用，t s ≤3s （20分）四、某压力传感器，其规格为100kgf/cm 2，灵敏度为10mv/v （即每伏电源电压对应输出10毫伏），工作电压为15V ±0.8%，非线性指标e f ≤0.6%，迟滞指标为e t ≤0.8%，温度零点漂移指标为e T ≤0.003/C °F.S ，测量温度为40°C ，试求该传感器的误差为多少？折合成压力时的误差为多少？(20分) 五、已知船舶横摇角与海浪波倾角传递函数为=Φ）（）（S S α12122++S T S T ξ，已知船舶的横摇周期为8秒，2ξ=0.3，由实测数据求的横摇角谱为S φ（ω），试求海浪波倾角谱密度S α（ω），并据此写出波倾角α（t ）的方差和平均周期公式。

（20分） 六、图示系统输出端存在测量噪声，已知：)()(ϖϖj S j S n x 和，若x (t )和n (t )不相关，试证明：用相关法求的被测系统的频率特性G （ϖj ）= ）（）（ϖϖj S j S x xy 不受n (t )的影响，并求出)()(ˆϖϖj S j S y y 和。

（14分）一、简要回答下列问题（20分）5、简述减小或消除控制系统原理稳态误差的措施；6、反馈控制系统设计中误差分配原则是什么；7、阐述三种动态性能指标的特点及其转换表述；8、伺服系统对PWM功率放大装置的要求。

控制工程专业的控制系统分析与设计试卷一、选择题（每题5分，共40分）1. 控制系统是指（）。

A. 电子系统B. 机械系统C. 综合系统D. 能量系统2. 哈理斯族开环传递函数是（）。

A. G(s) = K/(sT+1)B. G(s) = K/(sT^2+1)C. G(s) = K/(s^2T+1)D. G(s) = K/(s^2T^2+1)3. 根轨迹绘图适用于（）。

A. 一阶系统B. 二阶系统C. 三阶以上系统D. 所有系统4. 饱和环节的传递函数是（）。

A. G(s) = KB. G(s) = 1/(sT+1)C. G(s) = K/(sT)D. G(s) = K/(s+T)5. 工业现场常用的控制系统网络是（）。

A. 以太网B. 令牌环C. 总线D. 网络系统6. 超调量是衡量系统动态性能的重要指标之一，它的计算公式是（）。

A. Mt = (M-1) × 100%B. Mt = (M-1)/(M+1) × 100%C. Mt = (M-1)/(M+1)D. Mt = (M-1) × 10%7. 通信网络的传递函数是（）。

A. G(s) = KB. G(s) = 1/(sT+1)C. G(s) = K/(sT)D. G(s) = 1/(sT)8. 控制系统的Bode图是由（）和（）两种曲线组成。

A. 幅频曲线；相频曲线B. 根轨迹曲线；相频曲线C. 幅频曲线；频相曲线D. 微分曲线；相频曲线二、填空题（每题10分，共40分）1. 闭环控制系统中开环传递函数为G(s)=K/(sT+1)，设计参数为K=10，T=2，则闭环传递函数是（），根轨迹上的最大相位余度是（）°。

2. 控制系统的净增益交叉频率为29.3rad/s，相位裕度为45°，则该控制系统的相位裕度裕量是（）dB，闭环系统低频增益是（）dB。

3. 一个串联编码器系统，编码器比特率是2 Mbps，编码器效率是3/4，则编码器的码元周期时间是（）μs。

专业课原理概述部分一、选择题（每题1分，共5分）1. 控制系统的基本目的是？A. 提高系统精度B. 增强系统稳定性C. 改善系统性能D. 所有上述A. 稳定性B. 静态误差C. 响应时间D. 系统效率3. PID控制器中的P代表？A. 积分B. 比例C. 微分D. 偏差4. 开环控制系统与闭环控制系统的区别在于？A. 开环控制系统有反馈B. 闭环控制系统无输入C. 开环控制系统无反馈D. 闭环控制系统无输出A. 系统类型B. 开环增益C. 输入信号类型D. 控制器类型二、判断题（每题1分，共5分）1. 控制系统可以完全消除外部扰动的影响。

（×）2. 增加开环增益会提高系统的稳态精度。

（√）3. 所有控制系统都需要反馈才能正常工作。

（×）4.PID控制器适用于所有类型的控制系统。

（×）5. 控制系统的动态性能只与系统的时间常数有关。

（×）三、填空题（每题1分，共5分）1. 控制系统的基本组成部分包括控制器、执行机构、______和被控对象。

2. 控制系统的性能指标主要包括稳定性、快速性和______。

3.PID控制器由比例、积分和______三个部分组成。

4. 闭环控制系统的特点是输出信号对输入信号进行______。

5. 控制系统的数学模型通常包括______模型、传递函数模型和状态空间模型。

四、简答题（每题2分，共10分）1. 简述控制系统的基本原理。

2. 解释开环控制系统和闭环控制系统的区别。

3. 什么是PID控制器？它有什么作用？4. 简述控制系统的稳定性定义及其重要性。

5. 控制系统设计的基本步骤有哪些？五、应用题（每题2分，共10分）1. 设计一个简单的温度控制系统，并说明其工作原理。

2. 如何通过增加积分环节来减小系统的稳态误差？3. 给出一个应用PID控制器的实际案例，并解释其参数调整的意义。

4. 分析一个闭环控制系统中的反馈对系统性能的影响。

高中通用技术《控制与设计》练习题(附答案解析)学校:___________姓名：___________班级：_____________一、选择题1．如图所示是某同学设计的自动干手器原理示意图，当手靠近传感器时，传感器将感应信号发送给控制器，控制器控制继电器闭合，电吹风开始工作。

若将电吹风看作被控对象，则执行器是（）A．传感器B．控制器C．继电器D．插头2．小通设计了如图所示的一款小音箱，带有音乐播放控制系统。

如果把手伸进它的口中，就会播放几首歌曲，然后自行停止。

该控制系统的控制手段和方式属于（）A．自动、开环控制B．人工、开环控制C．自动、闭环控制D．人工、闭环控制3．下列控制系统中，属于开环控制系统的是（）A．电冰箱的温度控制系统B．笔记本电脑CPU风扇的转速控制系统C．家用空调恒温控制系统D．红绿灯定时控制系统4．下列属于手动控制的是（）A．电磁炉火力调节B．路口红绿灯控制C．电冰箱温度控制D．电饭煲保温控制5．指纹锁是具有身份识别系统的智能锁具，具有方便、快速、精确、防盗等特点。

如图所示为一种比较简单的指纹锁的控制系统示意图。

请根据示意图和描述完成下列小题。

该控制系统的执行器、输出量分别是（）A．伺服电机、门锁开闭状态B．门闩、门锁开闭状态C．指纹识别器、指纹数据D．伺服电机、指纹数据6．如图所示是一款盲人导航手表，手表内的声呐和传感器测量障碍物与人的距离，并将信号发送给微处理器，随着盲人与障碍物距离的缩短，手表上的震动马达震动加快，使手表的震动频率加快．关于该控制系统，下列说法中不正确的是（）A．控制器是微处理器B．控制量是障碍物与人的距离C．被控对象是手表D．执行器是震动马达7．如图所示的智能自动鱼竿支架，它采用独特的翘翘板式的架竿结构，当放下鱼竿时，利用杠杆的原理，鱼竿的压力带动机械传动结构，使咬合器自动锁紧鱼竿；上鱼后，只要轻抬钓竿，咬合器便会松开，使用极其方便。

该鱼竿的自动咬合控制的说法不正确的是（）A．该控制的输入量是鱼竿的压力B．该控制的控制器是机械传动结构C．该控制是闭环控制D．该控制不存在反馈环节8．如图所示的可支持5G网络的无线监控设备，当有窃贼进入监控范围时，系统全程录像，第—时间向关联手机发送视频警报信息．此控制是（）A．手动、开环控制B．手动、闭环控制C．自动、开环控制D．自动、闭环控制9．如图所示是自动变速扶梯系统控制过程示意图。

控制与设计练习题1、控制的三要素是________________2、自动控制_________________________人工控制______________________3、开环控制的方框图4、闭环控制的方框图5、区别开环和闭环的方法6、通家用调光台灯的灯光亮度控制属于( )A．自动控制B．电子控制Ｃ．机械控制D．气动控制7、下列关于控制系统工作过程的说法，正确的是( )A．信息只能从输入端传至输出端B．信息只能从输出端传至输入端C．开环控制系统的信息只能从输入端传至输出端D．闭环控制系统的信息只能从输出端传至输入端8、声控灯适用于多种场合，如在公共楼道里安装声控灯既方便，又安全。

它与普通的电灯控制电路相比，去掉了手动开关，而增设了声传感器、控制器和电子开关。

其中声传感器的灵敏度可调整。

以适应不同场合使用的需要。

请根据声控灯的功能分析：(1)声控灯控制系统的输入和输出是什么?两者的关系怎样?(2)声控灯控制系统的被控量和控制量是什么?(3)声控灯控制系统为什么可以采用开环控制系统?(4)画出声控灯开环控制系统的框图。

9．家用空调温度自动控制系统是闭环控制，其中反馈环节的作用是( )A．减少输入量B．增加输入量C．稳定输入量D．稳定输出量10．家用电视机最容易受到的影响(即干扰因素)是( )A．环境温度B．环境湿度C．风的强度D．电磁干扰11在下面4个控制系统中，属于闭环控制系统的是( )A．电风扇的定时控制系统B．公共楼道路灯延时控制系统Ｃ．棚室温度恒定控制系统D．商店自动门控制系统12同的传感器输入的信号是不相同的，传感器输出的信号经控制器驱动继电器工作，则( ) A．控制器转换输出的应是温度信号B．控制器转换输出的应是声音信号Ｃ．控制器转换输出的应是亮度信号D．控制器转换输出的应是电流信号13通家用电饭锅的保温控制(用双金属片开关控温)系统为( )A．机械控制的闭环控制系统B．电子控制的闭环控制系统Ｃ．机械控制的开环控制系统D．电子控制的开环控制系统14用冰箱的温控系统采用闭环控制．为了进一步提高其抗干扰的性能．设计中采取的措施是( ) A．增加反馈环节B．提高压缩机的制冷量C．提高箱体的隔热性能D．说明书上建议用户将冰箱远离其他家用电器放置15图所示，有这样一个“黑箱”，其输人、输出关系的数据见下表，则“黑箱”内部可能是( )A ．交流变压器B 电源稳压器C 日光灯整流器D ．电阻分压器16分析题 公共楼道中使用声控灯控制后，在白天有人通过时灯泡也会点亮。

自动控制原理与设计答案1. 控制系统概述：控制系统是一种能够对被控对象进行精确调节和管理的系统。

它通过传感器感知被控对象的状态，并通过执行器对其进行控制，以达到预期的目标。

2. 开环控制和闭环控制：- 开环控制是指控制器输出不受被控对象状态的反馈影响，仅根据预先设定的控制策略进行调节。

它的优点是简单、高效，但无法对系统扰动和不确定性进行补偿。

- 闭环控制是指控制器通过传感器反馈被控对象的状态，并将反馈信息与设定值进行比较，从而对控制器输出进行调整。

它具有良好的鲁棒性和稳定性，但设计和调节较为复杂。

3. 反馈控制系统的基本结构：反馈控制系统包括传感器、控制器和执行器等组成部分。

- 传感器用于感知被控对象的状态，并将其转化为电信号。

- 控制器接收传感器反馈信息，对其进行处理，并生成控制信号。

- 执行器将控制信号转化为控制作用，对被控对象进行调节。

4. 负反馈控制的原理：负反馈控制系统通过比较被控对象的实际输出与设定值，计算误差，并将误差作为控制器的输入进行调节。

这种控制方式可以使系统的输出始终趋近于设定值，并对扰动具有较好的补偿能力。

5. 控制器的设计与调节：控制器的设计与调节是控制系统设计的关键环节，常用的设计方法包括比例控制、积分控制和微分控制的组合，即PID控制。

控制器的调节过程需要根据系统的动态特性进行，常用的调节方法有根轨迹法、频率响应法和优化调节法等。

6. 控制系统性能指标：控制系统的性能指标包括稳定性、鲁棒性、快速性、准确性和抗扰能力等。

- 稳定性指系统对于外部扰动和参数变化具有稳定的响应特性。

- 鲁棒性指系统对于参数变化和模型误差的能力。

- 快速性指系统达到稳态的时间。

- 准确性指系统输出与设定值的接近程度。

- 抗扰能力指系统对于外部扰动的抑制能力。

7. 控制系统应用：控制系统广泛应用于工业生产、自动化设备、交通运输以及电子产品等各个领域。

例如，自动化生产中的工业机器人、交通运输中的自动驾驶系统以及家用电器中的智能控制系统等。

控制测试题目讲解及答案一、选择题1. 控制系统的基本组成不包括以下哪一项？A. 传感器B. 执行器C. 被控对象D. 显示器答案：D2. 在闭环控制系统中，反馈信号的作用是什么？A. 增加系统稳定性B. 减少系统误差C. 改变系统响应速度D. 以上都是答案：B二、填空题1. 控制系统的开环传递函数G(s)与闭环传递函数H(s)之间的关系是_ 。

答案：H(s) = G(s) / (1 + G(s)B(s))2. PID控制器中的I代表 _ ，它的作用是消除系统的 _ 。

答案：积分；稳态误差三、简答题1. 简述什么是PID控制器，并说明其各个组成部分的作用。

答案：PID控制器是一种常见的工业控制算法，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。

比例部分根据当前误差的大小调整控制量，以快速响应误差；积分部分对误差进行积分，以消除稳态误差；微分部分对误差的变化率进行控制，以改善系统的动态性能。

2. 解释什么是系统稳定性，并给出判断系统稳定性的方法。

答案：系统稳定性指的是系统在受到扰动后能够恢复到初始平衡状态的能力。

判断系统稳定性的方法有多种，其中一种常用的方法是利用劳斯-赫尔维茨判据，通过分析系统特征方程的根来判断系统的稳定性。

四、计算题1. 假设有一个二阶系统，其开环传递函数为G(s) = 2 / (s^2 + 3s +2)。

请计算该系统的单位阶跃响应，并说明其稳定性。

答案：首先，我们需要找到该系统的闭环传递函数。

由于是单位阶跃响应，输入信号为1，所以闭环传递函数为H(s) = G(s)。

接下来，我们可以通过拉普拉斯变换的逆变换来求解时间域的响应。

该系统的单位阶跃响应为y(t) = 1 - e^(-1.5t) * (t + 1)。

由于该系统的特征方程s^2 + 3s + 2 = 0的根为复共轭根，实部为负，因此系统是稳定的。

2. 对于上述系统，如果加入一个比例控制器，其增益为Kp，闭环传递函数变为H(s) = Kp * G(s) / (1 + Kp * G(s))。

一、单选题1.某款除湿鞋柜的控制系统方框图如下,下列关于该控制系统的说法正确的是A.该控制系统属于开环控制系统B.设定的湿度是该控制系统的被控量C.该控制系统的控制器是除湿装置D.湿度传感器在该控制系统中具有检测、反馈作用答案：D2.下列关于控制系统干扰因素的说法,正确的是A.闭环控制系统比开环控制系统有更好的抗干扰能力B.干扰因素是指能够引起控制系统中被控量发生变化的各种因素C.在控制系统中干扰因素是需要克服的,不可以被利用D.控制系统的干扰因素都是人为造成的答案：A3. 下面控制系统中，属于开环控制的有：（）①电冰箱恒定温度控制系统，②电风扇机械定时开关控制系统，③电子门铃控制系统，④GPS 自动导航系统，⑤路灯自动开关控制系统。

A、 1 个；B、2 个C、3 个D、4 个。

答案：C4.在汽车驾驶控制过程中；不属于干扰因素的是A、调整后的行车线路B、暴风雨天气C、司机的疲惫状态D、坑洼不平的道路答案：A5．如图，是一款火灾报警器，它由烟雾探测器、控制电路、蜂鸣器等组成。

当发生火灾时，烟雾探测器探测到火灾产生的烟雾、蜂鸣器报警。

下列关于该产品说法不正确的是A．该产品的控制手段是自动控制B．烟雾探测器是该控制系统的反馈环节C．该产品可以增加一个温度探测器，降低其误报率D．吸烟产生的烟雾可能会导致报警，是一个干扰因素答案：B6. 下图为声控灯系统框图，以下说法正确的是（）A．采用开环控制B．采用闭环控制C．信息传递途径不清楚D．输入量（声响）是被控量答案：A7. 小金的学校每周都要进行升国旗仪式，但经常会出现国歌播放与升旗进程不同步。

于是，他想用学过的知识，来完成对国旗的升旗进行自动控制的设计。

下面是小金设计升国旗的控制方框示意图：下列对该方框图的说明，不合理的是 ( ) A．电机是该控制系统的控制器，国旗是被控对象B．该控制需要实现国歌播放与升旗的同步C．设定的时间就是国歌播放的时间D．使用之前，必须对该控制系统进行技术试验答案：A8. 小明发现学校路灯有时由于没有及时关闭而浪费用电，为此他设计了一个控制方案，能够在天亮时关闭，天暗后打开。