2025年大學(xué)自動(dòng)化（工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)）試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題，共40分）答題要求：本卷共8題，每題5分。每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。請(qǐng)將正確答案的序號(hào)填在括號(hào)內(nèi)。1.工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以下哪種控制算法常用于處理具有大滯后特性的對(duì)象？（）A.比例控制B.積分控制C.微分控制D.史密斯預(yù)估控制2.在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，傳感器的作用是（）。A.執(zhí)行控制指令B.檢測(cè)被控對(duì)象的狀態(tài)C.實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換D.提供控制能量3.對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程，采用哪種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性？（）A.集中控制系統(tǒng)B.分散控制系統(tǒng)C.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)D.智能控制系統(tǒng)4.以下哪種編程語言常用于工業(yè)控制系統(tǒng)的編程？（）A.C++B.JavaC.PLC編程語言D.Python5.在工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如何提高系統(tǒng)的抗干擾能力？（）A.增加系統(tǒng)的增益B.采用屏蔽電纜和接地措施C.提高傳感器的精度D.優(yōu)化控制算法6.工業(yè)控制系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡(luò)，哪種具有較高的實(shí)時(shí)性和可靠性？（）A.以太網(wǎng)B.無線通信網(wǎng)絡(luò)C.現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)D.互聯(lián)網(wǎng)7.對(duì)于一個(gè)多變量控制系統(tǒng)，以下哪種方法可以有效解耦各變量之間的相互影響？（）A.前饋控制B.反饋控制C.解耦控制D.自適應(yīng)控制8.在工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如何進(jìn)行系統(tǒng)的故障診斷和容錯(cuò)設(shè)計(jì)？（）A.增加備用設(shè)備B.采用冗余設(shè)計(jì)C.安裝監(jiān)測(cè)傳感器D.以上都是第II卷（非選擇題，共60分）（一）填空題（共10分）答題要求：本大題共5空，每空2分。請(qǐng)將答案填在橫線上。1.工業(yè)控制系統(tǒng)的核心組成部分包括控制器、______、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對(duì)象。2.PID控制算法中，P代表______，I代表積分控制，D代表微分控制。3.現(xiàn)場(chǎng)總線是一種用于______與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間通信的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。4.工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要考慮系統(tǒng)的______、可靠性、可維護(hù)性和安全性等性能指標(biāo)。5.智能控制系統(tǒng)通常包括______、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等多種控制方法。（二）簡(jiǎn)答題（共20分）答題要求：本大題共4題，每題5分。簡(jiǎn)要回答問題。1.簡(jiǎn)述工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟。2.什么是開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)？它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？3.工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的傳感器有哪些類型？請(qǐng)舉例說明。4.簡(jiǎn)述PLC編程語言的主要特點(diǎn)。（三）分析題（共15分）答題要求：本大題共1題，15分。分析以下工業(yè)控制系統(tǒng)的工作原理，并回答問題。某工業(yè)生產(chǎn)過程中，采用溫度控制系統(tǒng)來控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度。系統(tǒng)由溫度傳感器、控制器、加熱裝置和被控對(duì)象（反應(yīng)釜）組成。溫度傳感器將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸給控制器?？刂破鞲鶕?jù)設(shè)定的溫度值與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較，計(jì)算出偏差，然后根據(jù)PID控制算法輸出控制信號(hào)，控制加熱裝置的加熱功率，從而調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)的溫度。1.請(qǐng)畫出該溫度控制系統(tǒng)的原理框圖。2.若反應(yīng)釜內(nèi)的溫度出現(xiàn)較大波動(dòng)，可能的原因有哪些？3.如何調(diào)整PID控制參數(shù)以提高系統(tǒng)的控制性能？（四）設(shè)計(jì)題（共15分）答題要求：本大題共1題，15分。根據(jù)以下要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的工業(yè)控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)一個(gè)液位控制系統(tǒng)，用于控制水箱中的液位高度。要求：1.系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水箱液位高度，并將液位信號(hào)傳輸給控制器。2.當(dāng)液位低于設(shè)定值時(shí)，水泵自動(dòng)啟動(dòng)，向水箱注水；當(dāng)液位高于設(shè)定值時(shí)，水泵自動(dòng)停止。3.采用PLC作為控制器，選擇合適的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并畫出系統(tǒng)的電氣原理圖。（五）綜合題（共20分）答題要求：本大題共1題，20分。閱讀以下材料，回答問題。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，如網(wǎng)絡(luò)安全威脅、復(fù)雜工況下的控制精度要求等。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，工業(yè)控制系統(tǒng)需要不斷創(chuàng)新和升級(jí)。一方面，引入先進(jìn)的控制技術(shù)，如人工智能、大數(shù)據(jù)分析等，提高系統(tǒng)的智能化水平；另一方面，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，采用加密技術(shù)、身份認(rèn)證等措施，保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。1.請(qǐng)分析工業(yè)控制系統(tǒng)面臨的網(wǎng)絡(luò)安全威脅有哪些？2.簡(jiǎn)述人工智能和大數(shù)據(jù)分析在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。3.如何加強(qiáng)工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)？答案：第I卷：1.D2.B3.B4.C5.B6.C7.C8.D第II卷：（一）1.傳感器2.比例控制3.自動(dòng)化系統(tǒng)4.穩(wěn)定性5.專家控制（二）1.需求分析、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、測(cè)試與調(diào)試、運(yùn)行與維護(hù)。2.開環(huán)控制系統(tǒng)無反饋，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，但控制精度低；閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋，能自動(dòng)糾正偏差，控制精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高。3.溫度傳感器如熱電偶；壓力傳感器如應(yīng)變片式壓力傳感器；流量傳感器如電磁流量計(jì)等。4.直觀易懂、與電氣控制緊密結(jié)合、具有豐富的指令集、可靠性高。（三）1.略。2.傳感器故障、控制器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、加熱裝置故障、外界干擾等。3.根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)，如增大比例系數(shù)可加快響應(yīng)速度但可能產(chǎn)生振蕩，需綜合考慮調(diào)