2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——控制系統(tǒng)對工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪一項不屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)的特征？A.含有反饋環(huán)節(jié)B.能自動修正輸出誤差C.結(jié)構(gòu)相對簡單D.對外部干擾具有較強(qiáng)的抑制能力2.在控制系統(tǒng)性能指標(biāo)中，反映系統(tǒng)響應(yīng)速度的指標(biāo)是？A.穩(wěn)定裕度B.峰值時間C.阻尼比D.穩(wěn)態(tài)誤差3.以下哪種控制算法應(yīng)用最為廣泛，尤其是在工業(yè)控制領(lǐng)域？A.比例控制（P）B.積分控制（I）C.微分控制（D）D.比例-積分-微分控制（PID）4.工業(yè)生產(chǎn)過程中，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量波動的主要因素不包括？A.設(shè)備參數(shù)漂移B.原材料批次差異C.操作人員技能水平D.系統(tǒng)的建模精度5.提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的常用方法是？A.增大系統(tǒng)增益B.減小系統(tǒng)阻尼C.增加系統(tǒng)polesD.引入負(fù)反饋6.在系統(tǒng)科學(xué)與工程的視角下，分析控制系統(tǒng)時強(qiáng)調(diào)？A.單一元件的性能B.系統(tǒng)各組成部分之間的相互作用C.控制算法的數(shù)學(xué)表達(dá)式D.控制器的具體實現(xiàn)方式7.系統(tǒng)建模在控制系統(tǒng)設(shè)計中的作用是？A.生成控制器的代碼B.預(yù)測系統(tǒng)性能C.選擇合適的傳感器D.優(yōu)化控制算法參數(shù)8.以下哪一項不是自動化技術(shù)對提高工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的直接貢獻(xiàn)？A.減少人為操作誤差B.實現(xiàn)工藝參數(shù)的精確控制C.降低生產(chǎn)成本D.提高生產(chǎn)過程的柔性9.在分析控制系統(tǒng)對特定工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的影響時，首要步驟是？A.設(shè)計控制器B.選擇合適的控制系統(tǒng)類型C.明確該產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素D.進(jìn)行系統(tǒng)仿真10.系統(tǒng)優(yōu)化在提高工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在？A.降低生產(chǎn)能耗B.提高生產(chǎn)效率C.找到能夠使產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)最優(yōu)的生產(chǎn)過程參數(shù)組合D.簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二、填空題（每空2分，共20分）1.控制系統(tǒng)根據(jù)是否包含反饋環(huán)節(jié)可分為______控制系統(tǒng)和______控制系統(tǒng)。2.衡量控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的指標(biāo)主要是______和______。3.在PID控制中，P代表______，I代表______，D代表______。4.工業(yè)生產(chǎn)過程中，常見的干擾因素包括______、______和______。5.系統(tǒng)思維要求從______、______和______的角度全面分析控制系統(tǒng)與工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別。2.簡述控制系統(tǒng)對提高工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的作用。3.簡述控制系統(tǒng)對提高工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量精度的作用。4.簡述系統(tǒng)建模在控制系統(tǒng)分析中的意義。四、論述題（10分）結(jié)合一個具體的工業(yè)生產(chǎn)案例，論述控制系統(tǒng)如何影響生產(chǎn)質(zhì)量，并分析其中涉及的系統(tǒng)科學(xué)與工程原理。五、計算題（10分）已知一個單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(s+1))，其中K為系統(tǒng)增益。試分析當(dāng)K=2時，該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并計算其單位階躍響應(yīng)的主要性能指標(biāo)（如上升時間、峰值時間、調(diào)節(jié)時間）。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.D4.D5.D6.B7.B8.C9.C10.C二、填空題1.開環(huán)，閉環(huán)2.穩(wěn)態(tài)誤差，動態(tài)偏差3.比例控制，積分控制，微分控制4.設(shè)備參數(shù)漂移，原材料批次差異，環(huán)境變化5.整體，關(guān)聯(lián)，層次三、簡答題1.解析思路：區(qū)分開環(huán)和閉環(huán)的關(guān)鍵在于是否有反饋。開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單，輸出不受輸入直接影響，無法自動修正誤差；閉環(huán)控制通過反饋環(huán)節(jié)將輸出與輸入進(jìn)行比較，能夠自動修正誤差，提高控制精度和穩(wěn)定性，但結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，可能存在穩(wěn)定性問題。2.解析思路：控制系統(tǒng)通過負(fù)反饋機(jī)制，不斷檢測實際輸出與期望輸出之間的偏差，并調(diào)整控制作用以減小偏差。這種機(jī)制能夠有效抑制外部干擾和內(nèi)部參數(shù)變化對輸出造成的影響，從而保持產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。3.解析思路：控制系統(tǒng)通過精確的控制算法和反饋機(jī)制，可以將生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)（如溫度、壓力、流量、速度等）控制在設(shè)定值的附近，使產(chǎn)品特性保持高度一致，從而提高產(chǎn)品的精度和合格率。4.解析思路：系統(tǒng)建模是將復(fù)雜的實際控制系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型的過程。通過建立模型，可以方便地分析系統(tǒng)的特性（如穩(wěn)定性、動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能等），預(yù)測系統(tǒng)的行為，為控制器的設(shè)計和參數(shù)整定提供理論基礎(chǔ)。四、論述題解析思路：選取案例時，需明確案例中存在影響產(chǎn)品質(zhì)量的問題，且該問題的解決或改善是通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)的。論述需包含：1)案例背景及產(chǎn)品質(zhì)量問題；2)原有生產(chǎn)方式或存在的問題；3)引入或改進(jìn)的控制系統(tǒng)及其工作原理；4)控制系統(tǒng)對產(chǎn)品質(zhì)量的具體改善效果；5)分析其中體現(xiàn)的系統(tǒng)科學(xué)與工程原理，如系統(tǒng)思維（整體性、關(guān)聯(lián)性）、建模與仿真、優(yōu)化等。五、計算題解析思路：1.穩(wěn)定性分析：判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性通常使用勞斯判據(jù)或判斷特征方程的根。系統(tǒng)閉環(huán)特征方程為D(s)=s(s+1)+K=s^2+s+K。使用勞斯判據(jù)，勞斯表的第一行和第二行分別為[1,K]和[1,0]。勞斯表的第一列元素符號變化次數(shù)為0次，因此當(dāng)K=2時，系統(tǒng)所有根都具有負(fù)實部，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。2.性能指標(biāo)計算：系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)可寫為C(s)/R(s)=K/(s^2+s+2)。對比標(biāo)準(zhǔn)形式C(s)/R(s)=ωn^2/(s^2+2ζωns+ωn^2)，得到ωn^2=2,ζ=1/2ωn=1/2√2=√2/4。由于ζ<1，系統(tǒng)處于過阻尼狀態(tài)。過阻尼二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)不能直接使用欠阻尼的標(biāo)準(zhǔn)公式計算主要性能指標(biāo)（如峰值時間和超調(diào)量）。但可以計算上升時間t_r和調(diào)節(jié)時間t_s。上升時間t_r定義為響應(yīng)首次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需時間，對于過阻尼