2026年自動化（控制系統(tǒng)調(diào)試）試題及答案

（考試時(shí)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.自動化控制系統(tǒng)中，反饋環(huán)節(jié)的主要作用是（）A.對輸入信號進(jìn)行預(yù)處理B.將輸出信號送回到輸入端與輸入信號進(jìn)行比較C.提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度D.增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性答案：B2.以下哪種控制算法常用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（）A.比例控制B.積分控制C.微分控制D.比例積分微分控制答案：B3.自動化控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)中，反映系統(tǒng)快速性的是（）A.上升時(shí)間B.超調(diào)量C.穩(wěn)態(tài)誤差D.調(diào)節(jié)時(shí)間答案：A4.在PID控制器中，積分時(shí)間常數(shù)Ti增大時(shí)，積分作用（）A.增強(qiáng)B.減弱C.不變D.先增強(qiáng)后減弱答案：B5.對于一個(gè)二階系統(tǒng)，其阻尼比ζ=0.5時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)特性是（）A.欠阻尼B.過阻尼C.臨界阻尼D.無阻尼答案：A6.自動化控制系統(tǒng)中采樣周期T的選擇，以下說法正確的是（）A.T越大越好B.T越小越好C.T應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)特性合理選擇D.T與系統(tǒng)特性無關(guān)答案：C7.數(shù)字控制系統(tǒng)中，量化誤差屬于（）A.系統(tǒng)誤差B.隨機(jī)誤差C.粗大誤差D.動態(tài)誤差答案：B8.以下哪種傳感器可用于測量溫度并將其轉(zhuǎn)換為電信號（）A.壓力傳感器B.溫度傳感器C.位移傳感器D.速度傳感器答案：B9.在自動化控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是（）A.接收控制信號并產(chǎn)生相應(yīng)的動作B.檢測被控對象的狀態(tài)C.對輸入信號進(jìn)行放大D.對系統(tǒng)進(jìn)行編程答案：A10.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在（）條件下定義的。A.零初始條件B.非零初始條件C.任意初始條件D.與初始條件無關(guān)答案：A第II卷（非選擇題，共70分）二、填空題（共15分）答題要求：本大題共5小題，每空3分。請將答案填寫在題中的橫線上。1.自動化控制系統(tǒng)按其結(jié)構(gòu)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和______控制系統(tǒng)。答案：復(fù)合2.比例控制器的控制規(guī)律是輸出信號與輸入信號成______。答案：比例3.在控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到______作用后，能夠自動恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。答案：擾動4.常用的傳感器信號調(diào)理電路有放大電路、濾波電路、______電路等。答案：調(diào)制解調(diào)5.自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟包括系統(tǒng)分析、______、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)調(diào)試。答案：系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、簡答題（共20分）答題要求：本大題共4小題，每題5分。簡要回答問題。1.簡述開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。答案：開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，信號單向傳遞，無反饋環(huán)節(jié)，對擾動無抑制能力，控制精度較低。閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋環(huán)節(jié)，能自動檢測輸出并與輸入比較，根據(jù)偏差進(jìn)行控制，對擾動有較強(qiáng)抑制能力，控制精度較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。2.什么是PID控制器？簡述其比例、積分、微分控制作用。答案：PID控制器是一種常用的線性控制器，由比例、積分、微分三個(gè)環(huán)節(jié)組成。比例控制作用是根據(jù)偏差大小成比例地輸出控制信號，快速響應(yīng)偏差。積分控制作用是對偏差進(jìn)行積分，消除穩(wěn)態(tài)誤差。微分控制作用是根據(jù)偏差變化率輸出控制信號，改善系統(tǒng)動態(tài)性能，抑制超調(diào)。3.自動化控制系統(tǒng)中干擾的來源有哪些？答案：干擾來源主要有內(nèi)部干擾和外部干擾。內(nèi)部干擾包括電路中元件參數(shù)變化產(chǎn)生的噪聲、電源波動等。外部干擾如來自空間的電磁輻射干擾、周圍環(huán)境中的工業(yè)干擾、自然界的雷電干擾等。4.簡述傳感器在自動化控制系統(tǒng)中的作用。答案：傳感器用于檢測被控對象的各種物理量、化學(xué)量等信息，并將其轉(zhuǎn)換為電信號等便于處理的形式。為控制系統(tǒng)提供輸入信號，使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)了解被控對象的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對被控對象的精確控制。四、分析題（共15分）材料：有一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，采用PID控制器對加熱爐的溫度進(jìn)行控制。已知該系統(tǒng)在初始運(yùn)行時(shí)，溫度波動較大，超調(diào)量達(dá)到30%。經(jīng)過一段時(shí)間調(diào)試后，發(fā)現(xiàn)超調(diào)量減小到10%左右，但調(diào)節(jié)時(shí)間變長。答題要求：本大題共3小題，每題5分。請根據(jù)材料分析問題。1.請分析初始運(yùn)行時(shí)超調(diào)量較大的原因。答案：可能是比例系數(shù)過大，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)過于迅速，對偏差的糾正力度過大，從而產(chǎn)生較大超調(diào)量；或者微分時(shí)間常數(shù)過小，未能有效抑制系統(tǒng)的快速變化，使得超調(diào)量增大。2.調(diào)試后超調(diào)量減小但調(diào)節(jié)時(shí)間變長，可能是哪些參數(shù)調(diào)整導(dǎo)致的？答案：可能是減小了比例系數(shù)，使得系統(tǒng)對偏差的響應(yīng)變緩，超調(diào)量減小，但調(diào)節(jié)時(shí)間變長；或者增大了積分時(shí)間常數(shù)，積分作用增強(qiáng)，對偏差的累積作用更明顯，使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差的過程變長，導(dǎo)致調(diào)節(jié)時(shí)間增加。3.如何進(jìn)一步優(yōu)化該溫度控制系統(tǒng)的性能？答案：可以繼續(xù)調(diào)整PID參數(shù)，在減小超調(diào)量和縮短調(diào)節(jié)時(shí)間之間尋找平衡。如適當(dāng)增大微分時(shí)間常數(shù)，增強(qiáng)對系統(tǒng)變化的抑制能力；同時(shí)微調(diào)比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)，通過多次試驗(yàn)找到最優(yōu)參數(shù)組合。也可以考慮引入前饋控制等其他控制策略，進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。五、設(shè)計(jì)題（共20分）材料：設(shè)計(jì)一個(gè)液位自動控制系統(tǒng)，要求保持水箱液位穩(wěn)定在設(shè)定值。已知水箱有進(jìn)水管道和出水管道，進(jìn)水流量可通過調(diào)節(jié)閥控制，出水流量基本穩(wěn)定。答題要求：本大題共4小題，每題5分。請根據(jù)材料設(shè)計(jì)該液位自動控制系統(tǒng)。1.根據(jù)要求，畫出該液位自動控制系統(tǒng)的原理框圖。答案：液位傳感器→比較器→控制器→調(diào)節(jié)閥→水箱（進(jìn)水管道），水箱通過出水管道排水，液位傳感器檢測液位并將信號傳至比較器與設(shè)定值比較，比較結(jié)果經(jīng)控制器處理后控制調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)水流量。2.選擇合適的傳感器用于檢測液位。答案：可選用浮子式液位傳感器，它通過浮子隨液位變化產(chǎn)生位移，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電信號，能較為準(zhǔn)確地檢測液位高度，且結(jié)構(gòu)簡單，可靠性較高。3.設(shè)計(jì)控制器的控制策略。答案：采用PID控制策略。當(dāng)液位低于設(shè)定值時(shí)，比例環(huán)節(jié)根據(jù)偏差大小輸出控制信號，使調(diào)節(jié)閥增大開度增加進(jìn)水流量；積分環(huán)節(jié)對偏差進(jìn)行積分，消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分環(huán)節(jié)