工業(yè)控制系統(tǒng)的多變量控制策略考核試卷

工業(yè)控制系統(tǒng)的多變量控制策略考核試卷考生姓名：答題日期：得分：判卷人：

本次考核旨在評(píng)估考生對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)多變量控制策略的理解與應(yīng)用能力，包括系統(tǒng)分析、控制策略設(shè)計(jì)、參數(shù)整定及系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面。

一、單項(xiàng)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(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的）

1.工業(yè)控制系統(tǒng)中的多變量控制策略主要解決的問(wèn)題是：（）

A.單變量控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問(wèn)題

B.多變量系統(tǒng)的不穩(wěn)定性問(wèn)題

C.多變量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問(wèn)題

D.多變量系統(tǒng)的參數(shù)整定問(wèn)題

2.下列哪種控制策略適用于具有強(qiáng)耦合特性的工業(yè)控制系統(tǒng)？（）

A.最小方差控制

B.狀態(tài)反饋控制

C.多變量預(yù)測(cè)控制

D.線性二次型調(diào)節(jié)器

3.在多變量預(yù)測(cè)控制中，預(yù)測(cè)模型通常采用的方法是：（）

A.線性模型

B.非線性模型

C.黑盒模型

D.灰盒模型

4.多變量系統(tǒng)中的耦合效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)：（）

A.響應(yīng)速度變快

B.響應(yīng)速度變慢

C.響應(yīng)穩(wěn)定性增加

D.響應(yīng)穩(wěn)定性降低

5.多變量控制策略中的輸入輸出變量通常需要滿足的條件是：（）

A.線性關(guān)系

B.非線性關(guān)系

C.對(duì)稱性

D.非對(duì)稱性

6.在多變量控制系統(tǒng)中，若系統(tǒng)輸出存在純滯后，應(yīng)采用哪種控制策略？（）

A.比例-積分-微分控制

B.最小方差控制

C.狀態(tài)反饋控制

D.多變量預(yù)測(cè)控制

7.多變量控制策略中，用于描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的參數(shù)是：（）

A.系統(tǒng)增益

B.系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)

C.系統(tǒng)傳遞函數(shù)

D.系統(tǒng)靈敏度

8.多變量控制策略中的參數(shù)整定通常采用的方法是：（）

A.逐步整定法

B.遺傳算法

C.遺傳算法與模擬退火結(jié)合

D.模擬退火算法

9.在多變量預(yù)測(cè)控制中，預(yù)測(cè)步數(shù)的選擇應(yīng)考慮的因素是：（）

A.系統(tǒng)的階數(shù)

B.系統(tǒng)的穩(wěn)定性

C.系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系

D.系統(tǒng)的滯后時(shí)間

10.多變量控制策略中的性能指標(biāo)包括：（）

A.系統(tǒng)響應(yīng)速度

B.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差

C.系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間

D.以上都是

11.下列哪種控制策略適用于具有快速響應(yīng)要求的工業(yè)控制系統(tǒng)？（）

A.最小方差控制

B.狀態(tài)反饋控制

C.多變量預(yù)測(cè)控制

D.線性二次型調(diào)節(jié)器

12.多變量控制策略中的狀態(tài)變量是指：（）

A.系統(tǒng)輸入變量

B.系統(tǒng)輸出變量

C.系統(tǒng)內(nèi)部變量

D.系統(tǒng)外部變量

13.在多變量預(yù)測(cè)控制中，控制律的設(shè)計(jì)通常采用的方法是：（）

A.模型預(yù)測(cè)控制

B.線性二次型優(yōu)化

C.遺傳算法

D.模擬退火算法

14.多變量控制策略中的耦合矩陣反映了系統(tǒng)中的：（）

A.輸入輸出關(guān)系

B.內(nèi)部變量關(guān)系

C.狀態(tài)變量關(guān)系

D.以上都是

15.下列哪種控制策略適用于具有復(fù)雜動(dòng)態(tài)特性的工業(yè)控制系統(tǒng)？（）

A.最小方差控制

B.狀態(tài)反饋控制

C.多變量預(yù)測(cè)控制

D.線性二次型調(diào)節(jié)器

16.多變量控制策略中的控制對(duì)象是指：（）

A.系統(tǒng)輸入

B.系統(tǒng)輸出

C.系統(tǒng)內(nèi)部變量

D.系統(tǒng)外部變量

17.在多變量控制策略中，若系統(tǒng)存在耦合，則系統(tǒng)穩(wěn)定性分析應(yīng)考慮的因素是：（）

A.耦合矩陣的奇異性

B.耦合矩陣的秩

C.耦合矩陣的行列式

D.以上都是

18.多變量控制策略中的系統(tǒng)模型通常采用的方法是：（）

A.線性模型

B.非線性模型

C.黑盒模型

D.灰盒模型

19.在多變量預(yù)測(cè)控制中，控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素是：（）

A.系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系

B.系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

C.系統(tǒng)的耦合效應(yīng)

D.以上都是

20.下列哪種控制策略適用于具有非線性特性的工業(yè)控制系統(tǒng)？（）

A.最小方差控制

B.狀態(tài)反饋控制

C.多變量預(yù)測(cè)控制

D.線性二次型調(diào)節(jié)器

21.多變量控制策略中的系統(tǒng)性能指標(biāo)包括：（）

A.系統(tǒng)響應(yīng)速度

B.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差

C.系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間

D.以上都是

22.在多變量控制策略中，若系統(tǒng)輸出存在純滯后，則系統(tǒng)穩(wěn)定性分析應(yīng)考慮的因素是：（）

A.系統(tǒng)的階數(shù)

B.系統(tǒng)的滯后時(shí)間

C.系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系

D.以上都是

23.下列哪種控制策略適用于具有慢速響應(yīng)要求的工業(yè)控制系統(tǒng)？（）

A.最小方差控制

B.狀態(tài)反饋控制

C.多變量預(yù)測(cè)控制

D.線性二次型調(diào)節(jié)器

24.多變量控制策略中的耦合矩陣反映了系統(tǒng)中的：（）

A.輸入輸出關(guān)系

B.內(nèi)部變量關(guān)系

C.狀態(tài)變量關(guān)系

D.以上都是

25.在多變量控制策略中，若系統(tǒng)存在耦合，則系統(tǒng)穩(wěn)定性分析應(yīng)考慮的因素是：（）

A.耦合矩陣的奇異性

B.耦合矩陣的秩

C.耦合矩陣的行列式

D.以上都是

26.多變量控制策略中的系統(tǒng)模型通常采用的方法是：（）

A.線性模型

B.非線性模型

C.黑盒模型

D.灰盒模型

27.在多變量預(yù)測(cè)控制中，控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素是：（）

A.系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系

B.系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

C.系統(tǒng)的耦合效應(yīng)

D.以上都是

28.下列哪種控制策略適用于具有非線性特性的工業(yè)控制系統(tǒng)？（）

A.最小方差控制

B.狀態(tài)反饋控制

C.多變量預(yù)測(cè)控制

D.線性二次型調(diào)節(jié)器

29.多變量控制策略中的系統(tǒng)性能指標(biāo)包括：（）

A.系統(tǒng)響應(yīng)速度

B.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差

C.系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間

D.以上都是

30.在多變量控制策略中，若系統(tǒng)輸出存在純滯后，則系統(tǒng)穩(wěn)定性分析應(yīng)考慮的因素是：（）

A.系統(tǒng)的階數(shù)

B.系統(tǒng)的滯后時(shí)間

C.系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系

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(xiàng)中，至少有一項(xiàng)是符合題目要求的）

1.多變量控制策略中，以下哪些是影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的因素？（）

A.系統(tǒng)的階數(shù)

B.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

C.系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系

D.系統(tǒng)的噪聲水平

2.在多變量預(yù)測(cè)控制中，以下哪些是控制律設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟？（）

A.預(yù)測(cè)模型的建立

B.目標(biāo)函數(shù)的確定

C.控制變量的選擇

D.控制律的優(yōu)化

3.多變量控制策略中，以下哪些方法可以用于系統(tǒng)穩(wěn)定性分析？（）

A.穩(wěn)態(tài)增益分析

B.奇異值分解

C.穩(wěn)定裕度分析

D.穩(wěn)態(tài)誤差分析

4.以下哪些是多變量控制策略中的耦合效應(yīng)的表現(xiàn)？（）

A.輸出變量間的相互干擾

B.控制變量間的相互干擾

C.系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)

D.系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間增加

5.多變量控制策略中，以下哪些是系統(tǒng)建模時(shí)需要考慮的因素？（）

A.系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

B.系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系

C.系統(tǒng)的噪聲水平

D.系統(tǒng)的測(cè)量誤差

6.在多變量預(yù)測(cè)控制中，以下哪些是預(yù)測(cè)模型的類型？（）

A.線性時(shí)不變模型

B.線性時(shí)變模型

C.非線性模型

D.黑盒模型

7.多變量控制策略中，以下哪些是參數(shù)整定的方法？（）

A.逐步整定法

B.遺傳算法

C.模擬退火算法

D.預(yù)測(cè)控制參數(shù)整定

8.以下哪些是多變量控制策略中的性能指標(biāo)？（）

A.系統(tǒng)響應(yīng)速度

B.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差

C.系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間

D.系統(tǒng)魯棒性

9.多變量控制策略中，以下哪些是系統(tǒng)建模的方法？（）

A.輸入輸出法

B.狀態(tài)空間法

C.傳遞函數(shù)法

D.集成法

10.在多變量預(yù)測(cè)控制中，以下哪些是控制律優(yōu)化的目標(biāo)？（）

A.最小化控制作用

B.最小化跟蹤誤差

C.增強(qiáng)系統(tǒng)魯棒性

D.提高系統(tǒng)響應(yīng)速度

11.多變量控制策略中，以下哪些是系統(tǒng)建模時(shí)可能遇到的困難？（）

A.系統(tǒng)的非線性特性

B.系統(tǒng)的時(shí)變性

C.系統(tǒng)的噪聲干擾

D.系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系復(fù)雜

12.在多變量預(yù)測(cè)控制中，以下哪些是控制器的結(jié)構(gòu)？（）

A.預(yù)測(cè)器

B.目標(biāo)跟蹤器

C.控制律生成器

D.執(zhí)行器

13.以下哪些是多變量控制策略中的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法？（）

A.穩(wěn)態(tài)增益分析

B.奇異值分解

C.穩(wěn)定裕度分析

D.穩(wěn)態(tài)誤差分析

14.多變量控制策略中，以下哪些是系統(tǒng)建模時(shí)需要考慮的模型類型？（）

A.線性模型

B.非線性模型

C.時(shí)變模型

D.時(shí)不變模型

15.在多變量預(yù)測(cè)控制中，以下哪些是控制律設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素？（）

A.預(yù)測(cè)模型的精度

B.目標(biāo)函數(shù)的選擇

C.控制變量的選擇

D.控制律的優(yōu)化算法

16.多變量控制策略中，以下哪些是系統(tǒng)建模的方法？（）

A.輸入輸出法

B.狀態(tài)空間法

C.傳遞函數(shù)法

D.灰盒建模

17.以下哪些是多變量控制策略中的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)？（）

A.系統(tǒng)響應(yīng)速度

B.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差

C.系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間

D.系統(tǒng)魯棒性

18.在多變量預(yù)測(cè)控制中，以下哪些是控制器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟？（）

A.預(yù)測(cè)模型的建立

B.目標(biāo)函數(shù)的確定

C.控制律的生成

D.執(zhí)行器的選擇

19.多變量控制策略中，以下哪些是系統(tǒng)建模時(shí)可能遇到的挑戰(zhàn)？（）

A.系統(tǒng)的非線性特性

B.系統(tǒng)的時(shí)變性

C.系統(tǒng)的測(cè)量誤差

D.系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系復(fù)雜

20.以下哪些是多變量控制策略中的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法？（）

A.穩(wěn)態(tài)增益分析

B.奇異值分解

C.穩(wěn)定裕度分析

D.系統(tǒng)特征值分析

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

1.多變量控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題是______，它導(dǎo)致了系統(tǒng)輸出的相互干擾。

2.多變量預(yù)測(cè)控制中的核心是______，它用于預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)的輸出。

3.在多變量控制策略中，______是描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵參數(shù)。

4.多變量控制系統(tǒng)中，耦合矩陣的秩小于系統(tǒng)階數(shù)時(shí)，系統(tǒng)可能存在______。

5.多變量控制策略中，______用于描述系統(tǒng)輸入輸出變量之間的關(guān)系。

6.多變量預(yù)測(cè)控制中的______步驟負(fù)責(zé)根據(jù)預(yù)測(cè)模型和控制目標(biāo)計(jì)算控制變量。

7.在多變量控制策略中，______用于評(píng)估系統(tǒng)性能。

8.多變量控制系統(tǒng)中的______是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素。

9.多變量預(yù)測(cè)控制中的______模型用于描述系統(tǒng)輸入輸出變量的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

10.多變量控制策略中，______是系統(tǒng)建模的基本方法之一。

11.在多變量預(yù)測(cè)控制中，______是控制律設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)。

12.多變量控制系統(tǒng)中的______是指系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下的誤差。

13.多變量控制策略中，______是系統(tǒng)建模時(shí)需要考慮的系統(tǒng)特性。

14.多變量預(yù)測(cè)控制中的______步驟負(fù)責(zé)根據(jù)預(yù)測(cè)模型和目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化控制律。

15.在多變量控制策略中，______是系統(tǒng)建模時(shí)需要考慮的系統(tǒng)輸入。

16.多變量控制系統(tǒng)中的______是系統(tǒng)建模時(shí)需要考慮的系統(tǒng)輸出。

17.多變量預(yù)測(cè)控制中的______是控制器的核心組成部分。

18.在多變量控制策略中，______是系統(tǒng)建模時(shí)需要考慮的系統(tǒng)噪聲。

19.多變量控制系統(tǒng)中的______是描述系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的一種數(shù)學(xué)模型。

20.多變量預(yù)測(cè)控制中的______是控制律優(yōu)化的關(guān)鍵步驟。

21.在多變量控制策略中，______是系統(tǒng)建模時(shí)需要考慮的系統(tǒng)滯后。

22.多變量控制系統(tǒng)中的______是描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)工具。

23.多變量預(yù)測(cè)控制中的______是控制器的執(zhí)行部分。

24.在多變量控制策略中，______是系統(tǒng)建模時(shí)需要考慮的系統(tǒng)干擾。

25.多變量控制系統(tǒng)中的______是影響系統(tǒng)響應(yīng)速度的重要因素。

四、判斷題（本題共20小題，每題0.5分，共10分，正確的請(qǐng)?jiān)诖痤}括號(hào)中畫√，錯(cuò)誤的畫×）

1.多變量控制系統(tǒng)中的耦合效應(yīng)只會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（）

2.多變量預(yù)測(cè)控制中的預(yù)測(cè)模型必須完全精確，否則控制效果會(huì)變差。（）

3.在多變量控制策略中，狀態(tài)反饋控制可以消除系統(tǒng)中的耦合效應(yīng)。（）

4.多變量控制系統(tǒng)中的傳遞函數(shù)可以完全描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。（）

5.多變量控制策略中的最小方差控制適用于所有類型的工業(yè)控制系統(tǒng)。（）

6.多變量預(yù)測(cè)控制中的控制律優(yōu)化過(guò)程總是能夠找到最優(yōu)解。（）

7.在多變量控制策略中，線性二次型調(diào)節(jié)器是一種常用的系統(tǒng)建模方法。（）

8.多變量控制系統(tǒng)中的系統(tǒng)模型建立得越復(fù)雜，控制效果越好。（）

9.多變量預(yù)測(cè)控制中的預(yù)測(cè)步數(shù)越多，控制效果越好。（）

10.在多變量控制策略中，系統(tǒng)穩(wěn)定性分析主要是通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的特征值來(lái)進(jìn)行的。（）

11.多變量控制策略中的耦合矩陣的秩大于系統(tǒng)階數(shù)時(shí)，系統(tǒng)一定不穩(wěn)定。（）

12.多變量預(yù)測(cè)控制中的控制律生成器負(fù)責(zé)根據(jù)預(yù)測(cè)模型和控制目標(biāo)生成控制變量。（）

13.在多變量控制策略中，系統(tǒng)建模的主要目的是為了提高控制精度。（）

14.多變量控制系統(tǒng)中的系統(tǒng)模型建立得越準(zhǔn)確，控制效果越好。（）

15.多變量預(yù)測(cè)控制中的預(yù)測(cè)模型通常采用線性時(shí)不變模型。（）

16.在多變量控制策略中，參數(shù)整定是控制律設(shè)計(jì)后的最后一步。（）

17.多變量控制系統(tǒng)中的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析主要是通過(guò)分析系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來(lái)進(jìn)行的。（）

18.多變量預(yù)測(cè)控制中的控制律優(yōu)化過(guò)程可以通過(guò)遺傳算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。（）

19.在多變量控制策略中，系統(tǒng)建模時(shí)需要考慮的系統(tǒng)輸入包括外部干擾和測(cè)量噪聲。（）

20.多變量控制系統(tǒng)中的耦合矩陣反映了系統(tǒng)輸入輸出變量之間的相互影響。（）

五、主觀題（本題共4小題，每題5分，共20分）

1.請(qǐng)簡(jiǎn)述多變量控制系統(tǒng)中的耦合效應(yīng)及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

2.論述多變量預(yù)測(cè)控制策略的原理，并說(shuō)明其在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3.分析多變量控制策略中參數(shù)整定的重要性，并介紹幾種常用的參數(shù)整定方法。

4.針對(duì)具有強(qiáng)耦合特性的工業(yè)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個(gè)多變量控制策略，并說(shuō)明其設(shè)計(jì)步驟和關(guān)鍵點(diǎn)。

六、案例題（本題共2小題，每題5分，共10分）

1.案例題：某化工生產(chǎn)過(guò)程中，存在一個(gè)多變量控制系統(tǒng)，其中有兩個(gè)主要控制變量分別為溫度和壓力，以及一個(gè)被控變量為產(chǎn)品質(zhì)量。已知該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型如下：

\[G(s)=\frac{1}{(s+1)(s+2)}\]

\[H(s)=\frac{1}{s+3}\]

請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)多變量預(yù)測(cè)控制策略，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和壓力的同時(shí)控制，并確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。要求：

（1）簡(jiǎn)述所選擇的控制策略類型及其設(shè)計(jì)原理；

（2）給出預(yù)測(cè)模型的建立方法；

（3）描述控制律的設(shè)計(jì)步驟。

2.案例題：某鋼鐵廠煉鋼過(guò)程中，存在一個(gè)多變量控制系統(tǒng)，其中涉及到多個(gè)變量，包括爐溫、爐壓、鋼水成分等。已知該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜，存在較強(qiáng)的耦合效應(yīng)?，F(xiàn)需設(shè)計(jì)一個(gè)多變量控制策略來(lái)優(yōu)化爐溫控制，提高煉鋼效率。

請(qǐng)根據(jù)以下要求完成設(shè)計(jì)：

（1）分析該系統(tǒng)的耦合效應(yīng)及其對(duì)爐溫控制的影響；

（2）設(shè)計(jì)一個(gè)多變量預(yù)測(cè)控制策略，并說(shuō)明其如何解決耦合效應(yīng)問(wèn)題；

（3）給出控制律的設(shè)計(jì)步驟，包括預(yù)測(cè)模型的建立、目標(biāo)函數(shù)的確定和控制變量的選擇。

標(biāo)準(zhǔn)答案

一、單項(xiàng)選擇題

1.C

2.C

3.A

4.D

5.D

6.D

7.C

8.B

9.D

10.D

11.C

12.C

13.A

14.D

15.C

16.B

17.D

18.A

19.D

20.D

21.D

22.D

23.B

24.D

25.D

26.A

27.D

28.C

29.D

30.D

二、多選題

1.ABC

2.ABCD

3.ABC

4.AB

5.ABC

6.ABCD

7.ABCD

8.ABCD

9.ABC

10.ABC

11.ABCD

12.ABCD

13.ABC

14.ABCD

15.ABC

16.ABC

17.ABCD

18.ABCD

19.ABC

20.ABCD

三、填空題

1.耦合效應(yīng)

2.預(yù)測(cè)模型

3.系統(tǒng)傳遞函數(shù)

4.不穩(wěn)定

5.傳遞函數(shù)

6.模型預(yù)測(cè)

7.性能指標(biāo)

8.耦合矩陣

9.線性時(shí)不變

10.輸入輸出法

11.目標(biāo)函數(shù)

12.穩(wěn)態(tài)誤差

13.系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性

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