2025年大學本科三年級（自動化）自動控制系統(tǒng)階段測試試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題，共40分）每題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。(總共8題，每題5分，在每題給出的四個選項中，選出最符合題目要求的一項)1.自動控制系統(tǒng)中，反饋控制的本質是（）A.基于偏差消除偏差B.對給定值的跟蹤C.對干擾的補償D.系統(tǒng)的穩(wěn)定性保障2.以下關于傳遞函數(shù)的說法，正確的是（）A.只與系統(tǒng)的結構和參數(shù)有關B.與輸入信號有關C.與初始條件有關D.是系統(tǒng)輸出與輸入的比值3.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ對系統(tǒng)性能影響較大，當ζ=0時，系統(tǒng)處于（）A.欠阻尼狀態(tài)B.過阻尼狀態(tài)C.臨界阻尼狀態(tài)D.無阻尼狀態(tài)4.對于一個穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)的所有極點必須位于s平面的（）A.左半平面B.右半平面C.虛軸上D.實軸上5.比例控制規(guī)律的特點是（）A.有滯后作用B.有超前作用C.調節(jié)及時，無滯后D.調節(jié)不及時6.積分控制規(guī)律的作用是（）A.消除穩(wěn)態(tài)誤差B.加快系統(tǒng)響應C.提高系統(tǒng)穩(wěn)定性D.減小超調量7.微分控制規(guī)律主要用于（）A.提高系統(tǒng)的快速性B.消除穩(wěn)態(tài)誤差C.減小系統(tǒng)阻尼D.增加系統(tǒng)超調量8.系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)，其閉環(huán)特征方程為（）A.1+G(s)H(s)=0B.G(s)H(s)=0C.1-G(s)H(s)=0D.G(s)+H(s)=0第II卷（非選擇題，共60分）9.簡答題：簡述自動控制系統(tǒng)的基本組成部分及其作用。(10分)10.簡答題：什么是系統(tǒng)的穩(wěn)定性？判斷線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有哪些？(共10分)11.計算題：已知某二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=ωn2/(s2+2ζωns+ωn2)，當ωn=2，ζ=0.5時，求系統(tǒng)的阻尼振蕩頻率ωd、無阻尼自然頻率ωn、上升時間tr、峰值時間tp和超調量σ%。(20分)12.分析題：材料：某溫度控制系統(tǒng)，采用比例積分控制。在運行過程中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)響應速度較慢，穩(wěn)態(tài)誤差較大。問題：請分析可能的原因，并提出改進措施。(15分)13.設計題：設計一個液位控制系統(tǒng)，要求保持液位穩(wěn)定在給定值。已知有液位傳感器可檢測液位高度，有調節(jié)閥可控制進水流量。請畫出系統(tǒng)的方框圖，并說明各環(huán)節(jié)的作用。(5分)答案：1.A2.A3.D4.A5.C6.A7.A8.A9.自動控制系統(tǒng)主要由被控對象、測量元件、控制器和執(zhí)行元件組成。被控對象是被控制的設備或過程；測量元件用于檢測被控量并將其轉換為電信號；控制器根據(jù)測量元件送來的信號與給定值比較產(chǎn)生控制信號；執(zhí)行元件根據(jù)控制信號對被控對象施加控制作用，使被控量達到預期值。10.系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到外界干擾后，能夠自動恢復到原來平衡狀態(tài)的能力。判斷線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法主要有勞斯判據(jù)和奈奎斯特判據(jù)等。勞斯判據(jù)通過系統(tǒng)特征方程的系數(shù)來判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性；奈奎斯特判據(jù)則利用系統(tǒng)開環(huán)頻率特性來判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。11.ωn=2，ζ=0.5。ωd=ωn√(1-ζ2)=2√(1-0.25)=√3。上升時間tr=(π-θ)/ωd，其中θ=arctan(√(1-ζ2)/ζ)=arctan(√3)=π/3，所以tr=(π-π/3)/√3=2π/(3√3)。峰值時間tp=π/ωd=π/√3。超調量σ%=e^(-ζπ/√(1-ζ2))×100%=e^(-0.5π/√3)×100%≈16.3%。12.原因可能是比例系數(shù)過小，導致系統(tǒng)調節(jié)作用弱；積分時間過長，積分作用不明顯。改進措施：適當增大比例系數(shù)，加快系統(tǒng)響應；減小積分時間，增強積分作用，以減小穩(wěn)態(tài)誤差。13.方框圖：液位傳感器→比較器→控制器→調節(jié)閥→液位