控制系统面试问题

以下列出了最常被问到的控制系统面试问题及答案。

1) 什么是系统？

当连接在一起的许多元素执行特定功能时，这一组元素就被称为一个系统，或者说各种组件为了特定任务的互连被称为系统。例子：汽车。

2) 什么是控制系统？

任何一套使用控制回路来管理、调节或控制系统行为的机械或电子设备，都称为控制系统。它可以是一个小型控制设备，也可以是一个用于控制过程或机器的大型工业控制设备。

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3) 控制系统有哪些类型？

控制系统有两种类型：

1. 开环控制系统。
2. 闭环控制系统。

4) 什么是开环和闭环控制系统？

开环控制系统：开环控制系统是指控制作用独立于期望输出信号的系统。例子：自动洗衣机、电热水棒。

闭环控制系统：闭环控制系统是指控制作用依赖于期望输出的系统。例子：自动电熨斗、伺服稳压器、空调。

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5) 什么是时不变系统？

从一个状态变化到另一个状态所需的时间称为暂态时间，在此期间的电流和电压值称为暂态响应，以及系统输入和输出特性不随时间变化的系统称为时不变系统。

6) 什么是线性系统和非线性系统？

线性系统：线性系统是具有齐次性和叠加性性质的系统。叠加性是指输入 r₁(t) 产生输出 c₁(t)，输入 r₂(t) 产生输出 c₂(t)。如果同时施加输入 r₁(t) 和 r₂(t)，则输出将是 c₁(t) 和 c₂(t) 的总和。

r1 (t) + r2 (t) = c1 (t) + c2 (t)

非线性系统：非线性系统是不具备叠加性和齐次性性质的系统，并且这些系统的输出不与其输入成正比。在这些类型的系统中，系统的稳定性取决于系统的输入和初始状态。

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7) 什么是模拟系统？

当两个微分方程具有相同的阶数或形式时，这类系统被称为模拟系统。

8) 什么是传递函数？

系统的传递函数定义为输出的拉普拉斯变换与输入的拉普拉斯变换之比，所有初始条件都为零。

其中，

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9) 开环控制系统有哪些优缺点？

开环控制系统的优点

• 开环系统简单。
• 它们经济实惠。
• 所需的维护较少，且不困难。

开环控制系统的缺点

• 开环系统不准确。
• 这些系统不可靠。
• 它们速度慢。
• 无法进行优化。

10) 闭环控制系统有哪些优缺点？

闭环系统的优点

• 闭环系统更可靠。
• 闭环系统速度更快。
• 可以同时处理多个变量。
• 可以进行优化。

闭环系统的缺点

• 闭环系统昂贵。
• 维护困难。
• 这些系统的安装困难。

11) 反馈控制系统的必要组件有哪些？

处理系统（开环系统）、反馈路径元件、误差检测器和控制器是反馈控制系统的必要组件。

12) 控制系统中的反馈是什么？

当输入被送入系统，接收到的输出被采样，然后将比例信号反馈给输入，用于自动纠正错误，以进一步处理以获得期望的输出，这在控制系统中被称为反馈。

13) 什么是增益裕度？

增益裕度是系统在变得稳定之前变化的增益，因为如果我们持续增加增益到一个特定的阈值，系统将变得临界稳定，如果增益进一步变化，则会导致不稳定。在数学上，它是 G(jω)H(jω) 在相交频率处的幅值倒数。

14) 什么是信号流图？

一组线性方程变量之间关系的图形表示称为 SFG（信号流图）。信号流图不需要任何简化技术或过程。

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15) 什么是梅森增益公式？

信号流图的输入和输出变量关系由梅森增益公式给出。

对于整个系统的确定，系统的增益由以下公式给出

其中，

P_k = 第 K^th 前向路径的前向路径增益。

∆ = 1 - [所有单个回路的回路增益之和] + [所有可能两个不接触回路的增益乘积之和] + [所有可能三个不接触回路的增益乘积之和] + .......

∆_k = 对于图中不接触第 K^th 前向路径的部分，∆ 的值。

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16) 信号流图的基本特征是什么？

信号流图的基本特征是

• 它表示一个网络，其中节点用于表示系统变量，通过直接分支连接。
• SFG 是一个表示一组方程的图。它由节点和分支组成，SFG 的每个分支都有一个箭头，表示信号的流向。
• 它仅适用于线性系统。

17) 方框图简化技术的基本规则是什么？

方框图简化的基本规则是，如果我们对图进行任何更改，那么这些更改不会对系统的输入-输出关系造成任何更改。

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18) 什么是系统的阶数？

系统的阶数是其方程阶数的最高导数。同样，它是传递函数分母中“s”的最高幂。

19) 什么是谐振峰值？

闭环传递函数的最大值称为谐振峰值。较大的谐振峰值意味着在瞬态响应中具有较大的过冲值。

20) 什么是截止速率？

对数幅值曲线在截止频率附近的斜率称为截止速率。它表示系统区分信号和噪声的能力。

21) 什么是相交频率？

当开环传递函数的相位在特定频率下达到 180° 时，这称为相交频率。

22) 什么是相位裕度？

当我们需要使系统达到不稳定边缘时，在增益交越频率处所需的额外相位滞后称为相位裕度。

23) 什么是系统的极点？

函数 F(s) 变为无穷大的值称为函数 F(s) 的极点，其中 F(s) 是复变量的函数。

24) 什么是系统的零点？

函数 F(s) 变为零的值称为函数 F(s) 的零点，其中 F(s) 是复变量的函数。

25) 控制室中电缆入口的用途是什么？

当发生紧急情况，例如工厂发生火灾/爆炸时，我们需要阻止其进入控制室，这时使用 MCT（多电缆瞬变）模块，并且过程控制室是为非危险区域建造的。

26) 正反馈对系统稳定性的影响是什么？

正反馈会增加误差信号并将系统推向不稳定，这就是为什么它通常不用于控制系统。正反馈用于小回路控制系统以放大内部信号和参数。

27) 什么是伺服机构？

当特定类型的电机（称为伺服电机）与旋转编码器或电位器结合时，就形成了伺服机构。在此设置中，电位器提供模拟信号以指示位置，编码器提供位置和速度反馈。

28) 伺服机构用于何处？

伺服机构用于控制系统，以便设备的机械位置可以通过输出进行改变。

伺服机构广泛应用于调速器阀门位置控制机构，该机构用于发电厂中获取涡轮机速度并通过传感器进行处理，最终值作为阀门的机械运动。然而，现在调速器阀门位置控制通过使用功率晶闸管的电子控制来完成。该机构也用于机器人手臂运动。

29) 有多少种仪表电缆？

有以下类型的仪表电缆：

• IS 电缆
• NIS 电缆。
• IS - 本质安全，NIS - 非本质安全。
• 根据危险情况决定电缆类型。

30) 温度元件有哪些？

温度元件有：

• 热电偶。
• 电阻温度检测器 (RTD)。

31) 什么是电缆桥架，它的类型和支撑是什么？

在工厂中铺设现场电缆的介质或方式称为电缆桥架。它们由铝、钢或玻璃钢（FRP）制成，有六种类型：

1. 梯形电缆桥架（由横档型结构制成）
2. 实心底电缆桥架
3. 槽式电缆桥架
4. 通道式电缆桥架
5. 网格电缆桥架
6. 单轨电缆桥架

在铺设电缆之前，我们必须考虑的主要因素是现场条件和必须铺设电缆的足够空间。

32) 如何确定电缆桥架尺寸？

根据电缆桥架中的占用率和所需的电缆数量，我们必须选择电缆桥架的尺寸。这些有各种尺寸，如 80、150、300、450、600 和 900。

33) 什么是截止速率？

对数幅值曲线在截止频率附近的斜率称为截止速率。截止速率表示系统区分信号和噪声的能力。

34) 列举采样数据系统的应用？

采样数据系统具有以下应用：

• 量化数据用于高速镀锡板轧机的控制。
• 数字控制或脉冲控制的电动驱动器。
• 用于数控机床操作。

它用于使用基于脉冲调制 (PM) 翻译数据遥测链路的大型系统。

35) 什么是 DCS 和 PLC？

DCS 和 PLC 是处理现场 I/O 的控制系统。DCS 是分布式控制系统，PLC 是可编程逻辑控制器。

36) 什么是稳定系统？

稳定系统是指其特征方程的所有根都位于“S”平面右半部分的系统。

37) 什么是临界稳定系统？

临界稳定系统是指其特征方程的所有根都位于“S”平面虚轴上的系统。

38) 什么是不稳定系统？

不稳定系统是指其特征方程的所有根都位于“S”平面左半部分的系统。

39) 什么是劳斯-赫尔维茨稳定性判据？

劳斯-赫尔维茨判据指出，当且仅当第一列的所有根都具有相同的符号时，系统才是稳定的，如果所有符号不相同，则第一列中符号改变的次数等于 s 平面右半部分特征方程的根的数量。

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40) 什么是自动控制器？

自动控制器是比较工厂输出实际值与期望值的设备。这些系统产生控制系统，将偏差减小到“0”或一个较小的值，并确定偏差。

41) 什么是控制作用？

控制作用是自动控制器产生控制信号的方式。