2025年高性能制造《自動化控制系統(tǒng)》沖刺押題考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的代表字母填寫在題后括號內(nèi)）1.在自動化控制系統(tǒng)中，將偏差信號轉(zhuǎn)換為控制作用以消除偏差的環(huán)節(jié)稱為（）。A.測量環(huán)節(jié)B.給定環(huán)節(jié)C.控制環(huán)節(jié)D.執(zhí)行環(huán)節(jié)2.下列關(guān)于正反饋的說法中，正確的是（）。A.輸出信號與輸入信號相位相同B.系統(tǒng)趨于穩(wěn)定C.輸出信號與輸入信號幅值相等D.常用于溫度控制系統(tǒng)3.某閉環(huán)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+5))，該系統(tǒng)在s平面右半部有（）個極點。A.0B.1C.2D.34.根軌跡法中，當增益K增大時，若某條根軌跡從s平面的實軸出發(fā)，則它最終可能（）。A.進入虛軸B.趨于無窮遠處C.回到實軸D.進入s平面左半部任意位置5.在頻域分析中，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個重要指標是（）。A.系統(tǒng)類型B.穩(wěn)態(tài)誤差C.相位裕度D.自然頻率6.比例（P）控制器的輸出信號與（）成正比。A.偏差B.輸入信號C.輸出信號D.偏差的積分7.在工業(yè)自動化中，DCS（集散控制系統(tǒng)）通常適用于（）。A.單機自動化B.大型復(fù)雜過程控制C.分布式控制系統(tǒng)D.開環(huán)控制系統(tǒng)8.下列傳感器中，主要用于檢測物體位移或位置的是（）。A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.光電傳感器D.流量傳感器9.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議ModbusRTU通常用于（）。A.局域控制B.遠程監(jiān)控C.數(shù)據(jù)采集D.以上都是10.在高性能制造環(huán)境中，對自動化控制系統(tǒng)的要求通常包括（）。A.高精度B.高可靠性C.快速響應(yīng)D.以上都是二、填空題（請將答案填寫在橫線上）1.自動控制系統(tǒng)是指通過控制器使被控對象的______自動地按照預(yù)定規(guī)律運行的過程。2.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在______條件下，系統(tǒng)輸出信號的拉普拉斯變換與輸入信號的拉普拉斯變換之比。3.若系統(tǒng)的特征方程為D(s)=s^3+2s^2+3s+6=0，則該系統(tǒng)是______（穩(wěn)定/不穩(wěn)定/臨界穩(wěn)定）的。4.按偏差進行控制的調(diào)節(jié)規(guī)律，除了比例（P）作用外，還包括______、積分（I）和微分（D）作用。5.執(zhí)行器是自動化控制系統(tǒng)中的______環(huán)節(jié)，直接驅(qū)動被控對象。6.在自動化控制系統(tǒng)中，用于將非電量信號轉(zhuǎn)換為電量信號的元件稱為______。7.PLC（可編程邏輯控制器）的核心控制器通常采用______作為其中央處理器（CPU）。8.在高性能制造中，為了實現(xiàn)精確控制，常采用______控制策略。9.工業(yè)以太網(wǎng)在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和______。10.PID控制器的參數(shù)整定方法主要有______、臨界比例度法和一步法。三、簡答題（請簡要回答下列問題）1.簡述開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別和優(yōu)缺點。2.什么是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差？簡述影響一階系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的因素。3.什么是比例（P）控制器？簡述其作用和局限性。4.簡述傳感器在自動化控制系統(tǒng)中的作用和基本要求。5.結(jié)合高性能制造的特點，簡述工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信在自動化控制系統(tǒng)中的重要性。四、計算題（請按步驟計算下列問題）1.某單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s(s+2))，試求該系統(tǒng)在階躍輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差常數(shù)Kp和Kv，并判斷系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差。2.已知某閉環(huán)控制系統(tǒng)的特征方程為s^3+3s^2+(K+2)s+K=0，試用勞斯判據(jù)確定該系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。五、論述題（請就下列問題展開論述）1.闡述自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代高性能制造中的作用和意義，并舉例說明其在提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本方面的具體應(yīng)用。2.分析比較在自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用PID控制和模糊控制各自的優(yōu)缺點，并說明在哪些場景下選擇哪種控制策略可能更合適。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.B4.B5.C6.A7.B8.C9.D10.D二、填空題1.狀態(tài)2.零初始條件3.不穩(wěn)定4.比例（P）5.執(zhí)行6.傳感器7.微處理器8.精確控制9.實時性10.臨界比例度法三、簡答題1.解析思路：首先定義開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)輸出不受輸入反饋影響，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但精度差，抗干擾能力弱。閉環(huán)系統(tǒng)輸出受反饋信號影響，能自動修正偏差，精度高，抗干擾能力強，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，可能存在振蕩?；卮鹨c：*開環(huán)控制：無反饋，輸出=輸入×系統(tǒng)增益。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、穩(wěn)定性好。缺點：精度不高、抗干擾能力差。*閉環(huán)控制：有反饋，輸出=輸入-反饋信號×比例系數(shù)。優(yōu)點：精度高、抗干擾能力強、能自動校正偏差。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、存在穩(wěn)定性問題，可能振蕩。2.解析思路：定義穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)在輸入信號作用下，經(jīng)過足夠長的時間后，輸出響應(yīng)與輸入信號之間的差值。穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的類型（決定對特定輸入信號的誤差大?。┮约伴_環(huán)傳遞函數(shù)中的增益參數(shù)有關(guān)。回答要點：*定義：系統(tǒng)在輸入信號作用下，當時間趨于無窮時，輸出響應(yīng)與輸入信號之差。*影響因素（一階系統(tǒng)）：*系統(tǒng)類型：0型系統(tǒng)有位置誤差，I型及以上系統(tǒng)位置誤差為零。*開環(huán)增益K：對于0型系統(tǒng)，K越大，位置誤差越??；對于I型系統(tǒng)，位置誤差為零。3.解析思路：定義P控制器。P控制器輸出正比于當前誤差。作用是減小誤差，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。局限性是穩(wěn)態(tài)誤差不為零，系統(tǒng)精度不高，且在擾動或輸入變化時可能產(chǎn)生過大的超調(diào)或振蕩?；卮鹨c：*定義：其輸出信號u(t)與輸入偏差e(t)成正比，即u(t)=Kp*e(t)，其中Kp為比例系數(shù)。*作用：減小誤差，加快系統(tǒng)響應(yīng)。*局限性：存在穩(wěn)態(tài)誤差（除非輸入是零位輸入或系統(tǒng)本身無穩(wěn)態(tài)誤差）、對噪聲敏感、可能引起超調(diào)和振蕩。4.解析思路：定義傳感器作用。傳感器是系統(tǒng)的“感官”，用于檢測被控對象的某個物理量或狀態(tài)參數(shù)?；疽蟀蚀_性（測量值接近真實值）、可靠性（長期工作穩(wěn)定）、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強、易于接口等?；卮鹨c：*作用：將非電量（如溫度、壓力、位移、速度等）轉(zhuǎn)換為電量信號，為控制系統(tǒng)提供必要的輸入信息。*基本要求：測量精度高、工作可靠、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強、接口方便、成本合理等。5.解析思路：結(jié)合高性能制造特點（精度、效率、柔性、互聯(lián)等）闡述工業(yè)網(wǎng)絡(luò)重要性。網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)設(shè)備間、系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換和協(xié)同的基礎(chǔ)，高速、可靠、確定性的通信是保證實時控制、遠程監(jiān)控、分布式管理、數(shù)據(jù)分析與決策等高級功能實現(xiàn)的前提?；卮鹨c：*實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)：連接現(xiàn)場設(shè)備、控制器、傳感器、執(zhí)行器等，構(gòu)成控制系統(tǒng)。*高速數(shù)據(jù)傳輸：滿足實時控制對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。*可靠性：保證控制指令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_、及時、不丟失。*實時性：滿足控制系統(tǒng)的實時響應(yīng)需求。*支持遠程監(jiān)控與維護：便于對生產(chǎn)過程進行遠程管理和故障診斷。*支持分布式控制：實現(xiàn)控制功能的分散部署和管理。*支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）應(yīng)用：為數(shù)據(jù)采集、分析和智能化應(yīng)用提供基礎(chǔ)。四、計算題1.解析思路：求Kp使用公式Kp=lim(s->0)G(s)。求Kv使用公式Kv=lim(s->0)sG(s)。根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差定義，計算E(s)=1/(1+G(s))*R(s)，對于單位階躍輸入R(s)=1/s，穩(wěn)態(tài)誤差ess=lim(s->0)sE(s)=1/(1+Kp)。計算過程：*Kp=lim(s->0)[10/(s(s+2))]=10/(0*2)=10/0→未定義。應(yīng)為Kp=lim(s->0)[10/(s(s+2))]=10/(0+2)=5。*Kv=lim(s->0)[s*(10/(s(s+2)))]=lim(s->0)[10/(s+2)]=10/(0+2)=5。*穩(wěn)態(tài)誤差ess=1/(1+Kp)=1/(1+5)=1/6。答案：Kp=5,Kv=5,單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差ess=1/6。2.解析思路：列出勞斯表，第一列元素符號變化次數(shù)即為右半部極點個數(shù)。若第一列出現(xiàn)全正或出現(xiàn)零，需按規(guī)則處理（若為零，可用非零小數(shù)代替繼續(xù)計算，或直接判斷該行上方對應(yīng)的根）。計算過程：*勞斯表：s^3|1K+2s^2|3Ks^1|(3K+6)/3=K+2s^0|K*第一列元素符號：1(+),K(+),K+2(+),K。若K≥0，則第一列元素全為正，系統(tǒng)穩(wěn)定。若K<0，則第一列元素符號變化次數(shù)為0，系統(tǒng)穩(wěn)定。*結(jié)論：系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍是K≥0。五、論述題1.解析思路：從提高效率（自動化、柔性）、保證質(zhì)量（精確控制、在線檢測）、降低成本（減少人力、能耗、廢品）、實現(xiàn)智能化（數(shù)據(jù)分析、預(yù)測性維護）等方面論述。結(jié)合具體例子，如自動化裝配線、機器人焊接、在線質(zhì)量檢測系統(tǒng)、基于模型的預(yù)測控制等?；卮鹨c：*提高生產(chǎn)效率：自動化替代人工，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、柔性制造，縮短生產(chǎn)周期。*保證產(chǎn)品質(zhì)量：精確的控制系統(tǒng)保證加工精度和一致性，在線傳感器實時監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量，減少廢品率。*降低生產(chǎn)成本：減少人力需求，優(yōu)化能源使用，提高設(shè)備利用率，減少物料浪費。*增強系統(tǒng)柔性：適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)需求。*實現(xiàn)智能化：集成傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信、大數(shù)據(jù)分析、人工智能，實現(xiàn)智能控制、預(yù)測性維護和智能決策。*例子：自動化立體倉庫（提高效率）、精密數(shù)控機床的閉環(huán)控制（保證質(zhì)量）、柔性制造單元（提高柔性）、工業(yè)機器人（替代人力）、在線視覺檢測系統(tǒng)（保證質(zhì)量）。2.解析思路：分別闡述兩種控制方式的原理、優(yōu)缺點。PID控制原理成熟、結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好，但精度有限，對非線性、時滯系統(tǒng)效果不佳，參數(shù)整定需要經(jīng)驗。模糊控制能處理模糊規(guī)則和不確定性，適用于非線性、時滯系統(tǒng)，但規(guī)則制定依賴專家經(jīng)驗，系統(tǒng)設(shè)計和參數(shù)整定較復(fù)雜，穩(wěn)定性分析困難?；卮鹨c：*PID控制：*原理：基于誤差信號的比例（P）、積分（I）、微分（D）三種作用進行控制。*優(yōu)點：原理簡單、實現(xiàn)容易、魯棒性好、應(yīng)用廣泛、對線性系統(tǒng)及部分非線性系統(tǒng)效果顯著。*缺點：精度有限、對強非線性、大時滯系統(tǒng)效果不佳、參數(shù)整定需要經(jīng)驗（經(jīng)驗試湊法或高級整定方法）、難以處理模糊信息和邏輯關(guān)系。*適用場景：過程控制、位置控制等對精度要求不是極端、系統(tǒng)特性相對確定的場合。*模糊控制：*原理：基于模糊邏輯和模糊規(guī)則進行控制，用語言變量描述系統(tǒng)特性和控制策略。*優(yōu)點：能處理模糊信息和不確定性、適用于