Trắc nghiệm Lý thuyết điều khiển tự động - Đề 13 được biên soạn kỹ lưỡng với nhiều câu hỏi phong phú, hấp dẫn và bám sát nội dung chương trình học. Đây là cơ hội tuyệt vời để bạn ôn luyện, kiểm tra và nâng cao kiến thức một cách hiệu quả. Hãy cùng bắt đầu làm bài tập ngay hôm nay để tự tin hơn trên hành trình chinh phục môn học này!
Câu 1: Một hệ thống điều khiển có tín hiệu vào và ra được mô tả bởi phương trình vi phân (frac{d^2y}{dt^2} + 3frac{dy}{dt} + 2y = u(t)), trong đó (y(t)) là tín hiệu ra và (u(t)) là tín hiệu vào. Hàm truyền đạt của hệ thống này là gì?
- A. (G(s) = frac{s^2 + 3s + 2}{1})
- B. (G(s) = frac{1}{s^2 - 3s + 2})
- C. (G(s) = frac{1}{s^2 + 3s + 2})
- D. (G(s) = s^2 + 3s + 2)
Câu 2: Xét hệ thống có hàm truyền đạt vòng hở (G(s)H(s) = frac{10}{s(s+1)(s+5)}) trong cấu hình hồi tiếp âm đơn vị. Sử dụng tiêu chuẩn Routh-Hurwitz, hãy xác định hệ thống vòng kín có ổn định không?
- A. Hệ thống ổn định.
- B. Hệ thống không ổn định.
- C. Hệ thống ở biên giới ổn định.
- D. Không thể xác định bằng tiêu chuẩn Routh-Hurwitz.
Câu 3: Một hệ thống điều khiển được mô tả bằng sơ đồ khối sau: Tín hiệu vào R(s) đi qua khối G1(s), sau đó kết quả được cộng với tín hiệu E(s) tại điểm tổng. Tín hiệu sau điểm tổng đi qua khối G2(s) tạo ra tín hiệu ra C(s). Có một đường hồi tiếp từ C(s) đi qua khối H(s) về điểm tổng, được trừ đi khỏi tín hiệu từ G1(s). Hãy tìm hàm truyền đạt vòng kín (C(s)/R(s)) của hệ thống này.
- A. (frac{G_1(s)G_2(s)}{1 - G_2(s)H(s)})
- B. (frac{G_1(s)G_2(s)}{1 + G_2(s)H(s)})
- C. (frac{G_1(s)}{1 + G_2(s)H(s)})
- D. (frac{G_2(s)}{1 + G_1(s)H(s)})
Câu 4: Hệ thống điều khiển có hàm truyền đạt vòng kín là (T(s) = frac{4}{s^2 + 2s + 4}). Hãy xác định tần số dao động riêng không tắt ((omega_n)) và hệ số tắt dần ((zeta)) của hệ thống này.
- A. (omega_n = 4) rad/s, (zeta = 0.5)
- B. (omega_n = 2) rad/s, (zeta = 2)
- C. (omega_n = 4) rad/s, (zeta = 2)
- D. (omega_n = 2) rad/s, (zeta = 0.5)
Câu 5: Đối với hệ thống ở Câu 4 ((T(s) = frac{4}{s^2 + 2s + 4})), hệ thống này thuộc loại đáp ứng quá độ nào khi chịu tác động của tín hiệu vào nấc đơn vị (step input)?
- A. Quá tắt (Overdamped)
- B. Tới hạn tắt (Critically damped)
- C. Dao động tắt dần (Underdamped)
- D. Dao động không tắt (Undamped)
Câu 6: Một hệ thống có các cực vòng kín tại (s_1 = -3) và (s_{2,3} = -1 pm j2). Hệ thống này có ổn định không và tại sao?
- A. Ổn định, vì tất cả các cực đều có phần thực âm.
- B. Không ổn định, vì có cực phức.
- C. Ở biên giới ổn định, vì có cực phức.
- D. Không ổn định, vì có cực tại -3.
Câu 7: Khâu hiệu chỉnh PID được sử dụng rộng rãi trong điều khiển tự động. Thành phần nào của bộ điều khiển PID giúp loại bỏ sai lệch xác lập (steady-state error) cho tín hiệu vào là hàm nấc (step input)?
- A. Thành phần Tỷ lệ (Proportional - P)
- B. Thành phần Tích phân (Integral - I)
- C. Thành phần Vi phân (Derivative - D)
- D. Tất cả ba thành phần P, I, D đều đóng góp vào việc loại bỏ sai lệch xác lập.
Câu 8: Khi thiết kế bộ điều khiển cho một hệ thống, việc thêm một zero có phần thực âm vào hàm truyền vòng hở thường có xu hướng ảnh hưởng như thế nào đến quỹ đạo nghiệm số (Root Locus)?
- A. Kéo các nhánh quỹ đạo về phía trái mặt phẳng phức, cải thiện độ ổn định.
- B. Đẩy các nhánh quỹ đạo về phía phải mặt phẳng phức, làm giảm độ ổn định.
- C. Không ảnh hưởng đến hình dạng quỹ đạo nghiệm số.
- D. Chỉ làm thay đổi điểm xuất phát của quỹ đạo.
Câu 9: Biểu đồ Bode là công cụ phân tích tần số quan trọng. Biểu đồ Bode biên độ (Magnitude Bode Plot) biểu diễn mối quan hệ giữa đại lượng nào trên trục tung và trục hoành?
- A. Biên độ (dB) theo pha (độ).
- B. Pha (độ) theo tần số ((omega)).
- C. Biên độ (dB) theo tần số ((omega)).
- D. Biên độ tuyến tính theo tần số tuyến tính.
Câu 10: Đối với hệ thống hồi tiếp âm đơn vị có hàm truyền vòng hở (G(s)H(s)), điểm cắt tần số biên độ ((omega_c)) là tần số mà tại đó:
- A. Pha của (G(jomega)H(jomega)) bằng -180 độ.
- B. Biên độ của (G(jomega)H(jomega)) bằng 1 (0 dB).
- C. Pha của (G(jomega)H(jomega)) bằng 0 độ.
- D. Biên độ của (G(jomega)H(jomega)) tiến tới vô cùng.
Câu 11: Độ dự trữ pha (Phase Margin - PM) của một hệ thống hồi tiếp âm đơn vị được xác định tại tần số cắt biên độ ((omega_c)). Công thức tính PM là gì?
- A. (PM = 180^circ + arg(G(jomega_c)H(jomega_c)))
- B. (PM = arg(G(jomega_c)H(jomega_c)) - 180^circ)
- C. (PM = 180^circ - |G(jomega_c)H(jomega_c)|_{dB})
- D. (PM = |G(jomega_c)H(jomega_c)| - 1)
Câu 12: Đối với hệ thống hồi tiếp âm đơn vị, nếu biểu đồ Nyquist của hàm truyền vòng hở (G(jomega)H(jomega)) không bao quanh điểm (-1, j0) trên mặt phẳng phức, thì hệ thống vòng kín sẽ ổn định. Đây là phát biểu của tiêu chuẩn ổn định nào?
- A. Tiêu chuẩn Routh-Hurwitz
- B. Tiêu chuẩn Bode
- C. Phương pháp Quỹ đạo nghiệm số
- D. Tiêu chuẩn Nyquist
Câu 13: Khái niệm "Trạng thái" (State) trong biểu diễn không gian trạng thái của hệ thống là gì?
- A. Một tập hợp tối thiểu các biến nội bộ của hệ thống mà tại một thời điểm nhất định, cùng với tín hiệu vào trong tương lai, xác định hoàn toàn trạng thái tương lai của hệ thống.
- B. Tín hiệu vào của hệ thống.
- C. Tín hiệu ra của hệ thống.
- D. Hàm truyền đạt của hệ thống.
Câu 14: Đối với một hệ thống được mô tả bằng phương trình trạng thái (dot{mathbf{x}}(t) = mathbf{Ax}(t) + mathbf{Bu}(t)) và phương trình ra (mathbf{y}(t) = mathbf{Cx}(t) + mathbf{Du}(t)), tính điều khiển được (Controllability) của hệ thống liên quan đến khả năng:
- A. Quan sát được tất cả các trạng thái của hệ thống từ tín hiệu ra.
- B. Đưa hệ thống từ một trạng thái ban đầu bất kỳ về trạng thái gốc (hoặc một trạng thái cuối bất kỳ) bằng tín hiệu vào điều khiển.
- C. Hệ thống có đáp ứng ổn định với mọi tín hiệu vào bị chặn.
- D. Xác định được hàm truyền đạt từ ma trận A, B, C, D.
Câu 15: Tính quan sát được (Observability) của hệ thống (với phương trình trạng thái và ra như Câu 14) liên quan đến khả năng:
- A. Đưa hệ thống từ một trạng thái ban đầu bất kỳ về trạng thái gốc bằng tín hiệu vào điều khiển.
- B. Hệ thống có đáp ứng ổn định với mọi tín hiệu vào bị chặn.
- C. Xác định trạng thái ban đầu của hệ thống bằng cách chỉ đo lường tín hiệu ra.
- D. Giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu lên tín hiệu ra.
Câu 16: Biến đổi Z là công cụ toán học được sử dụng chủ yếu để phân tích và thiết kế loại hệ thống nào?
- A. Hệ thống liên tục theo thời gian.
- B. Hệ thống phi tuyến.
- C. Hệ thống phân bố.
- D. Hệ thống rời rạc theo thời gian (hệ thống số).
Câu 17: Tiêu chuẩn ổn định Jury được áp dụng để xét tính ổn định cho loại hệ thống nào?
- A. Hệ thống liên tục theo thời gian.
- B. Hệ thống rời rạc theo thời gian.
- C. Hệ thống phi tuyến.
- D. Hệ thống phân bố.
Câu 18: Một hệ thống điều khiển được cho là có sai lệch xác lập hữu hạn (finite steady-state error) khi chịu tác động của tín hiệu vào dạng hàm dốc (ramp input). Điều này cho thấy loại của hệ thống (system type) là bao nhiêu?
- A. Loại 0.
- B. Loại 1.
- C. Loại 2.
- D. Loại 3.
Câu 19: Ảnh hưởng chính của thành phần Vi phân (Derivative - D) trong bộ điều khiển PID là gì?
- A. Giảm sai lệch xác lập.
- B. Tăng độ lợi vòng hở, cải thiện độ chính xác.
- C. Giảm vọt lố và cải thiện tính ổn định động học (làm tắt nhanh hơn).
- D. Chỉ có tác dụng với tín hiệu vào dạng xung (impulse).
Câu 20: Khi phân tích đáp ứng tần số của hệ thống, biên độ cộng hưởng (resonant peak - (M_r)) và tần số cộng hưởng ((omega_r)) cung cấp thông tin quan trọng về:
- A. Độ vọt lố và tần số dao động của đáp ứng quá độ theo thời gian.
- B. Sai lệch xác lập của hệ thống.
- C. Độ rộng dải thông (bandwidth) của hệ thống.
- D. Tính ổn định xác lập (steady-state stability).
Câu 21: Để cải thiện đáng kể sai lệch xác lập đối với tín hiệu vào dạng hàm dốc (ramp input) mà không làm giảm mạnh tính ổn định, người ta thường sử dụng bộ điều khiển hoặc khâu hiệu chỉnh nào?
- A. Bộ điều khiển Tỷ lệ (P).
- B. Khâu hiệu chỉnh sớm pha (Lead compensator).
- C. Thành phần Vi phân (D).
- D. Thành phần Tích phân (I) hoặc bộ điều khiển PI/PID.
Câu 22: Quỹ đạo nghiệm số (Root Locus) là đồ thị biểu diễn sự di chuyển của các đại lượng nào trong mặt phẳng phức khi một tham số của hệ thống (thường là độ lợi K) thay đổi?
- A. Các cực vòng hở.
- B. Các zero vòng hở.
- C. Các cực vòng kín.
- D. Các điểm gãy (breakaway points).
Câu 23: Đối với một hệ thống điều khiển số, tín hiệu liên tục từ thế giới thực cần được xử lý như thế nào trước khi đưa vào bộ điều khiển số?
- A. Lấy mẫu và lượng tử hóa bằng bộ chuyển đổi A/D.
- B. Lọc thông thấp.
- C. Biến đổi Laplace.
- D. Biến đổi Z.
Câu 24: Định lý giá trị cuối (Final Value Theorem) trong biến đổi Laplace được sử dụng để tính toán đại lượng nào của đáp ứng theo thời gian (y(t))?
- A. Giá trị ban đầu (y(0)).
- B. Giá trị xác lập (lim_{t o infty} y(t)).
- C. Thời gian tăng (rise time).
- D. Độ vọt lố (overshoot).
Câu 25: Một hệ thống được mô tả là "không ổn định" theo nghĩa BIBO (Bounded-Input Bounded-Output) nếu:
- A. Mọi tín hiệu vào bị chặn đều tạo ra tín hiệu ra bị chặn.
- B. Hệ thống có cực vòng kín trên trục ảo.
- C. Tồn tại một tín hiệu vào bị chặn nhưng tạo ra tín hiệu ra không bị chặn.
- D. Hệ thống có đáp ứng quá độ tắt dần về 0.
Câu 26: Khi phân tích đáp ứng tần số bằng biểu đồ Bode, độ dốc của đường tiệm cận biên độ tại tần số thấp của một hệ thống loại 1 (system type 1) là bao nhiêu?
- A. -20 dB/decade.
- B. 0 dB/decade.
- C. +20 dB/decade.
- D. -40 dB/decade.
Câu 27: Việc thêm một khâu hiệu chỉnh sớm pha (Lead Compensator) vào hệ thống điều khiển thường có tác dụng chính là gì?
- A. Giảm sai lệch xác lập.
- B. Làm giảm băng thông của hệ thống.
- C. Giảm độ lợi vòng hở ở tần số thấp.
- D. Cải thiện tính ổn định động học và tốc độ đáp ứng.
Câu 28: Trong phân tích không gian trạng thái, nếu ma trận khả điều khiển (controllability matrix) có hạng (rank) nhỏ hơn số bậc của hệ thống (số biến trạng thái), điều gì có thể suy ra?
- A. Hệ thống hoàn toàn quan sát được.
- B. Hệ thống không hoàn toàn điều khiển được.
- C. Hệ thống luôn ổn định.
- D. Hệ thống có sai lệch xác lập bằng 0.
Câu 29: Đáp ứng của hệ thống tuyến tính ổn định với tín hiệu vào là hàm sin có tần số (omega) ở chế độ xác lập (steady-state) sẽ là gì?
- A. Một hàm sin có cùng tần số (omega), nhưng với biên độ và pha khác.
- B. Một hàm sin có tần số khác (omega).
- C. Một hàm mũ tắt dần về 0.
- D. Một hàm hằng số (DC).
Câu 30: Khi sử dụng phương pháp quỹ đạo nghiệm số để thiết kế bộ điều khiển, việc dịch chuyển quỹ đạo nghiệm số sang trái trong mặt phẳng phức (tức là làm cho phần thực của các cực âm hơn) thường nhằm mục đích gì?
- A. Tăng sai lệch xác lập.
- B. Làm tăng vọt lố.
- C. Giảm thời gian xác lập và cải thiện tính ổn định.
- D. Giảm băng thông của hệ thống.