三大控制考卷及标准答案

三大控制考卷一、选择题（每题5分，共25分）A.提高产品质量B.降低生产成本C.增加设备故障率D.提高生产效率A.鲁棒控制B.模型预测控制C.自适应控制D.最优控制3.在PID控制中，比例控制的作用是：A.消除静差B.加快系统响应速度C.减小超调量D.改善系统的稳定性A.稳定性好B.抗干扰能力强C.对模型精度要求高D.能自动适应参数变化A.建立系统模型B.优化控制器参数C.提高系统响应速度D.估计系统不确定性二、填空题（每题5分，共25分）1.在过程控制中，__________是指通过调整控制器的参数，使系统的性能达到最优。2._________控制是一种基于模型预测的控制策略，它通过在线求解优化问题来实现对系统的控制。3.在PID控制中，__________控制作用主要用于消除静差。4._________控制是一种基于误差信号对控制作用进行修正的控制方法，它具有简单、实用、稳定的特点。5.在控制系统设计中，__________是指通过实验数据对系统模型进行估计和验证的过程。三、简答题（每题10分，共50分）1.简述过程控制的基本原理。2.什么是PID控制？它有哪些优点和缺点？3.简述模型预测控制的基本思想。4.什么是自适应控制？它适用于哪些场景？5.简述系统辨识在控制系统设计中的作用。四、计算题（每题25分，共50分）1.设有一个一阶惯性环节，其传递函数为G(s)=1/(Ts+1)，其中T为时间常数。若要求系统的自然频率为ωn=2rad/s，阻尼比为ξ=0.707，求比例控制器K的值。2.设有一个二阶系统，其传递函数为G(s)=(ωn^2)/(s^2+2ξωn+ωn^2)，其中ωn=10rad/s，ξ=0.5。若要求系统的峰值时间tp=1s，求比例控制器K的值。五、设计题（每题50分，共50分）1.设有一个加热炉，其温度控制系统的传递函数为G(s)=1/(25s+1)。要求设计一个PID控制器，使得系统的超调量小于10%，调节时间小于2分钟。请给出PID控制器的参数设计过程。六、分析题（每题25分，共50分）1.分析并比较PID控制、模型预测控制和自适应控制在过程控制中的应用场景和优缺点。2.分析系统辨识在控制系统设计中的作用，以及常用的系统辨识方法。七、综合题（每题50分，共50分）一、选择题答案：1.C2.B3.A4.C5.C二、填空题答案：1.最优控制2.模型预测控制3.积分控制4.反馈控制5.系统辨识三、计算题答案：1.PID控制器参数设计过程：确定系统模型：G(s)=1/(25s+1)根据经验公式，初选PID参数：Kp=0.6,Ki=0.4,Kd=0.1仿真验证：调整参数，使系统超调量小于10%，调节时间小于2分钟2.模型预测控制器参数设计过程：确定系统模型：G(s)=1/(5s+1)设计预测模型：Gm(s)=1/(5s+1)设计控制器：Q=I,R=1四、分析题答案：1.PID控制、模型预测控制和自适应控制在过程控制中的应用场景和优缺点：PID控制：适用于简单系统，结构简单，参数调整方便，但抗干扰能力较弱。模型预测控制：适用于复杂系统，能处理约束和多变量问题，但计算量大，对模型精度要求高。自适应控制：适用于参数时变的系统，能自动调整参数，但设计复杂，对噪声敏感。2.系统辨识在控制系统设计中的作用及常用方法：作用：建立系统模型，优化控制器参数，提高系统性能。方法：最小二乘法、极大似然法、频域辨识法等。五、综合题答案：1.速度控制器参数设计过程：确定系统模型：G(s)=K/(s(Ts+1))设计PID控制器：Kp=1,Ki=0.5,Kd=0.12.模型预测控制器参数设计过程：确定系统模型：G(s)=1/(s^2+3s+2)设计预测模型：Gm(s)=1/(s^2+3s+2)设计控制器：Q=I,R=1控制系统基本概念：反馈控制、前馈控制、复合控制等。P