2025年高職自動(dòng)化（自動(dòng)控制系統(tǒng)）試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______一、選擇題（總共10題，每題3分，每題只有一個(gè)正確答案，將正確答案填在括號(hào)內(nèi)）1.自動(dòng)控制系統(tǒng)中，反饋環(huán)節(jié)的作用是（）A.消除干擾B.對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行調(diào)整C.使系統(tǒng)輸出保持恒定D.提高系統(tǒng)穩(wěn)定性2.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)取決于（）A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號(hào)C.輸出信號(hào)D.干擾信號(hào)3.對(duì)于一階系統(tǒng)，其時(shí)間常數(shù)T越小，則系統(tǒng)的響應(yīng)速度（）A.越慢B.越快C.不變D.先慢后快4.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ越大，則系統(tǒng)的超調(diào)量（）A.越大B.越小C.不變D.先大后小5.積分環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的（）成正比。A.積分B.微分C.比例D.平方6.比例積分微分（PID）控制器中，積分環(huán)節(jié)主要用于消除（）A.穩(wěn)態(tài)誤差B.動(dòng)態(tài)誤差C.干擾D.超調(diào)7.閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是（）A.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單B.成本低C.精度高D.響應(yīng)速度快8.開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是（）A.有反饋環(huán)節(jié)B.對(duì)干擾有較強(qiáng)的抑制能力C.系統(tǒng)輸出受干擾影響大D.精度高9.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到干擾后（）A.能迅速恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)B.能保持輸出不變C.輸出能在一定范圍內(nèi)波動(dòng)D.輸出不會(huì)發(fā)散10.單位階躍響應(yīng)的上升時(shí)間tr是指響應(yīng)從初始值上升到（）所需的時(shí)間。A.穩(wěn)態(tài)值的50%B.穩(wěn)態(tài)值的63.2%C.穩(wěn)態(tài)值的90%D.穩(wěn)態(tài)值的95%二、多項(xiàng)選擇題（總共5題，每題5分，每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，將正確答案填在括號(hào)內(nèi)）1.自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括（）A.穩(wěn)定性B.準(zhǔn)確性C.快速性D.復(fù)雜性2.下列屬于線性系統(tǒng)的特點(diǎn)的是（）A.滿足疊加原理B.輸出與輸入呈線性關(guān)系C.系統(tǒng)參數(shù)不隨時(shí)間變化D.響應(yīng)具有收斂性3.控制系統(tǒng)中常見的干擾有（）A.電源波動(dòng)B.負(fù)載變化C.環(huán)境溫度變化D.系統(tǒng)自身噪聲4.提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有（）A.增加阻尼比B.減小時(shí)間常數(shù)C.引入負(fù)反饋D.增大開環(huán)增益5.PID控制器中，比例系數(shù)Kp增大時(shí)，系統(tǒng)的（）A.響應(yīng)速度加快B.超調(diào)量增大C.穩(wěn)態(tài)誤差減小D.穩(wěn)定性增強(qiáng)三、填空題（總共10題，每題2分，將答案填在橫線上）1.自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由______、______、______和______組成。2.傳遞函數(shù)是在______條件下，系統(tǒng)輸出的______與輸入的______之比。3.一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為______。4.二階系統(tǒng)的特征方程為______。5.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)在______作用下，輸出量與______之間的誤差。6.積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為______。7.微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為______。8.PID控制器的傳遞函數(shù)為______。9.閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)等于______傳遞函數(shù)與______傳遞函數(shù)之比。10.系統(tǒng)的頻率特性包括______和______。四、簡(jiǎn)答題（總共3題，每題10分）1.簡(jiǎn)述自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成部分及其作用。2.說(shuō)明PID控制器中比例、積分、微分環(huán)節(jié)的作用及對(duì)系統(tǒng)性能的影響。3.如何判斷一個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性？五、分析題（總共1題，20分）已知某控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為$G(s)=\frac{10}{s(s+1)(s+5)}$，當(dāng)輸入為單位階躍信號(hào)時(shí)，試分析系統(tǒng)的響應(yīng)特性，包括上升時(shí)間、峰值時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間等。答案：一、1.B2.A3.B4.B5.A6.A7.C8.C9.D10.C二、1.ABC2.ABC3.ABCD4.AC5.ABC三、1.控制器、被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量變送裝置2.零初始條件、拉氏變換、拉氏變換3.$G(s)=\frac{1}{Ts+1}$4.$s^2+2\zeta\omega_ns+\omega_n^2=0$5.輸入信號(hào)、穩(wěn)態(tài)輸出6.$G(s)=\frac{1}{s}$7.$G(s)=s$8.$G(s)=K_p+\frac{K_i}{s}+K_ds$9.閉環(huán)、開環(huán)10.幅頻特性、相頻特性四、1.自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由控制器、被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和測(cè)量變送裝置組成?？刂破饔糜诋a(chǎn)生控制信號(hào)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制；被控對(duì)象是被控制的設(shè)備或過程；執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制信號(hào)對(duì)被控對(duì)象施加控制作用；測(cè)量變送裝置用于測(cè)量被控對(duì)象的輸出，并將其轉(zhuǎn)換為與控制信號(hào)同類型的信號(hào)反饋給控制器。2.比例環(huán)節(jié)的作用是成比例地反映輸入信號(hào)，增大比例系數(shù)Kp可加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，但會(huì)增大超調(diào)量。積分環(huán)節(jié)用于消除穩(wěn)態(tài)誤差，積分時(shí)間常數(shù)Ti越大，積分作用越弱，消除穩(wěn)態(tài)誤差所需時(shí)間越長(zhǎng)。微分環(huán)節(jié)反映輸入信號(hào)的變化率，能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，減小超調(diào)量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，微分時(shí)間常數(shù)Td越大，微分作用越強(qiáng)。3.判斷控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法主要有：根據(jù)系統(tǒng)的特征方程判斷根的分布，若特征根全部具有負(fù)實(shí)部，則系統(tǒng)穩(wěn)定；利用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過勞斯表中第一列元素的符號(hào)來(lái)確定系統(tǒng)是否穩(wěn)定；還可以通過分析系統(tǒng)的頻率特性，若系統(tǒng)的幅值裕度大于1且相位裕度大于0，則系統(tǒng)穩(wěn)定。五、系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為$G(s)=\frac{10}{s(s+1)(s+5)}=\frac{10}{s^3+6s^2+5s}$，輸入為單位階躍信號(hào)$R(s)=\frac{1}{s}$。系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為$\Phi(s)=\frac{G(s)}{1+G(s)}=\frac{10}{s^3+6s^2+5s+10}$。通過求解系統(tǒng)的特征方程$s^3+6s^2+5s+10=0$，可得到系統(tǒng)的極點(diǎn)。利用相關(guān)公式計(jì)算上升時(shí)間$tr$、峰值時(shí)間$tp$、超調(diào)量$M_p$和調(diào)整時(shí)間$ts$。上升時(shí)間$tr$可通過求解$\Phi(s)$的拉氏反變換，找到響應(yīng)從0上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需時(shí)間；峰值時(shí)間$tp$是響應(yīng)達(dá)到第一個(gè)峰值的時(shí)間；超調(diào)量$M_p$通過公式$M_