2025年大三（自動(dòng)化）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考核題

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本大題共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.以下關(guān)于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的說(shuō)法，正確的是（）A.開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)B.閉環(huán)控制系統(tǒng)的精度一定高于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)C.復(fù)合控制系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單相加D.前饋控制系統(tǒng)主要用于抑制系統(tǒng)的干擾2.在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，能夠提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的是（）A.增加積分環(huán)節(jié)B.減小比例系數(shù)C.采用超前校正D.降低系統(tǒng)增益3.對(duì)于一個(gè)二階系統(tǒng)，其阻尼比ζ=0.5時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)特性為（）A.無(wú)振蕩衰減B.臨界阻尼C.欠阻尼振蕩D.過(guò)阻尼4.自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，采樣周期的選擇主要取決于（）A.系統(tǒng)的穩(wěn)定性B.系統(tǒng)的響應(yīng)速度C.被控對(duì)象的特性和控制算法的要求D.控制器的類型5.以下哪種控制算法不屬于智能控制算法（）A.模糊控制B.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制C.自適應(yīng)控制D.比例積分微分控制6.在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，傳感器的作用是（）A.接收控制信號(hào)并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作B.將被控對(duì)象的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)C.對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制D.采集被控對(duì)象的狀態(tài)信息并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)7.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)中，反映系統(tǒng)快速性指標(biāo)的是（）A.上升時(shí)間B.超調(diào)量C.穩(wěn)態(tài)誤差D.調(diào)整時(shí)間8.對(duì)于一個(gè)線性定常系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式的次數(shù)（）分子多項(xiàng)式的次數(shù)。A.大于B.小于C.等于D.不一定9.在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，PID控制器的積分作用主要用于消除（）A.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差B.系統(tǒng)噪聲C.系統(tǒng)的超調(diào)量D.系統(tǒng)的振蕩10.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程中，首先要進(jìn)行的是（）A.系統(tǒng)建模B.確定控制目標(biāo)C.選擇控制方案D.系統(tǒng)調(diào)試第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（每題3分，共15分）1.自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由______、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對(duì)象組成。2.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到______作用后，能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)的能力。3.傳遞函數(shù)是在______條件下，系統(tǒng)輸出拉氏變換與輸入拉氏變換之比。4.模糊控制的核心是______。5.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括穩(wěn)定性、______和準(zhǔn)確性。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）1.簡(jiǎn)述開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。2.說(shuō)明PID控制器中比例、積分、微分作用的物理意義。四、綜合分析題（共20分）材料：某溫度控制系統(tǒng)，采用熱電偶作為溫度傳感器，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大電路后送入PID控制器進(jìn)行控制，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱絲的電流來(lái)控制溫度。已知該系統(tǒng)的被控對(duì)象為一個(gè)加熱爐，其傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s(0.5s+1))，要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差小于0.1℃，超調(diào)量小于20%。1.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該溫度控制系統(tǒng)的控制方案，說(shuō)明各環(huán)節(jié)的作用。（10分）2.根據(jù)給定的性能指標(biāo)，計(jì)算PID控制器的參數(shù)。（10分）五、設(shè)計(jì)題（共15分）設(shè)計(jì)一個(gè)液位控制系統(tǒng)，要求能夠保持液位穩(wěn)定在設(shè)定值。已知液位由水泵供水，通過(guò)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量來(lái)控制液位。請(qǐng)畫出該液位控制系統(tǒng)的原理框圖，并說(shuō)明各環(huán)節(jié)的作用。答案：第I卷答案1.A2.C3.C4.C5.D6.D7.A8.A9.A10.B第II卷答案二、填空題答案1.傳感器2.擾動(dòng)3.零初始條件4.模糊控制規(guī)則5.快速性三、簡(jiǎn)答題答案1.開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)：控制精度低，對(duì)擾動(dòng)敏感。閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：控制精度高，能自動(dòng)補(bǔ)償擾動(dòng)影響；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，可能存在穩(wěn)定性問(wèn)題。2.比例作用：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。積分作用：主要用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，只要系統(tǒng)存在誤差，積分作用就不斷積累，輸出控制量以消除誤差。微分作用：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。四、綜合分析題答案1.控制方案：采用PID控制器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。熱電偶將溫度轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，放大電路放大信號(hào)后送入PID控制器，PID控制器根據(jù)偏差計(jì)算控制量，控制加熱絲電流，從而控制加熱爐溫度。傳感器用于采集溫度信號(hào)，控制器進(jìn)行控制運(yùn)算，執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)加熱絲電流，被控對(duì)象是加熱爐。2.首先根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，采用PI控制可消除穩(wěn)態(tài)誤差，由系統(tǒng)類型及穩(wěn)態(tài)誤差公式計(jì)算出積分系數(shù)Ki。再根據(jù)超調(diào)量要求，利用二階系統(tǒng)超調(diào)量與阻尼比關(guān)系，結(jié)合系統(tǒng)傳遞函數(shù)求出阻尼比ζ，進(jìn)而根據(jù)PID控制器參數(shù)與阻尼比關(guān)系計(jì)算出比例系數(shù)Kp和微分系數(shù)Kd。（具體計(jì)算過(guò)程略）五、設(shè)計(jì)題答案原理框圖如下：液位傳感器采集液位信號(hào)，與設(shè)定值比較得到偏差