2025年大學(xué)自動(dòng)化（過程控制）實(shí)訓(xùn)階段卷

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______一、單項(xiàng)選擇題（總共10題，每題3分，每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確答案填在括號(hào)內(nèi)）1.過程控制中，被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型不包括以下哪種形式（）A.微分方程B.傳遞函數(shù)C.狀態(tài)方程D.邏輯表達(dá)式2.以下哪種控制算法不屬于常規(guī)控制算法（）A.PID控制B.模糊控制C.比例控制D.積分控制3.對(duì)于一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)T越大，則系統(tǒng)響應(yīng)（）A.越快B.越慢C.不變D.先快后慢4.過程控制系統(tǒng)中，測量變送環(huán)節(jié)的作用是（）A.獲取被控變量并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)B.對(duì)被控變量進(jìn)行控制C.執(zhí)行控制作用D.設(shè)定被控變量的目標(biāo)值5.在PID控制中，積分作用主要用于消除（）A.余差B.偏差C.波動(dòng)D.干擾6.以下哪種傳感器常用于測量溫度（）A.壓力傳感器B.熱電偶C.位移傳感器D.流量傳感器7.過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)中，反映系統(tǒng)快速性的是（）A.超調(diào)量B.調(diào)節(jié)時(shí)間C.穩(wěn)態(tài)誤差D.上升時(shí)間8.對(duì)于一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為（）A.G(s)=K/(Ts+1)B.G(s)=Ke^(-τs)C.G(s)=K/sD.G(s)=K9.在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主控制器的輸出作為（）A.副控制器的給定值B.調(diào)節(jié)閥的控制信號(hào)C.檢測變送環(huán)節(jié)的輸入D.被控對(duì)象的輸入10.過程控制中，被控變量通常選擇對(duì)生產(chǎn)過程有直接影響且易于測量的變量，以下哪種變量一般不作為被控變量（）A.溫度B.壓力C.設(shè)備的轉(zhuǎn)速D.流量二、多項(xiàng)選擇題（總共5題，每題5分，每題至少有兩個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確答案填在括號(hào)內(nèi)，少選、多選、錯(cuò)選均不得分）1.過程控制系統(tǒng)的組成部分包括（）A.被控對(duì)象B.測量變送環(huán)節(jié)C.控制器D.執(zhí)行器E.干擾2.以下哪些屬于PID控制參數(shù)（）A.比例系數(shù)KpB.積分時(shí)間TiC.微分時(shí)間TdD.增益KE.時(shí)間常數(shù)T3.過程控制系統(tǒng)中，干擾的來源有（）A.環(huán)境因素B.設(shè)備故障C.原材料質(zhì)量變化D.測量誤差E.人為操作失誤4.常用的執(zhí)行器有（）A.調(diào)節(jié)閥B.電動(dòng)執(zhí)行器C.氣動(dòng)執(zhí)行器D.液壓執(zhí)行器E.傳感器5.控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括（）A.穩(wěn)定性B.快速性C.準(zhǔn)確性D.可靠性E.安全性三、判斷題（總共10題，每題2分，請(qǐng)判斷對(duì)錯(cuò)，在括號(hào)內(nèi)打“√”或“×”）1.過程控制的任務(wù)就是使被控變量保持在給定值上或按預(yù)定的規(guī)律變化。（）2.傳遞函數(shù)只取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，與輸入信號(hào)無關(guān)。（）3.比例控制中，比例系數(shù)越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好。（）4.積分控制的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但會(huì)使系統(tǒng)響應(yīng)變慢。（）5.微分控制能夠改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，減小超調(diào)量。（）6.被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型是唯一確定的。（）7.測量變送環(huán)節(jié)的精度對(duì)控制系統(tǒng)的性能沒有影響。（）8.串級(jí)控制系統(tǒng)比單回路控制系統(tǒng)更能有效克服干擾。（）9.執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式選擇主要取決于工藝安全要求。（）10.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，與初始條件無關(guān)。（）四、簡答題（總共3題，每題10分）1.簡述PID控制的原理及各參數(shù)的作用。2.說明過程控制系統(tǒng)中干擾對(duì)系統(tǒng)的影響以及如何克服干擾。3.簡述串級(jí)控制系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)。五、綜合分析題（總共一題，20分）某溫度控制系統(tǒng)，被控對(duì)象為一個(gè)加熱爐，其傳遞函數(shù)為G0(s)=10/(5s+1)，采用PID控制，已知比例系數(shù)Kp=2，積分時(shí)間Ti=10，微分時(shí)間Td=0.5。設(shè)給定溫度為50℃，初始溫度為20℃，干擾為10℃的階躍變化。試分析該控制系統(tǒng)在干擾作用下的響應(yīng)情況，并計(jì)算系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等性能指標(biāo)。答案：一、單項(xiàng)選擇題1.D2.B3.B4.A5.A6.B7.B8.B9.A10.C二、多項(xiàng)選擇題1.ABCD2.ABC3.ABCE4.ABCD5.ABC三、判斷題1.√2.√3.×4.√5.√6.×7.×8.√9.√10.√四、簡答題1.PID控制原理：比例（P）控制根據(jù)偏差的大小成比例地輸出控制信號(hào)；積分（I）控制對(duì)偏差進(jìn)行積分，消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分（D）控制根據(jù)偏差的變化率輸出控制信號(hào)，改善動(dòng)態(tài)性能。比例系數(shù)Kp影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)精度；積分時(shí)間Ti消除余差；微分時(shí)間Td改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，減小超調(diào)量。2.干擾會(huì)使被控變量偏離給定值，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。克服干擾的方法有：合理選擇控制算法，如PID控制；提高測量變送環(huán)節(jié)的精度；優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如采用串級(jí)控制；加強(qiáng)對(duì)干擾源的監(jiān)測和控制等。3.串級(jí)控制系統(tǒng)工作原理：主控制器根據(jù)主變量與給定值的偏差輸出控制信號(hào)，作為副控制器的給定值，副控制器根據(jù)副變量與主控制器輸出信號(hào)的偏差進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作。特點(diǎn)：能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾；改善被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；對(duì)負(fù)荷變化有一定的自適應(yīng)能力。五、綜合分析題首先，根據(jù)已知條件寫出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。然后，利用拉普拉斯變換和終值定理等分析系統(tǒng)在干擾作用下的響應(yīng)。通過計(jì)算得出系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間等性能指標(biāo)。具體計(jì)算過程如下：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：G(s)=Kp[1+1/(Tis)+Tds]G0(s)/[1+Kp[1+1/(Tis)+Tds]G0(s)]將Kp=2，Ti=10，Td=0.5，G0(s)=10/(5s+1)代入可得