2025年高職機電一體化技術(shù)（自動化控制）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）（總共20題，每題2分，每題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的，請將正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)）1.反饋控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有（）。A.反饋回路B.慣性環(huán)節(jié)C.積分環(huán)節(jié)D.PID調(diào)節(jié)器答案：A2.自動控制系統(tǒng)的基本要求是（）。A.穩(wěn)定性、準確性、快速性B.穩(wěn)定性、動態(tài)性、快速性C.穩(wěn)定性、準確性、動態(tài)性D.動態(tài)性、準確性、快速性答案：A3.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=4/(s2+2s+4)，其阻尼比ζ為（）。A.0.5B.1C.2D.4答案：A4.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)取決于（）。A.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號C.輸出信號D.干擾信號答案：A5.比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)是（）。A.G(s)=KB.G(s)=1/TsC.G(s)=K/sD.G(s)=1/(Ts+1)答案：A6.積分環(huán)節(jié)的輸出信號與輸入信號的（）成正比。A.幅值B.頻率C.時間積分D.相位答案：C7.微分環(huán)節(jié)的輸出信號與輸入信號的（）成正比。A.幅值B.頻率C.變化率D.相位答案：C8.系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=10/(s(0.1s+1))，其開環(huán)增益K為（）。A.10B.1C.0.1D.100答案：A9.閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點是（）。A.精度高B.結(jié)構(gòu)簡單C.成本低D.抗干擾能力弱答案：A10.前饋控制系統(tǒng)的特點是（）。A.能對干擾進行補償B.能對給定值進行跟蹤C.結(jié)構(gòu)復(fù)雜D.控制精度低答案：A11.線性系統(tǒng)的特點是（）。A.滿足疊加原理B.不滿足疊加原理C.輸出與輸入成非線性關(guān)系D.輸出與輸入成指數(shù)關(guān)系答案：A12.非線性系統(tǒng)的特點是（）。A.不滿足疊加原理B.滿足疊加原理C.輸出與輸入成線性關(guān)系D.輸出與輸入成比例關(guān)系答案：A13.采樣控制系統(tǒng)的信號是（）。A.連續(xù)信號B.離散信號C.模擬信號D.數(shù)字信號答案：B14.數(shù)字控制系統(tǒng)的信號是（）。A.連續(xù)信號B.離散信號C.模擬信號D.數(shù)字信號答案：D15.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與（）有關(guān)。A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號C.輸出信號D.干擾信號答案：A16.控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與（）有關(guān)。A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號C.輸出信號D.干擾信號答案：A17.控制系統(tǒng)的動態(tài)性能與（）有關(guān)。A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號C.輸出信號D.干擾信號答案：A18.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=1/(s2+3s+2)，其零點為（）。A.-1B.-2C.1D.2答案：無（該傳遞函數(shù)無零點）19.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=1/(s2+3s+2)，其極點為（）。A.-1，-2B.1，2C.-1，2D.1，-2答案：A20.控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)中，反映系統(tǒng)快速性的是（）。A.上升時間B.超調(diào)量C.穩(wěn)態(tài)誤差D.調(diào)節(jié)時間答案：AD（上升時間和調(diào)節(jié)時間反映系統(tǒng)快速性，超調(diào)量反映系統(tǒng)相對穩(wěn)定性，穩(wěn)態(tài)誤差反映系統(tǒng)準確性）第II卷（非選擇題，共60分）一、填空題（每題2分，共10分）1.自動控制系統(tǒng)是指能夠?qū)Ρ豢貙ο蟮墓ぷ鳡顟B(tài)進行______的系統(tǒng)。答案：自動控制2.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在______條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。答案：零初始條件3.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ越小，系統(tǒng)的超調(diào)量越______。答案：大4.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到______作用后，能夠恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。答案：擾動5.數(shù)字控制系統(tǒng)中，常用的控制算法有______、______等。答案：PID控制算法、模糊控制算法（答案不唯一）二、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述自動控制系統(tǒng)的組成部分。答案：自動控制系統(tǒng)主要由被控對象、測量元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件、校正元件等組成。被控對象是被控制的設(shè)備或過程；測量元件用于檢測被控量；比較元件將測量值與給定值比較；放大元件對偏差信號進行放大；執(zhí)行元件根據(jù)控制信號對被控對象施加控制作用；校正元件用于改善系統(tǒng)性能。2.簡述比例、積分、微分控制的作用。答案：比例控制能快速響應(yīng)偏差，使系統(tǒng)輸出跟隨輸入變化，但存在穩(wěn)態(tài)誤差。積分控制能消除穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)輸出最終達到給定值，但響應(yīng)速度慢，可能使系統(tǒng)超調(diào)量增大。微分控制能反映偏差信號的變化率，提前對系統(tǒng)進行控制，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度。3.簡述系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義及判斷方法。答案：系統(tǒng)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動作用后，能夠恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。判斷方法有勞斯判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)等。勞斯判據(jù)通過計算系統(tǒng)特征方程的勞斯表來判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性；奈奎斯特判據(jù)通過繪制系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線，根據(jù)其與負實軸的交點及包圍(-1,j0)點的情況來判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。4.簡述采樣定理的內(nèi)容。答案：采樣定理指出，如果一個連續(xù)信號f(t)具有有限帶寬，其最高頻率為ωm，那么對該信號進行采樣時，采樣頻率ωs必須滿足ωs≥2ωm，才能保證采樣后的離散信號能夠無失真地恢復(fù)出原連續(xù)信號。三、計算題（每題10分，共20分）1.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=10/(s2+2s+10)，輸入信號r(t)=1(t)，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出。答案：首先求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)Φ(s)=G(s)/(1+G(s))=10/(s2+2s+10+10)=10/(s2+2s+20)。輸入信號r(t)=1(t)，其拉氏變換R(s)=1/s。則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出C(s)=Φ(s)R(s)=10/(s(s2+2s+20))。對其進行拉氏反變換求穩(wěn)態(tài)輸出，過程如下：10/(s(s2+2s+20))=10/s-10(s+1)/((s+1)2+19)-10/√19×19/((s+1)2+19)。拉氏反變換得c(t)=1-10e^(-t)cos(√19t)-10/√19e^(-t)sin(√19t)。當(dāng)t趨于無窮時，穩(wěn)態(tài)輸出為1。2.已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)H(s)=K/s(s+1)(s+2)，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。答案：系統(tǒng)的特征方程為s(s+1)(s+2)+K=0，即s3+3s2+2s+K=0。根據(jù)勞斯判據(jù)，勞斯表為：|s3|1|2||----|----|----||s2|3|K||s1|(6-K)/3|0||s?|K|0|要使系統(tǒng)穩(wěn)定，則勞斯表第一列元素均大于零，即3>0，(6-K)/3>0，K>0，解得0<K<6。四、分析題（10分）材料：某機電一體化系統(tǒng)采用PID控制算法，其控制效果在一段時間內(nèi)較好，但近期出現(xiàn)了系統(tǒng)響應(yīng)變慢，超調(diào)量增大的現(xiàn)象。已知該系統(tǒng)的被控對象特性未發(fā)生明顯變化，PID參數(shù)也未進行調(diào)整。問題：請分析可能導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因，并提出改進措施。答案：可能原因：測量元件出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致反饋信號不準確；比較元件或放大元件性能下降，影響偏差信號的處理；執(zhí)行元件存在故障，如電機性能變差等。改進措施：檢查測量元件，進行校準或更換；檢查比較元件和放大元件，維修或更換故障部件；對執(zhí)行元件進行檢測和維護，如檢查電機繞組、更換磨損部件等。同時，重新調(diào)整PID參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)新的性能表現(xiàn)，適當(dāng)增大比例系數(shù)以提高響應(yīng)速度，減小積分時間常數(shù)以減小超調(diào)量，調(diào)整微分時間常數(shù)以改善系統(tǒng)動態(tài)性能。五、設(shè)計題（10分）材料：設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，要求將某一空間的溫度保持在設(shè)定值25℃。已知該空間的溫度變化范圍為15℃到35℃，溫度傳感器的輸出信號為0-5V，對應(yīng)溫度范圍為15℃到35℃。執(zhí)行元件為加熱絲，其控制電壓范圍為0-10V，加熱絲的功率與控制電壓成正比。問題：請設(shè)計該溫度控制系統(tǒng)的控制方案，包括控制算法的選擇及簡要說明控制過程。答案：控制算法可選擇PID控制算法?？刂七^程如下：溫度傳感器實時檢測