2025年大學(xué)自動(dòng)化（自動(dòng)化控制工程）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.反饋控制系統(tǒng)的基本組成不包括以下哪一項(xiàng)？A.控制器B.被控對(duì)象C.測(cè)量元件D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)E.電源2.以下哪種控制算法不屬于PID控制的基本形式？A.比例控制B.積分控制C.微分控制D.模糊控制3.線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)定義為（）的拉氏變換之比。A.輸出與輸入B.輸出與干擾C.輸入與干擾D.輸出與誤差4.系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于（）。A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號(hào)的大小C.初始條件D.以上都不對(duì)5.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ=0時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)為（）。A.等幅振蕩B.單調(diào)上升C.衰減振蕩D.發(fā)散振蕩6.以下哪種傳感器不屬于位移傳感器？A.電位器式傳感器B.電感式傳感器C.熱電偶傳感器D.光柵傳感器7.數(shù)字PID控制器的積分項(xiàng)系數(shù)KI增大時(shí)，系統(tǒng)的（）。A.穩(wěn)定性增強(qiáng)B.響應(yīng)速度加快C.穩(wěn)態(tài)誤差減小D.超調(diào)量增大8.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=1/(s2+2s+1)，其阻尼比ζ為（）。A.1B.2C.0.5D.09.前饋控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是（）。A.能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)干擾的完全補(bǔ)償B.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低C.對(duì)給定值的跟蹤性能好D.不需要反饋環(huán)節(jié)10.以下哪種編程語(yǔ)言常用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的編程？A.C語(yǔ)言B.PythonC.PLC編程語(yǔ)言D.Java第II卷（非選擇題共70分）（一）填空題（共10分）答題要求：本大題共5小題，每小題2分。請(qǐng)將答案填寫在題中的橫線上。1.自動(dòng)控制系統(tǒng)按給定值信號(hào)的特點(diǎn)可分為_(kāi)_____控制系統(tǒng)、______控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。2.控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有______、______、______和穩(wěn)態(tài)誤差等。3.比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為_(kāi)_____。4.傳感器的靜態(tài)特性主要包括______、______、______、重復(fù)性和漂移等。5.常用的數(shù)字濾波方法有______、______、______等。（二）簡(jiǎn)答題（共20分）答題要求：本大題共4小題，每小題5分。簡(jiǎn)要回答問(wèn)題。1.簡(jiǎn)述反饋控制系統(tǒng)的工作原理。2.什么是PID控制器？簡(jiǎn)述其比例、積分、微分控制作用的特點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義，并說(shuō)明判斷線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。4.簡(jiǎn)述傳感器的作用及其分類方法。（三）計(jì)算題（共20分）答題要求：本大題共2小題，每小題10分。解答應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明、計(jì)算步驟和答案。1.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=10/(s2+2s+10)，求系統(tǒng)的阻尼比ζ、無(wú)阻尼自然頻率ωn、固有頻率ωd和上升時(shí)間tr。2.設(shè)有一單位反饋控制系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=K/(s(s+1)(s+2))，當(dāng)K=10時(shí)，求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)、特征方程、閉環(huán)極點(diǎn)，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（四）分析題（共15分）答題要求：本大題共3小題，每小題5分。閱讀以下材料，回答問(wèn)題。材料：某溫度控制系統(tǒng)采用PID控制器對(duì)加熱爐的溫度進(jìn)行控制。系統(tǒng)的被控對(duì)象為加熱爐，其傳遞函數(shù)Gp(s)=1/(Ts+1)，測(cè)量元件的傳遞函數(shù)H(s)=1，控制器采用PID控制算法，其傳遞函數(shù)Gc(s)=Kp(1+1/Tis+Tds)。1.簡(jiǎn)述PID控制器中比例系數(shù)Kp、積分時(shí)間常數(shù)Ti和微分時(shí)間常數(shù)Td對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2.若系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)量過(guò)大的情況，應(yīng)如何調(diào)整PID控制器的參數(shù)？3.當(dāng)系統(tǒng)受到階躍干擾時(shí)，分析PID控制器如何減小干擾對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。（五）設(shè)計(jì)題（共5分）答題要求：本大題共1小題，5分。請(qǐng)根據(jù)以下要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的液位控制系統(tǒng)。要求：采用液位傳感器檢測(cè)液位高度，通過(guò)控制器控制水泵的啟停，使液位保持在設(shè)定值附近。畫出系統(tǒng)的原理框圖，并簡(jiǎn)述控制器的設(shè)計(jì)思路。答案：1.E2.D3.A4.A5.A6.C7.C8.A9.A10.C填空題答案：1.恒值、隨動(dòng)2.穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性3.K4.線性度、靈敏度、遲滯5.算術(shù)平均濾波、中值濾波、限幅濾波簡(jiǎn)答題答案：1.反饋控制系統(tǒng)的工作原理是將系統(tǒng)的輸出信號(hào)通過(guò)測(cè)量元件反饋到輸入端，與給定值進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)偏差信號(hào)產(chǎn)生控制作用，以減小偏差，使系統(tǒng)的輸出盡可能接近給定值。2.PID控制器是一種線性控制器，它由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)組成。比例控制作用能快速響應(yīng)偏差，使系統(tǒng)輸出迅速向給定值靠近；積分控制作用能消除穩(wěn)態(tài)誤差，但會(huì)使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢；微分控制作用能預(yù)測(cè)偏差變化趨勢(shì)，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，減小超調(diào)量。3.系統(tǒng)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在初始擾動(dòng)作用下，其輸出隨時(shí)間的推移逐漸衰減并趨于零的能力。判斷線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法主要有勞斯判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)等。4.傳感器的作用是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有一定關(guān)系的電量輸出。傳感器的分類方法有多種，按測(cè)量原理可分為電阻式、電感式、電容式、壓電式等；按被測(cè)量可分為位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等。計(jì)算題答案：1.阻尼比ζ=0.32，無(wú)阻尼自然頻率ωn=3.16rad/s，固有頻率ωd=3.06rad/s，上升時(shí)間tr=0.69s。2.閉環(huán)傳遞函數(shù)為10/(s3+3s2+2s+10)，特征方程為s3+3s2+2s+10=0，閉環(huán)極點(diǎn)為s1=-1.73，s2=-0.635+j2.37，s3=-0.635-j2.37，系統(tǒng)穩(wěn)定。分析題答案：1.比例系數(shù)Kp增大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，但超調(diào)量可能增大；積分時(shí)間常數(shù)Ti增大，積分作用減弱，穩(wěn)態(tài)誤差減小，但系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢；微分時(shí)間常數(shù)Td增大，微分作用增強(qiáng)，能減小超調(diào)量，但可能使系統(tǒng)對(duì)干擾更敏感。2.可適當(dāng)減小比例系數(shù)Kp，增大積分時(shí)間常數(shù)Ti，減小微分時(shí)間常數(shù)Td。3.當(dāng)系統(tǒng)受到階躍干擾時(shí)，PID控制器根據(jù)偏差信號(hào)的變化，通過(guò)比例、積分和微分作用，及時(shí)調(diào)整控制量，使系統(tǒng)輸出盡快恢復(fù)到設(shè)定值，減小干擾對(duì)系統(tǒng)