計算機控制系統設計與實現考核試卷考生姓名：答題日期：得分：判卷人：

本次考核旨在評估考生對計算機控制系統設計與實現的基本原理、方法及實際應用的理解與掌握程度，檢驗考生在系統設計、算法選擇、編程實現等方面的能力。

一、單項選擇題（本題共30小題，每小題0.5分，共15分，在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的）

1.計算機控制系統的基本組成部分不包括（）

A.控制器

B.執行器

C.反饋環節

D.計算機硬件

2.在PID控制中，P代表（）

A.比例

B.積分

C.微分

D.P、I、D的組合

3.控制系統穩定性分析中，奈奎斯特穩定判據適用于（）

A.一階系統

B.二階系統

C.高階系統

D.所有系統

4.在離散控制系統中，連續系統的時間響應可以轉換為（）

A.狀態響應

B.標準響應

C.離散時間響應

D.頻率響應

5.下列哪個不是計算機控制系統中的反饋環節（）

A.位置反饋

B.速度反饋

C.加速度反饋

D.溫度反饋

6.在控制系統中，執行機構的作用是將（）

A.控制信號轉換為機械動作

B.控制信號轉換為電信號

C.電信號轉換為機械動作

D.機械動作轉換為電信號

7.PID控制器的參數整定方法中，Ziegler-Nichols方法適用于（）

A.線性系統

B.穩態系統

C.非線性系統

D.時變系統

8.在計算機控制系統中，常用的輸入設備是（）

A.打印機

B.鼠標

C.鍵盤

D.PLC

9.控制系統的動態性能指標中，上升時間是指（）

A.系統輸出從穩定值到達到穩定值所需的時間

B.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間

C.系統輸出從設定值到達到穩定值所需的時間

D.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間，且不超過穩定值的10%

10.下列哪個不是離散控制系統的特點（）

A.時間離散化

B.輸入離散化

C.輸出離散化

D.狀態空間離散化

11.在計算機控制系統中，常用的輸出設備是（）

A.打印機

B.鼠標

C.鍵盤

D.PLC

12.在控制系統中，反饋的作用是（）

A.增加系統的增益

B.減少系統的增益

C.提高系統的穩定性

D.降低系統的穩定性

13.PID控制器的參數整定方法中，試湊法適用于（）

A.線性系統

B.穩態系統

C.非線性系統

D.時變系統

14.在計算機控制系統中，常用的接口是（）

A.USB

B.RS-232

C.RS-485

D.以上都是

15.在控制系統中，系統的響應速度是指（）

A.系統輸出從穩定值到達到穩定值所需的時間

B.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間

C.系統輸出從設定值到達到穩定值所需的時間

D.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間，且不超過穩定值的10%

16.在計算機控制系統中，常用的傳感器是（）

A.溫度傳感器

B.壓力傳感器

C.光電傳感器

D.以上都是

17.控制系統的穩態誤差是指（）

A.系統輸出從設定值到達到穩定值所需的時間

B.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間

C.系統輸出從設定值到達到穩定值的時間與穩定值之差的絕對值

D.系統輸出從穩定值到達到穩定值的時間與設定值之差的絕對值

18.在控制系統中，開環控制系統與閉環控制系統的主要區別在于（）

A.控制信號

B.反饋環節

C.執行機構

D.控制器

19.在計算機控制系統中，常用的編程語言是（）

A.C語言

B.C++語言

C.Python

D.以上都是

20.在控制系統中，系統的過渡過程是指（）

A.系統輸出從穩定值到達到穩定值所需的時間

B.系統輸出從設定值到達到穩定值所需的時間

C.系統輸出從設定值到達到穩定值的時間與穩定值之差的絕對值

D.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間，且不超過穩定值的10%

21.在計算機控制系統中，常用的存儲設備是（）

A.硬盤

B.光盤

C.U盤

D.以上都是

22.在控制系統中，系統的魯棒性是指（）

A.系統輸出從設定值到達到穩定值所需的時間

B.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間

C.系統輸出從設定值到達到穩定值的時間與穩定值之差的絕對值

D.系統在面臨不確定因素時，仍然能夠保持良好的控制性能

23.在控制系統中，系統的抗干擾性是指（）

A.系統輸出從設定值到達到穩定值所需的時間

B.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間

C.系統輸出從設定值到達到穩定值的時間與穩定值之差的絕對值

D.系統在面臨干擾信號時，仍然能夠保持良好的控制性能

24.在計算機控制系統中，常用的輸入接口是（）

A.RS-232

B.USB

C.RS-485

D.以上都是

25.在控制系統中，系統的動態性能指標中，超調量是指（）

A.系統輸出從穩定值到達到穩定值所需的時間

B.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間

C.系統輸出從設定值到達到穩定值的時間與穩定值之差的絕對值

D.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間，且不超過穩定值的10%

26.在計算機控制系統中，常用的輸出接口是（）

A.RS-232

B.USB

C.RS-485

D.以上都是

27.在控制系統中，系統的相對穩定性是指（）

A.系統輸出從設定值到達到穩定值所需的時間

B.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間

C.系統輸出從設定值到達到穩定值的時間與穩定值之差的絕對值

D.系統在面臨不確定因素時，仍然能夠保持良好的控制性能

28.在計算機控制系統中，常用的輸入傳感器是（）

A.溫度傳感器

B.壓力傳感器

C.光電傳感器

D.以上都是

29.在控制系統中，系統的快速性是指（）

A.系統輸出從穩定值到達到穩定值所需的時間

B.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間

C.系統輸出從設定值到達到穩定值的時間與穩定值之差的絕對值

D.系統輸出從穩定值到達到設定值所需的時間，且不超過穩定值的10%

30.在計算機控制系統中，常用的執行器是（）

A.電機

B.氣缸

C.步進電機

D.以上都是

二、多選題（本題共20小題，每小題1分，共20分，在每小題給出的選項中，至少有一項是符合題目要求的）

1.計算機控制系統設計時需要考慮的主要因素包括（）

A.系統的精度

B.系統的響應速度

C.系統的穩定性

D.系統的成本

2.PID控制器的優點包括（）

A.結構簡單

B.參數整定方便

C.穩態誤差小

D.魯棒性好

3.控制系統中的反饋類型有（）

A.正反饋

B.負反饋

C.位置反饋

D.速度反饋

4.計算機控制系統中的傳感器類型包括（）

A.溫度傳感器

B.壓力傳感器

C.光電傳感器

D.位移傳感器

5.控制系統的動態性能指標有（）

A.上升時間

B.調節時間

C.超調量

D.靜態誤差

6.PID控制器參數整定的方法有（）

A.試湊法

B.Ziegler-Nichols方法

C.離散化方法

D.頻率響應法

7.控制系統的穩定性分析方法有（）

A.波德圖法

B.奈奎斯特穩定判據

C.奇異值定理

D.李雅普諾夫穩定性定理

8.計算機控制系統中的執行器類型包括（）

A.電機

B.氣缸

C.步進電機

D.液壓缸

9.控制系統中的反饋環節可以是（）

A.位置反饋

B.速度反饋

C.加速度反饋

D.溫度反饋

10.計算機控制系統中的輸入設備包括（）

A.鍵盤

B.鼠標

C.觸摸屏

D.PLC

11.控制系統中的輸出設備包括（）

A.顯示器

B.打印機

C.執行器

D.PLC

12.計算機控制系統中的接口類型包括（）

A.USB

B.RS-232

C.RS-485

D.以太網

13.控制系統中的狀態空間分析方法包括（）

A.狀態變量法

B.輔助方程法

C.矩陣方法

D.線性代數方法

14.計算機控制系統中的離散化方法包括（）

A.梯形法

B.楚安法

C.雙線性變換法

D.Z變換法

15.控制系統中的頻率響應分析方法包括（）

A.波德圖法

B.尼奎斯特圖法

C.奈奎斯特穩定判據

D.李雅普諾夫穩定性定理

16.計算機控制系統中的控制算法包括（）

A.PID控制

B.模糊控制

C.神經網絡控制

D.線性控制

17.控制系統中的自適應控制方法包括（）

A.參數自適應

B.結構自適應

C.模型自適應

D.狀態自適應

18.計算機控制系統中的預測控制方法包括（）

A.線性預測

B.非線性預測

C.自回歸預測

D.移動平均預測

19.控制系統中的智能控制方法包括（）

A.專家系統

B.機器學習

C.人工智能

D.神經網絡

20.計算機控制系統中的分布式控制系統包括（）

A.現場總線控制系統

B.傳感器網絡控制系統

C.物聯網控制系統

D.云控制系統

三、填空題（本題共25小題，每小題1分，共25分，請將正確答案填到題目空白處）

1.計算機控制系統中的______負責接收控制信號并執行相應的動作。

2.PID控制器中的______參數用于調整控制器的比例作用。

3.在控制系統中，奈奎斯特穩定判據通過______判斷系統的穩定性。

4.離散控制系統的穩定性分析常用______方法。

5.計算機控制系統中的______負責將控制信號轉換為執行機構的動作。

6.PID控制器中的______參數用于調整控制器的積分作用。

7.控制系統的動態性能指標中，______表示系統響應達到穩定值所需的時間。

8.在控制系統中，______反饋可以提供系統輸出與設定值之間的誤差信號。

9.計算機控制系統中的______負責檢測系統狀態并將信息反饋給控制器。

10.PID控制器中的______參數用于調整控制器的微分作用。

11.控制系統的穩定性分析中，______是判斷系統穩定性的一個重要指標。

12.離散控制系統的設計常用______方法實現。

13.計算機控制系統中的______負責接收外部輸入信號。

14.PID控制器是一種______控制器，它結合了比例、積分和微分控制。

15.控制系統的動態性能指標中，______表示系統響應達到穩定值時與設定值的偏差。

16.計算機控制系統中的______負責處理控制算法并將結果輸出給執行機構。

17.在控制系統中，______反饋可以提高系統的魯棒性。

18.PID控制器參數整定時，______法是一種常用的試湊方法。

19.計算機控制系統中的______負責存儲和傳輸數據。

20.控制系統的動態性能指標中，______表示系統響應從穩定值回到設定值所需的時間。

21.在控制系統中，______是系統輸出信號的一種分析方法。

22.計算機控制系統中的______負責執行控制算法。

23.PID控制器參數整定時，______法是一種基于頻率響應的分析方法。

24.控制系統的動態性能指標中，______表示系統響應達到穩定值時超調的大小。

25.計算機控制系統中的______負責將執行機構的動作轉換為控制信號。

四、判斷題（本題共20小題，每題0.5分，共10分，正確的請在答題括號中畫√，錯誤的畫×）

1.計算機控制系統中的反饋環節只能提供正反饋。（）

2.PID控制器中的P、I、D分別代表比例、積分、微分控制作用。（）

3.在控制系統中，系統的穩定性與系統的增益無關。（）

4.離散控制系統的穩定性可以通過Z變換分析。（）

5.計算機控制系統中的傳感器可以同時測量多個物理量。（）

6.PID控制器參數整定過程中，超調量越小，系統的穩定性越好。（）

7.在控制系統中，系統的動態性能指標中的上升時間表示系統響應達到設定值所需的時間。（）

8.計算機控制系統中的執行器可以將電信號轉換為機械動作。（）

9.控制系統的穩定性分析中，波德圖法適用于所有類型的系統。（）

10.離散控制系統的設計可以通過離散化連續控制系統的傳遞函數實現。（）

11.PID控制器參數整定過程中，試湊法是一種基于實驗的方法。（）

12.在控制系統中，系統的抗干擾性是指系統在受到干擾時仍能保持穩定的能力。（）

13.計算機控制系統中的傳感器輸出信號總是與被測物理量成線性關系。（）

14.PID控制器參數整定過程中，Ziegler-Nichols方法適用于所有類型的系統。（）

15.控制系統的動態性能指標中的調節時間表示系統響應從穩定值回到設定值所需的時間。（）

16.計算機控制系統中的接口負責將計算機與其他設備連接。（）

17.在控制系統中，系統的快速性是指系統響應達到穩定值所需的時間。（）

18.PID控制器參數整定過程中，頻率響應法適用于線性系統。（）

19.計算機控制系統中的控制器負責根據傳感器反饋和設定值計算控制信號。（）

20.在控制系統中，系統的魯棒性是指系統在面臨不確定因素時仍能保持穩定的能力。（）

五、主觀題（本題共4小題，每題5分，共20分）

1.請簡要闡述計算機控制系統設計與實現的主要步驟，并說明每一步驟的關鍵點和注意事項。

2.解釋什么是PID控制器的參數整定，并列舉至少三種常用的參數整定方法，分別說明其原理和適用場景。

3.論述在計算機控制系統設計中，如何選擇合適的傳感器，并分析傳感器選擇對系統性能的影響。

4.結合實際應用，舉例說明計算機控制系統在工業自動化領域的應用，并討論其在提高生產效率和產品質量方面的優勢。

六、案例題（本題共2小題，每題5分，共10分）

1.案例題：設計一個簡單的溫度控制系統，要求系統能夠根據設定的溫度值自動調節加熱器的功率，以維持室溫的穩定。請描述系統設計的主要步驟，包括系統架構、傳感器選擇、控制器設計、執行機構選擇等，并簡要說明如何進行系統調試和測試。

2.案例題：某工廠的生產線需要控制系統中的傳送帶速度，以保證產品在傳輸過程中達到規定的精度。請設計一個控制系統，包括傳感器、控制器和執行機構的選擇，并分析如何通過系統設計來保證傳送帶速度的穩定性和準確性。同時，討論如何應對可能出現的系統擾動。

標準答案

一、單項選擇題

1.D

2.A

3.B

4.C

5.D

6.A

7.A

8.C

9.B

10.B

11.D

12.B

13.B

14.D

15.B

16.D

17.D

18.B

19.D

20.C

21.D

22.D

23.D

24.D

25.A

二、多選題

1.ABCD

2.ABD

3.ABC

4.ABCD

5.ABC

6.AB

7.AB

8.ABCD

9.ABC

10.ABCD

11.ABCD

12.ABD

13.ABC

14.AC

15.ABD

16.ABCD

17.ABC

18.ABC

19.ABCD

20.ABCD

三、填空題

1.執行器

2.比例

3.奈奎斯特圖