2023年物联网控制技术期末复习题汇总

一、 单选题

1. 下列关于微分环节的控制作用描述中正确的是（ D ）

   A、使相位滞后    B、减小系统的阻尼    C、抗高频干扰    D、使相位超前

2. 系统输出的拉氏变换完全取决于：（ B  ）

   A、系统的传递函数的极点位置    B、系统的初始状态、输入及其传递函数

   C、系统的传递函数                        D、系统的固有特性

3. 通过无线网络与互联网的融合，将物体的实体信息实时准确地传递给用户，指的是（  A ）

   A、可靠传递            B、全面感知            C、智能处理            D、互联网

4. 第三次信息技术革命指的是（ B  ）

   A、互联网                B、物联网               C、智慧地球             D、感知中国

5. 三层结构类型的物联网不包括（ D  ）

   A、感知层                B、网络层               C、应用层                D、会话层

6. 力敏传感器接受（ A  ）信息，并转化为电信号。

   A、力            B、声            C、光            D、位置

7. 声敏传感器接受（  B ）信息，并转化为电信号。

   A、力            B、声            C、光            D、位置

8. 在环境监控系统中一般不常用到的传感器类型有（ B  ）。

   A、温度传感器            B、速度传感器            C、照度传感器            D、湿度传感器

9. 相位滞后校正环节相当于：（ A  ）

   A、低通滤波器            B、高通滤波器            C、带通滤波器            D、带阻滤波器

10. PI控制类似于：（ C  ）

    A、增益调整                B、相位超前校正        C、相位滞后校正        D、相位滞后-超前校正

11. 利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息，指的是（ B  ）。

    A、可靠传递                B、全面感知                C、智能处理                D、互联网

12. 运用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制，指的是（  C ）。

    A、可靠传递                B、全面感知                C、智能处理                D、互联网

13. 位移传感器接受（ D  ）信息，并转化为电信号。

    A、力            B、声            C、光            D、位置

14. 光敏传感器接受（  C ）信息，并转化为电信号。

    A、力            B、声            C、光            D、位置

15. 物联网控制系统是以（ A ）为基础的计算机控制系统。

    A、物联网            B、总线            C、传感器            D、控制算法

16. 闭环控制与开环控制的主要区别在于（  B ）。

    A、闭环控制是一种计算机控制系统，而开环控制不是。

    B、闭环控制带反馈机制，而开环控制不带。

    C、闭环控制需要控制算法，而开环控制不需要。

    D、闭环控制需要传感器，而开环控制不需要。

17. PLC的最大特点是擅长处理大量的（ A  ）和（   ）。

    A、开关量    数字量        B、开关量    模拟量        C、数字量    模拟量        D、整数量    实数量

18. 集散控制系统是（ A  ）集中但（   ）分散的计算机网络系统。

    A、管理    控制            B、数据    执行            C、采集    控制            D、控制    感知

19. D/A转换器和A/D转换器的“D”代表（ A  ）。

    A、数字            B、开关            C、控制            D、模拟

20. PID控制器指的是（ A  ）、（   ）和（   ）控制器。

    A、比例    积分    微分                            B、积分    比例    微分

    C、微分    比例    积分                            D、微分    积分    比例

21. 在模糊集合中，隶属度是（  B ），描述了对应元素属于模糊集合的强度。

    A、整数            B、实数            C、符号            D、规则

22. 采用试凑法确定PID参数的时候，整定比例部分应按照（ B  ）变化原则选择Kp的值。

    A、从大到小            B、从小到大            C、随机            D、指数递减

23. 模糊控制以（ A  ）为基础，运用语言规则表示方法和先进的计算机技术，由模糊推理进行决策的一种高级计算机控制策略。

    A、模糊数学            B、线性代数            C、规则            D、经验

二、 多选题

24. ZigBee网络拓扑类型包括（ ABD  ）。

    A、星型            B、网状            C、环形            D、树形

25. 物联网的主要特征（  ACD ）。

    A、全面感知            B、功能强大            C、智能处理            D、可靠传送

26. 在环境监控系统中一般常用到的传感器类型有（  ACD ）。

    A、温度传感器        B、速度传感器        C、照度传感器        D、湿度传感器

27. 作为一种聚合性、系统性的创新应用与发展，它被誉为信息产业的第三次革命性创新，其本质主要体现在哪些方面（  ABCD ）。

    A、网络互连            B、识别与通信        C、智能化                D、精准化

28. 物联网系统中，信息表现为（ ABCD  ）。

    A、多样性                                      B、数据量的巨大性                

    C、数据关系的复杂性                   D、数据处理所要求的实时性、准确性和可靠性

29. 为了减少乃至消除叠加在采样数据中随机干扰信号值的影响，经常对采样信号进行数字滤波，以保证控制的精度和系统工作的可靠性，常见的数字滤波方法有哪些（ ABCD  ）。

    A、中值滤波            B、加权平均值滤波            C、低通滤波            D、滑动平均值滤波

三、 判断题

1. 根据控制策略的生成是否在本地控制回路中，物联网控制系统结构可以分为：直接网络控制结构和间接网络控制结构。（ A ）

   A、对 B、错

2. 与传统的反馈控制系统相比，物联网控制系统中传感器、控制器和执行器必须经过专用回路直接相连。（ B ）

   A、对 B、错

3. 物联网系统是一个简单的线性系统。（ B ）

   A、对 B、错

4. PLC与机器人和CAD/CAM成为现代工业控制的三大支柱。（ A ）

   A、对 B、错

5. 集散控制系统是分布式计算机控制系统。（ A ）

   A、对 B、错

6. 集散控制系统是一种单计算机系统，实现递阶控制结构。（ B ）

   A、对 B、错

7. 为了能用一套检测装置来实现多点检测，计算机系统中一般采用多路巡回检测装置。（ B ）

   A、对 B、错

8. 从控制原理的角度，PID控制调节器是参数可调整的PID控制器。（ A ）

   A、对 B、错

9. 标准的PID控制算式，对具有高频扰动的生产过程微分作用响应过于灵敏，容易引起控制过程振荡，降低调节品质。（ A ）

   A、对 B、错

10. 模糊控制器的输入和输出量都是精确量，不是模糊量。（ A ）

    A、对 B、错

11. 数字PID控制可以被认为是准连续PID控制，一般仍沿用连续PID控制的参数整定方法。（ A ）

    A、对 B、错

12. 继电器一般由输入感测机构和输出执行机构两部分组成。（ A ）

    A、对 B、错

13. 干扰对测控系统造成的后果主要包括：数据误差加大、控制状态失灵、数据存储器中的数据失真、程序运行失常。（ A ）

    A、对 B、错

14. 容错是在容忍和承认错误的前提下，考虑如何消除、抑制和减少错误影响。（ A ）

    A、对 B、错

15. 软件可靠性是指软件在设计期间无故障运行的概率。（ B ）

    A、对 B、错

16. 软件设计的避错技术常采用结构化程序设计。（ A ）

    A、对 B、错

17. 软件测试的黑盒法用于测试程序内部逻辑结构。（ B ）

    A、对 B、错

18. 设计计算机控制系统时，多采用硬件可以提高系统的快速性。（ A ）

    A、对 B、错

19. 设计计算机控制系统时，多采用软件可以提高系统的快速性。（ B ）

    A、对 B、错

20. 计算机控制系统控制模块的调试可分为开环和闭环测试。（ A ）

    A、对 B、错

21. 计算机控制系统控制模块的闭环调试是检查响应特性。（ B ）

    A、对 B、错

四、 填空题

1. 控制系统由 ( 控制器 )和( 控制对象 ) 两部分组成。

2. 模糊逻辑控制的过程主要有三个步骤：模糊化过程、 ( 模糊逻辑推理过程 )和 ( 精确化计算过程 ) 。

3. 对于控制系统的基本要求表现为三个方面，分别是：( 稳定性 )，( 快速性 )，( 准确性 )。

4. 建立系统数学模型的方法有 ( 分析法 ) 和 ( 实验法 ) 两种。

5. 传递函数的定义是对于线性定常系统，在（ 零初始 ）的条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的（ 拉氏变换 ）之比。

6. 对于控制系统的基本要求表现为三个方面，分别是：（ 稳定性 ），（ 快速性 ），（ 准确性 ）。

7. 通常以数学的（ 概率 ）度量系统的可靠性。

8. 若系统在工作时出现与设计规定的功能不一致的情况而导致错误的结果，则称系统出了（ 故障 ）。

9. 计算机控制系统所受干扰中，以（ 电源 ）干扰影响最大。

10. 看门狗电路的应用场合：对系统“（ 跑飞 ）”程序自动恢复。

11. 设计计算机控制系统时应遵循的共同设计原则包括：（ 可靠性高 ）、操作性好、实时性强、通用性好、经济效益高。

12. 计算机控制系统的调试包括：硬件调试、软件调试、（ 模拟调试 ）、现场投运。

13. 物联网控制模式主要包括远程控制模式、（ 本地控制模式 ）和调度控制模式。

14. 计算机控制系统中，大致包括的故障种类包括（ 系统故障 ）、硬件故障和软件故障

15. 硬件冗余基本有三种形式，即（ 硬件堆积冗余 ）、待命储备冗余和混合冗余。

16. 软件容错有两种基本方法，即（ 恢复块方法）和N文本方法。

17. 软件测试过程主要包括（ 模块测试 ）、（ 整体测试 ）、有效性测试和系统测试4部分组成。

五、 简答题

1. 在PID控制中，比例环节的作用是什么？（P93）

   比例控制实际上是在前行通道中增加一个参数可以调整的比例环节，增大Kp就增加了开环传递函数增益，从而减小稳态误差，但降低了系统稳定性。

2. 试比较485总线和CAN总线的异同？

   ① 物理层：485总线使用差分信号传输，而CAN总线使用双绞线传输。

   ② 通信速率：485总线的通信速率范围较大，而CAN总线通常具有固定的通信速率（1 Mbps）。

   ③ 网络拓扑：485总线使用多主机模式，而CAN总线使用分布式的主从结构。

   ④ 数据帧格式：485总线使用异步串行通信，而CAN总线使用基于事件的帧格式。

   ⑤ 抗干扰性：485总线在电磁干扰环境下具有较好的抗干扰性能，而CAN总线的抗干扰能力稍差。

   ⑥ 使用领域：485总线广泛应用于工业自动化领域，而CAN总线主要用于汽车和机械领域。

   总的来说，485总线适用于长距离通信和复杂的多主机环境，而CAN总线适用于短距离通信和分布式主从结构。选择哪种总线取决于具体的应用需求和环境条件。

3. 相位超前校正与相位滞后校正在应用方面有何不同？

   相位超前校正用于提高系统响应速度和稳定性，通过提前输出信号的相位来减小系统的相位滞后。常见应用包括控制系统中的稳定性增益裕度调整和增加系统带宽以提高响应速度。

   相位滞后校正用于降低系统的振荡和不稳定性，通过延迟输出信号的相位来增加系统的相位滞后。常见应用包括控制系统中的稳定性增益裕度调整和减小系统带宽以降低振荡。

4. 在PID控制中，微分环节的作用是什么？（P94）

   比例微分控制实际上是在前向通道中增加了参数可以调整的比例环节和一阶微分环节，因此提高了系统动态性能。实际上，由于微分环节能够反映误差的变化，所以增加了预见性，从而改善系统控制性能。但同时系统噪声也因为微分环节而被放大。

5. 在总线通信中，解决冲突的方法有哪些？

   ① 基于时间：通过定义时间槽或时间窗口来避免冲突。

   ② 基于优先级：设备分配优先级，高优先级设备先发送以解决冲突。

   ③ 碰撞检测与重传：检测冲突发生后，终止当前传输并进行重传。

   ④ 仲裁机制：通过仲裁位或仲裁字段确定设备获得总线控制权。

   ⑤ 主从方式（485）与CSMA/CD（CAN）方式。

6. 模糊控制器常规设计的步骤怎样？应注意哪些问题？

   步骤：

   ① 确定系统模型和输入输出变量。 ② 进行模糊化和确定规则库。 ③ 设计推理机制和解模糊化方法。 ④ 进行系统仿真和参数调整。

   注意事项：

   ① 确保模糊化和解模糊化的准确性。 ② 考虑系统的非线性特性和控制要求来设计规则库。 ③ 调整参数以满足系统的响应和性能要求。 ④ 确保控制器的稳定性、鲁棒性和实时性。

7. 简述集散控制系统的本质。 （P40）

   集散控制系统的本质是：采用分散控制和集中管理的设计思想、分而自治和综合协调的设计原则以及层次化的体系结构。

8. 简述 PID 控制器中三个环节在控制中的作用。（P93~94）

   ① 比例控制增大Kp就增加了开环传递函数增益，从而减小稳态误差，但降低了系统稳定性。

   ② 比例积分控制增加比例和积分环节可以改进系统的稳态性能，增加一阶微分环节补偿了增加积分环节引起的系统动态性能下降，可以提高系统稳定性。

   ③ 比例微分控制提高了系统动态性能。

9. 实现软件容错的基本活动主要包括哪些？（P180）

   实现软件容错的基本活动有四个：故障检测、损坏估计、故障恢复和缺陷处理。

   故障检测是检测软件是否处于故障状态；从故障显露到故障检测需要一定的时间（潜伏期），这期间故障被传播，系统的一个或多个变量被改变，因此需要进行故障估计，以便进行故障恢复；故障恢复是指将软件从故障状态转移到非故障状态；缺陷处理是确定有缺陷的软件部件（导致软件故障的部件），并采用一定方法将其排除，使软件继续正常运行。

   软件容错有两种基本方法：恢复块方法和N文本方法。

10. 软件测试的种类主要包括哪些？（P182）

    软件测试的种类主要有动态测试、静态测试和程序正确性证明三种。

    动态测试指的是传统测试，通过观察运行发现错误；静态测试是人工评审软件文档或程序；程序正确性证明最常使用归纳法，提出一组命题，使用数学方法证明。

    两种测试方法：黑盒法测试软件的功能；白盒法测试软件的内部逻辑结构。

    软件测试的过程：模块测试；整体测试；有效性测试；系统测试。

11. 简述通常提高系统硬件可靠性的方法。（P177）

    ①采用可靠性搞得元部件进行完善的设计，获得一个高可靠性的单机系统 ；

    ②采用容错技术，获得一个高可靠的系统。

12. 简述软件测试执行的测试用例是什么。 （P181、182）

    所谓测试用例是指为了发现软件中的错误而设计的若干组输入数据，这些输入数据应尽可能全面地包括程序在使用时可能会出现的各种情况。

    正确答案： 黑盒法和白盒法。黑盒法可以测试软件的功能；白盒法可以测试程序的内部逻辑结构。

13. 简述物联网控制系统设计原则。（P198）

    ① 开放性与分散性；② 可靠性；③ 设备兼容性；④ 实时性；⑤ 环境适应性；⑥网络安全性。

14. 简述计算机控制系统设计的基本内容和主要步骤 。（P194~196）

    计算机控制系统设计的主要步骤：系统总体结构设计；控制算法设计；系统硬件设计与开发；系统软件设计与开发；系统调试。

15. 什么是开环控制系统？（P4)

    如果控制系统的被控量对系统没有控制作用，这种控制系统称为开环控制系统。如图所示。

    

16. 什么是闭环控制系统？（P5）

    如果系统的被控量直接或间接地参与控制，这种控制系统称为闭环控制系统或反馈控制系统。如图所示。

    

17. 什么是集散控制系统？（P12）

    集散控制系统（DCS），采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制的系统。

18. PLC的基本功能主要包括哪些？（P24）

    ① 多种控制功能；② 输入/输出功能；③ 数据存储与处理功能；④ 通信联网功能；⑤ 其他扩展功能。

19. 简述PLC的工作原理。 （P29）

    PLC的最大特点是擅长处理大量的开关量和数字量。PLC采用了巡回扫描的工作方式，一直在周而复始地循环扫描，并执行由系统软件规定好的任务。规定扫描周期是从扫描过程中的某一点开始，经过顺序扫描又回到该点。在一个扫描周期中除了要进行系统监控与自诊断外，还包括三个扫描过程：输入扫描过程、执行扫描过程和输出扫描过程。

20. 什么是传递函数？（P64）

    正确答案：传递函数是在用拉普拉斯变换方法求解线性常系数微分方程过程中引出的一种外部描述数学模型。

    在零初始条件下，线性定常系统（环节）输出的拉氏变换与输出的拉氏变换之比，称为该系统（环节）的传递函数，记为G(s)。

21. 简述步进电机的工作原理。（P168）

    通常电动机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一个矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一个角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度，转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数量、频率成正比，转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电动机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。即步进电动机能直接接收数字量的控制，所以非常适合用单片机进行控制。

22. 简述提高单机系统可靠性的措施。（P177）

    ①对元部件进行严格筛选，使用可靠的单个元件，并对元部件进行多道老化和严格检验；

    ②充分重视元部件安装的机械强度，以使机械运动（如振动）不会引起导线或焊接区的断裂。此外，对必要的元部件应进行机械加固。

    ③对组件采取涂漆和浇筑处理可以有效提高组件的机械强度。

    ④插座是发生故障的最常见组件，因此，应尽量少使用插座，或采用大的插座。

    ⑤抗温升保护，多数电子器件对温度比较敏感，因此需要设计足够强大的通风系统，必要时采取温度补偿措施。

23. 简述容错技术的基本含义。（P177）

    容错技术的含义是，在容忍和承认错误的前提下，考虑如何消除、抑制和减少错误影响的技术。常见的方法是利用各种冗余技术将可靠性较低的元件组成一个可靠性较高的系统，其实质是利用资源换取高的可靠性。

24. 简述物联网控制系统的设计原则。（P198）

    ①开放性与分散性；②实时性；③设备兼容性；④可靠性；⑤环境适应性；⑥网络安全性。

25. 在计算机控制系统中，系统调试的主要步骤包括哪些？（P197）

    ①系统硬件调试；②系统软件调试；④系统模拟调试；④现场在线测试。

26. 简述计算机控制系统的设计原则。（P193）

    ① 可靠性高；②操作性好；③实时性好；④通用性好；⑤经济效益好。

27. 简述计算机控制系统的设计步骤。（P194）

    ①系统中总体控制方案设计；②控制算法设计；③系统硬件设计与开发；④系统软件设计与开发；⑤系统调试。

六、 计算题

1. 系统传递函数方框图如下所示，求其传递函数，要求写出主要步骤和结果。（参考P67）

   

   

2. 系统传递函数方框图如下所示，求其传递函数，要求写出主要步骤和结果。

   

   

七、 论述题

1. 画出一个典型闭环控制系统结构示意图。

   

2. 

   （参考P26~P129），B’ 和B” 结果仍为高电压。

3. 在计算机控制系统中，看门狗的主要作用是什么？

   在计算机控制系统中，看门狗（Watchdog）的主要作用是监测系统的运行状态并进行自动恢复。

   看门狗是一种特殊的计时器，它周期性地计时并监测系统的运行状态。如果系统正常运行，会定期重置看门狗计时器，防止计时器溢出。然而，如果系统出现故障或死锁，无法及时重置看门狗计时器，计时器会溢出，触发看门狗复位。

   当看门狗复位被触发时，系统会自动进行恢复操作，例如重新启动系统或采取其他措施来解决故障。这样可以确保系统在遇到异常情况时能够自动恢复，保证系统的可靠性和稳定性。

   因此，看门狗在计算机控制系统中的主要作用用于检测由于干扰引起的系统出错并自动恢复运行，提高控制系统的可靠性和稳定性。

4. 试比较接触器和继电器的异同点。

   接触器是用来接通或分断电动机主电路或其他负载电路的控制电器，可以实现频繁的远距离自动控制。

   继电器是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，以实现远距离控制和保护的自动控制电器。

   异同点：

   1. 功能：接触器和继电器都用于控制电流的开关操作。它们可以将电路打开或关闭，控制电气设备的启动、停止和其他操作。

   2. 原理：接触器和继电器的工作原理都基于电磁吸引力。它们通过电磁线圈产生的磁场来控制机械触点的状态，从而实现电路的开关操作。

   不同点：

   1. 功率和负载：接触器通常用于大功率和大电流的负载控制，如电机启动和停止，而继电器更适用于小功率和小电流的负载控制，如电子电路中的信号传递。

   2. 触点类型：接触器通常具有多个触点，可以同时控制多个电路。而继电器通常只有一个或少数几个触点，适合于单一电路的控制。

   3. 机械结构：接触器的机械结构相对较大，通常由电磁线圈和机械触点组成，适合于工业环境。继电器的机械结构较小巧，常用于电子设备和控制板上。

   4. 使用寿命：由于接触器通常设计用于高功率负载和频繁的开关操作，因此其机械触点和线圈更耐用，具有更长的使用寿命。继电器的使用寿命相对较短。