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【复试】2025年河北科技大学085400电子信息《复试计算机控制技术》考

第一章计算机控制技术概述

计算机控制技术作为现代自动化领域的重要组成部分，近年来在工业生产、航空航天、交通运输、医疗健康等多个领域得到了广泛应用。据统计，全球工业自动化市场在2019年达到了约4,000亿美元，预计到2025年将增长至约6,000亿美元，复合年增长率(CAGR)达到约8%。这一快速增长得益于计算机控制技术不断进步和创新，使得控制系统的性能、可靠性和智能化水平得到了显著提升。

计算机控制技术的核心是利用计算机硬件和软件实现对物理系统的精确控制。与传统的人工控制相比，计算机控制系统具有响应速度快、精度高、可编程性强等优点。例如，在汽车制造领域，计算机控制系统可以实现自动化的生产线控制，提高生产效率和产品质量。据相关数据显示，采用计算机控制技术的生产线，其产品合格率可以达到99.8%，而传统人工控制的生产线合格率通常在95%左右。

计算机控制技术的应用案例不胜枚举。以智能交通系统为例，通过在道路交叉口安装计算机控制系统，可以实现交通信号的智能调控，优化交通流量，减少交通拥堵。据统计，采用智能交通系统的城市，其道路通行效率可以提高30%以上，交通事故发生率降低20%左右。此外，在航天领域，计算机控制系统在卫星发射、运行和回收过程中发挥着关键作用，保证了航天任务的顺利进行。例如，我国嫦娥五号月球探测器成功返回月球样品，其中计算机控制系统功不可没。

随着物联网、大数据、云计算等新一代信息技术的快速发展，计算机控制技术正逐步向智能化、网络化、集成化方向发展。未来，计算机控制技术将在更多领域得到应用，为人类社会的发展带来更多可能性。

第二章控制理论基础知识

(1)控制理论作为自动化领域的基础学科，主要包括经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。经典控制理论主要研究线性系统的稳定性、可控性和可观测性，其中PID（比例-积分-微分）控制器是应用最广泛的控制策略之一。据统计，PID控制器在全球工业控制系统中的应用比例超过70%。例如，在化工行业中，PID控制器用于控制化学反应的温度、压力和流量，确保生产过程的稳定性和产品质量。

(2)现代控制理论以线性二次调节器(LQR)和状态空间方法为代表，其研究内容包括最优控制、自适应控制和鲁棒控制等。LQR控制器通过最小化系统状态和输出的二次性能指标，实现系统的最优控制。在实际应用中，LQR控制器被广泛应用于航空航天、机器人控制和电力系统等领域。例如，波音737飞机的飞行控制系统采用LQR控制器，确保了飞机在复杂气象条件下的稳定飞行。

(3)智能控制理论是近年来发展迅速的一个分支，主要研究基于模糊逻辑、神经网络和遗传算法等人工智能技术的控制方法。智能控制器能够处理非线性、时变和不确定性等问题，具有较强的适应性和自学习能力。在智能控制领域，模糊控制因其易于理解和实现而被广泛应用。例如，在农业自动化领域，模糊控制器可以自动调节温室的温湿度，实现农作物的最佳生长环境。

第三章计算机控制系统设计与实现

(1)计算机控制系统设计涉及系统建模、控制器设计、系统仿真和实际硬件实现等多个环节。在设计过程中，通常采用模块化设计方法，将系统划分为输入处理、控制器和输出执行三个主要模块。例如，在工业自动化领域，一个典型的计算机控制系统可能包括传感器模块、PLC（可编程逻辑控制器）模块和执行器模块。据统计，采用模块化设计的计算机控制系统，其开发周期可缩短40%以上。

(2)控制器设计是计算机控制系统设计的关键环节。根据控制策略的不同，控制器可以分为PID控制器、模糊控制器和神经网络控制器等。在实际应用中，PID控制器因其简单、稳定和易于实现而被广泛应用。例如，在汽车制动系统中，PID控制器可以实时调整制动压力，确保车辆在复杂路况下的安全行驶。据相关研究，采用PID控制器的汽车制动系统，其制动距离可缩短约10%。

(3)计算机控制系统实现通常需要借助仿真软件进行系统仿真和调试。仿真软件如MATLAB/Simulink、LabVIEW等，可以帮助工程师在虚拟环境中验证控制策略的有效性。例如，在风力发电领域，通过仿真软件对风力发电系统进行仿真，可以优化风力发电机的叶片角度，提高发电效率。据统计，采用仿真软件进行系统仿真的计算机控制系统，其最终实现的成功率可提高50%以上。

第四章计算机控制技术在实际应用中的案例分析

(1)在现代工业生产中，计算机控制技术的应用已经变得不可或缺。以钢铁行业为例，计算机控制技术被广泛应用于炼钢、轧钢和热处理等环节。在炼钢过程中，通过计算机控制系统实时监测和控制炉内温度、成分和流量等参数，确保炼钢质量。据相关数据显示，采用计算机控制技术的炼钢炉，其生产效率提高了30%，产品合格率