北京理工大學2025年春季學期期末考試（自動化）試題及答案考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______1.選擇題（每題2分，共40分）（1）以下哪個不是自動控制系統(tǒng)的基本組成部分？A.控制器B.被控對象C.傳感器D.電源（2）根據(jù)拉普拉斯變換，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和傳遞函數(shù)之間的關(guān)系是？A.穩(wěn)定性取決于傳遞函數(shù)的極點位置B.穩(wěn)定性取決于傳遞函數(shù)的零點位置C.穩(wěn)定性取決于傳遞函數(shù)的增益大小D.穩(wěn)定性取決于傳遞函數(shù)的相位裕度（3）以下哪個不是PID控制器的參數(shù)？A.比例系數(shù)KpB.積分系數(shù)KiC.微分系數(shù)KdD.時間常數(shù)τ（4）在自動檢測技術(shù)中，以下哪個不是常見的傳感器類型？A.電阻式傳感器B.電容式傳感器C.光電式傳感器D.壓力式傳感器（5）以下哪個不是工業(yè)自動化系統(tǒng)中的執(zhí)行器？A.電機B.氣缸C.傳感器D.控制器2.填空題（每題2分，共20分）（1）自動控制系統(tǒng)的基本組成部分包括：______、______、______、______。（2）PID控制器的參數(shù)包括：______、______、______。（3）根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是：______。（4）在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，常見的控制策略有：______、______、______。3.判斷題（每題2分，共20分）（1）自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與系統(tǒng)的類型無關(guān)。（）（2）PID控制器可以通過調(diào)整參數(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)的快速性和穩(wěn)定性。（）（3）在自動檢測技術(shù)中，傳感器的輸出信號總是與被測量的物理量成正比。（）（4）工業(yè)自動化系統(tǒng)中的執(zhí)行器可以用來改變被控對象的物理狀態(tài)。（）4.簡答題（每題10分，共50分）（1）簡述自動控制系統(tǒng)的基本原理。（2）解釋什么是傳遞函數(shù)，并說明其在自動控制系統(tǒng)中的作用。（3）簡述PID控制器的原理及其在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。（4）簡要介紹工業(yè)自動化系統(tǒng)中常見的傳感器類型及其工作原理。5.計算題（每題10分，共50分）（1）已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s+1)，求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差。（2）已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s^2+2s+1)，求系統(tǒng)的自然頻率和阻尼比。（3）已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s^2+2s+5)，求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。（4）已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s^2+4s+9)，求系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差和瞬態(tài)誤差。6.綜合題（每題20分，共100分）（1）設(shè)計一個簡單的PID控制器，使其控制一個二階系統(tǒng)，滿足以下要求：-系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為0；-系統(tǒng)的超調(diào)量為10%；-系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間為5秒。（2）分析一個工業(yè)自動化系統(tǒng)中的傳感器，說明其工作原理、應(yīng)用場景以及可能存在的誤差來源。（3）根據(jù)以下系統(tǒng)傳遞函數(shù)，分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，并給出改進措施：G(s)=K/(s^2+3s+2)（4）設(shè)計一個簡單的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，包括傳感器、控制器和執(zhí)行器，并說明其工作原理和設(shè)計步驟。試卷答案1.選擇題（1）C解析：電源不是自動控制系統(tǒng)的基本組成部分，它為系統(tǒng)提供能量。（2）A解析：根據(jù)拉普拉斯變換，系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于傳遞函數(shù)的極點位置，極點位于右半平面時系統(tǒng)不穩(wěn)定。（3）D解析：時間常數(shù)τ是描述系統(tǒng)響應(yīng)速度的參數(shù)，不是PID控制器的參數(shù)。（4）C解析：傳感器用于檢測被測量的物理量，光電式傳感器是一種常見的傳感器類型。（5）C解析：傳感器用于檢測被控對象的物理量，控制器用于控制執(zhí)行器，執(zhí)行器改變被控對象的物理狀態(tài)。2.填空題（1）控制器、被控對象、傳感器、執(zhí)行器（2）比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd（3）G(s)的極點全部位于左半平面（4）開環(huán)控制、閉環(huán)控制、自適應(yīng)控制3.判斷題（1）×解析：自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與系統(tǒng)的類型有關(guān)，不同類型的系統(tǒng)可能具有不同的穩(wěn)定性。（2）√解析：PID控制器可以通過調(diào)整參數(shù)（Kp、Ki、Kd）來改變系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。（3）×解析：傳感器的輸出信號并不總是與被測量的物理量成正比，可能存在非線性關(guān)系。（4）√解析：工業(yè)自動化系統(tǒng)中的執(zhí)行器可以用來改變被控對象的物理狀態(tài)，如開關(guān)、調(diào)節(jié)等。4.簡答題（1）自動控制系統(tǒng)的基本原理是通過控制器根據(jù)被控對象的實際輸出與期望輸出之間的誤差，調(diào)整控制信號，使被控對象達到期望的輸出狀態(tài)。（2）傳遞函數(shù)是描述系統(tǒng)輸入與輸出之間關(guān)系的數(shù)學模型，它在自動控制系統(tǒng)中的作用是分析系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性。（3）PID控制器通過比例、積分和微分三種控制作用，分別對應(yīng)系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和準確性。（4）工業(yè)自動化系統(tǒng)中常見的傳感器類型包括電阻式、電容式、光電式和壓力式，它們的工作原理各不相同，但都用于檢測被測量的物理量。5.計算題（1）系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為0，即e_ss=0。（2）系統(tǒng)的自然頻率ω_n=1rad/s，阻尼比ζ=1/√3。（3）系統(tǒng)的超調(diào)量M=10%，調(diào)節(jié)時間t_r=5秒。（4）系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為e_ss=1