2025年大學（測控技術與儀器）過程控制工程真題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題，共30分）答題要求：本卷共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1.過程控制的核心是（）A.被控對象B.控制器C.檢測變送環(huán)節(jié)D.執(zhí)行器2.以下哪種控制規(guī)律能有效消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（）A.P控制B.PI控制C.PD控制D.PID控制3.被控對象的數(shù)學模型不包括（）A.微分方程B.傳遞函數(shù)C.頻率特性D.邏輯表達式4.測量變送環(huán)節(jié)的主要作用是（）A.獲取被控變量的測量值并轉換為標準信號B.對被控變量進行控制C.執(zhí)行控制指令D.提供控制算法5.執(zhí)行器的輸入信號通常是（）A.電壓信號B.電流信號C.氣壓信號D.以上都有可能6.過程控制系統(tǒng)按給定值信號的特點可分為（）A.定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)B.開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)C.連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)D.線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)7.以下關于比例度的說法正確的是（）A.比例度越大，控制作用越強B.比例度越小，控制作用越強C.比例度與控制作用無關D.比例度適中時控制效果最好8.積分時間Ti對控制系統(tǒng)的影響是（）A.Ti越大，積分作用越強B.Ti越小，積分作用越強C.Ti與積分作用無關D.Ti適中時積分效果最好9.微分時間Td對控制系統(tǒng)的影響是（）A.Td越大，微分作用越強B.Td越小，微分作用越強C.Td與微分作用無關D.Td適中時微分效果最好10.以下哪種情況適合采用串級控制系統(tǒng)（）A.對象的滯后和時間常數(shù)很大B.干擾作用頻繁且幅度大C.對控制質(zhì)量要求較高D.以上都是第II卷（非選擇題，共70分）二、填空題（每題2分，共10分）1.過程控制系統(tǒng)主要由被控對象、________、控制器、執(zhí)行器和________等環(huán)節(jié)組成。2.建立被控對象數(shù)學模型的方法主要有________和________。3.比例控制規(guī)律的表達式為________。4.積分控制作用是按________的大小和________進行控制的。5.串級控制系統(tǒng)中，主控制器的輸出作為副控制器的________。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述過程控制的定義和特點。2.什么是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性？如何判斷一個控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定？3.簡述PI控制規(guī)律的優(yōu)缺點。4.串級控制系統(tǒng)有哪些優(yōu)點？四、分析題（每題15分，共30分）材料：某溫度控制系統(tǒng)，被控對象的傳遞函數(shù)為G0(s)=1/(5s+1)，采用PI控制器，比例度為50%，積分時間為2min。1.求該控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。2.分析比例度和積分時間對系統(tǒng)性能的影響。材料：在一個流量控制系統(tǒng)中，流量測量值經(jīng)常出現(xiàn)較大波動，影響了控制效果。已知流量對象的傳遞函數(shù)為G0(s)=1/(3s+2)，干擾通道的傳遞函數(shù)為Gf(s)=1/(4s+1)。1.請分析可能導致流量測量值波動的原因。2.提出一種改進該控制系統(tǒng)性能的方法。五、設計題（10分）設計一個液位控制系統(tǒng)，要求采用PID控制器，實現(xiàn)液位的穩(wěn)定控制。已知液位對象的傳遞函數(shù)為G0(s)=1/(2s+1)，干擾主要來自進料流量的變化。請確定PID控制器的參數(shù)，并說明設計思路。答案：一、選擇題1.B2.B3.D4.A5.B6.A7.B8.B9.A10.D二、填空題1.檢測變送環(huán)節(jié)；給定值環(huán)節(jié)2.機理建模法；實驗建模法3.u(t)=Kp(e(t)+1/Ti∫e(t)dt)4.偏差；時間5.給定值三、簡答題1.過程控制是指對工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種物理量、化學量等進行自動檢測、控制和調(diào)節(jié)，使生產(chǎn)過程保持在最佳運行狀態(tài)，以獲得最佳的經(jīng)濟效益和社會效益。特點：被控對象復雜多樣；控制方案豐富；系統(tǒng)多屬慢過程且有較大慣性和滯后。2.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的平衡狀態(tài)或趨于一個新的平衡狀態(tài)的能力。判斷方法：根據(jù)系統(tǒng)的特征方程的根的分布來判斷，若特征方程的所有根都具有負實部，則系統(tǒng)穩(wěn)定；若有根具有非負實部，則系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.優(yōu)點：反應快，控制及時；能有效克服干擾影響，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。缺點：存在穩(wěn)態(tài)誤差。4.優(yōu)點：改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；對二次干擾有很強的克服能力；提高了系統(tǒng)的魯棒性。四、分析題1.首先，設PI控制器的傳遞函數(shù)為Gc(s)=Kp(1+1/Tis)，則閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Φ(s)=Gc(s)G0(s)/(1+Gc(s)G0(s))將G0(s)=1/(5s+1)，Gc(s)=Kp(1+1/Tis)代入上式，經(jīng)過化簡可得閉環(huán)傳遞函數(shù)。2.比例度增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強，但穩(wěn)態(tài)誤差增大；比例度減小，系統(tǒng)響應速度加快，但穩(wěn)定性變差。積分時間增大，積分作用減弱，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度變慢；積分時間減小，積分作用增強，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度變快，但可能導致系統(tǒng)振蕩加劇。1.可能原因：流量測量儀表精度不夠；干擾通道時間常數(shù)與被控對象時間常數(shù)接近，導致干擾對被控量影響大；控制器參數(shù)設置不合理。2.改進方法：可采用前饋-反饋控制系統(tǒng)，根據(jù)干擾通道的特性引入前饋控制，及時抵消干擾的影響，再結合反饋控制保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。五、設計題首先根據(jù)液位對象傳遞函數(shù)G0(s)=1/(2s+1)，確定控制器的大致參數(shù)范圍。采用Ziegler-Nichols經(jīng)驗法，先通過實驗得到臨界比例度Kc和臨界周期Tc。然后根據(jù)經(jīng)驗公式計算PID控制器的參數(shù)：Kp