北京理工大學(xué)2025年自動(dòng)化系統(tǒng)試題及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______1.選擇題（每題2分，共30分）（1）自動(dòng)化系統(tǒng)的核心是（）。A.傳感器B.控制器C.執(zhí)行器D.以上都是（2）下列哪項(xiàng)不屬于自動(dòng)化系統(tǒng)的基本組成？（）A.傳感器B.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)C.機(jī)械裝置D.電力系統(tǒng)（3）PID控制器中的“P”代表（）。A.比例B.積分C.微分D.以上都是（4）在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，反饋控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別在于（）。A.控制器的類型B.系統(tǒng)的穩(wěn)定性C.控制信號(hào)的類型D.是否存在反饋回路（5）下列哪種傳感器適用于測(cè)量溫度？（）A.紅外傳感器B.光電傳感器C.磁電傳感器D.渦輪流量傳感器2.填空題（每題3分，共60分）（1）自動(dòng)化系統(tǒng)中的傳感器是將（）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。（2）控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以通過(guò)（）來(lái)判斷。（3）PID控制器的參數(shù)（）和（）對(duì)系統(tǒng)的性能有重要影響。（4）在工業(yè)生產(chǎn)中，常用的執(zhí)行器有（）和（）。（5）根據(jù)反饋信號(hào)的作用，控制系統(tǒng)可以分為（）和（）。3.計(jì)算題（每題10分，共200分）（1）已知一個(gè)二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s^2+2s+5)，求該系統(tǒng)的自然頻率和阻尼比。（2）設(shè)計(jì)一個(gè)比例控制器，使得系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為0。（3）某控制系統(tǒng)采用PID控制器，Kp=1，Ti=1，Td=0.1，求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的響應(yīng)曲線。（4）計(jì)算下列傳遞函數(shù)的增益K。G(s)=(10s+5)/(s^2+2s+10)（5）分析下列系統(tǒng)的穩(wěn)定性。G(s)=(s+1)/(s^2+4s+5)4.綜合應(yīng)用題（每題20分，共60分）（1）某工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度控制系統(tǒng)，采用PID控制器進(jìn)行控制。已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s+1)，要求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的超調(diào)量為10%，求PID控制器的參數(shù)Kp、Ti、Td。（2）設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，用于控制一個(gè)直流電機(jī)。已知電機(jī)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s+0.1)，要求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為0，超調(diào)量為5%，求PID控制器的參數(shù)Kp、Ti、Td。（3）分析一個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的物料輸送系統(tǒng)，已知物料輸送速度的傳遞函數(shù)為G(s)=100/(s+1)，要求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的響應(yīng)時(shí)間小于5秒，超調(diào)量小于5%，求控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。試卷答案1.選擇題（每題2分，共30分）（1）D解析：自動(dòng)化系統(tǒng)通常由傳感器、控制器和執(zhí)行器組成，三者共同工作，因此選D。（2）D解析：自動(dòng)化系統(tǒng)中的傳感器、控制器和執(zhí)行器是基本組成，而電力系統(tǒng)不是自動(dòng)化系統(tǒng)的基本組成。（3）A解析：PID控制器中的“P”代表比例（Proportional）。（4）D解析：反饋控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別在于是否存在反饋回路。（5）A解析：紅外傳感器常用于測(cè)量溫度，因?yàn)樗軌驒z測(cè)物體的紅外輻射。2.填空題（每題3分，共60分）（1）非電信號(hào)解析：傳感器的作用是將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。（2）穩(wěn)定性判據(jù)解析：通過(guò)穩(wěn)定性判據(jù)，如Nyquist判據(jù)或Bode判據(jù)，可以判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（3）比例增益，積分時(shí)間解析：PID控制器的比例增益（Kp）和積分時(shí)間（Ti）對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能有直接影響。（4）調(diào)節(jié)閥，伺服電機(jī)解析：調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)流體或氣體的流量，伺服電機(jī)用于精確控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)。（5）反饋控制系統(tǒng)，開環(huán)控制系統(tǒng)解析：根據(jù)反饋信號(hào)的存在，控制系統(tǒng)可以分為反饋控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。3.計(jì)算題（每題10分，共200分）（1）自然頻率ωn=√5rad/s，阻尼比ζ=0.632解析：自然頻率ωn由特征方程的負(fù)實(shí)根計(jì)算得到，阻尼比ζ由2ωn/√(ωn^2+2ζωn)計(jì)算得到。（2）K=1解析：比例控制器的穩(wěn)態(tài)誤差為0時(shí)，K=1，即控制器的增益等于系統(tǒng)增益。（3）響應(yīng)曲線如圖所示（此處應(yīng)有圖像，但文本中無(wú)法顯示圖像）解析：通過(guò)試錯(cuò)法或使用軟件工具，調(diào)整PID參數(shù)以滿足穩(wěn)態(tài)誤差和超調(diào)量的要求。（4）K=1解析：增益K由傳遞函數(shù)的常數(shù)項(xiàng)計(jì)算得到。（5）系統(tǒng)穩(wěn)定解析：根據(jù)Nyquist判據(jù)或Bode判據(jù)，可以判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此處未提供具體圖形，但根據(jù)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)位置，可以判斷系統(tǒng)是穩(wěn)定的。4.綜合應(yīng)用題（每題20分，共60分）（1）Kp=1.6，Ti=2，Td=0.16解析：使用Ziegler-Nichols方法或其他設(shè)計(jì)方法調(diào)整PID參數(shù)以滿足要求。（2）Kp=2.2，Ti=1，Td=0.22解析：使用Ziegler-Nichols方法或其他設(shè)計(jì)