2025年大學機械自動化（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30分）請將答案填在下列表格中（本大題共10小題，每小題3分，共30分）|題號|1|2|3|4|5|6|7|8|9|10||----|----|----|----|----|----|----|----|----|----|----||答案|||||||||||1.反饋控制系統(tǒng)的基本組成包括A.給定元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件、校正元件B.輸入信號、輸出信號、反饋信號、偏差信號C.控制器、被控對象、測量元件、執(zhí)行機構(gòu)D.傳感器、放大器、控制器、執(zhí)行器2.線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)A.與輸入信號有關(guān)B.與輸出信號有關(guān)C.完全由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定D.與初始條件有關(guān)3.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=1/(s^2+2s+1)，其阻尼比ζ為A.0B.0.5C.1D.24.單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零的系統(tǒng)是A.0型系統(tǒng)B.I型系統(tǒng)C.II型系統(tǒng)D.III型系統(tǒng)5.若系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，則其開環(huán)增益K為A.KB.K/2C.K/4D.K/66.頻率響應(yīng)特性是系統(tǒng)對A.單位階躍輸入的響應(yīng)B.單位斜坡輸入的響應(yīng)C.單位脈沖輸入的響應(yīng)D.正弦輸入的響應(yīng)7.系統(tǒng)的相位裕量γ>0，表示系統(tǒng)A.穩(wěn)定B.不穩(wěn)定C.臨界穩(wěn)定D.無法確定穩(wěn)定性8.數(shù)字控制系統(tǒng)中，采樣周期T的選擇應(yīng)A.越大越好B.越小越好C.根據(jù)系統(tǒng)性能要求合理選擇D.與系統(tǒng)無關(guān)9.PID控制器中，積分作用的主要作用是A.加快系統(tǒng)響應(yīng)速度B.消除穩(wěn)態(tài)誤差C.提高系統(tǒng)穩(wěn)定性D.抑制干擾10.模糊控制系統(tǒng)的核心是A.模糊控制器B.被控對象C.傳感器D.執(zhí)行機構(gòu)第II卷（非選擇題共70分）11.（10分）簡述自動控制系統(tǒng)的分類方式及各類的特點。12.（15分）已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)=10/(s(0.1s+1))，求其單位階躍響應(yīng)。13.（15分）某系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，用勞斯判據(jù)確定系統(tǒng)穩(wěn)定時K的取值范圍。14.（15分）材料：在一個溫度控制系統(tǒng)中，被控對象是一個加熱爐，要求將爐內(nèi)溫度控制在設(shè)定值。采用PID控制器進行控制。已知當前爐內(nèi)溫度為150℃，設(shè)定值為200℃，溫度變化率為5℃/分鐘。問題：請設(shè)計一個簡單的PID控制策略，說明比例、積分、微分系數(shù)的作用及大致取值范圍。15.（15分）材料：某機械自動化系統(tǒng)中，有一個電機驅(qū)動的傳送帶，需要對其速度進行精確控制。問題：請描述一種基于傳感器和控制器實現(xiàn)速度閉環(huán)控制的方案，包括傳感器的選擇、控制器的設(shè)計思路以及如何根據(jù)反饋信號調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。答案1.C2.C3.C4.C5.A6.D7.A8.C9.B10.A11.自動控制系統(tǒng)可按多種方式分類。按控制原理分，有經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制。經(jīng)典控制基于傳遞函數(shù)分析，適用于單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)；現(xiàn)代控制基于狀態(tài)空間法，能處理多輸入多輸出、非線性、時變系統(tǒng)。按給定信號特征分，有恒值、隨動、程序控制系統(tǒng)。恒值系統(tǒng)保持輸出恒定；隨動系統(tǒng)使輸出跟隨輸入變化；程序控制系統(tǒng)按預(yù)定程序變化。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分，有開環(huán)、閉環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)簡單但無抗干擾能力；閉環(huán)有反饋可自動糾正偏差，穩(wěn)定性好。12.首先將傳遞函數(shù)G(s)=10/(s(0.1s+1))進行化簡為G(s)=100/(s(s+10))。單位階躍輸入的拉氏變換為1/s。則系統(tǒng)輸出的拉氏變換Y(s)=G(s)×1/s=100/(s^2(s+10))。利用拉氏反變換公式，通過部分分式展開等方法可求出y(t)=10-10e^(-10t)-10te^(-10t)。13.系統(tǒng)的特征方程為s^3+3s^2+2s+K=0。列出勞斯表：|s^3|1|2||----|----|----||s^2|3|K||s^1|(6-K)/3|0||s^0|K|0|系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是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。14.比例系數(shù)P：作用是快速響應(yīng)偏差，使系統(tǒng)盡快向設(shè)定值靠近。取值范圍可根據(jù)實際情況先設(shè)為1-5。若比例系數(shù)過小，響應(yīng)慢；過大可能引起振蕩。積分系數(shù)I：用于消除穩(wěn)態(tài)誤差。取值范圍0.1-1。它能不斷累積偏差，讓系統(tǒng)最終達到設(shè)定值。微分系數(shù)D：抑制溫度變化過快，取值0.01-0.1。根據(jù)溫度變化率調(diào)整控制力度，防止超調(diào)。15.選擇測速發(fā)電機作為速度傳感器，能將傳送帶速度轉(zhuǎn)換為電信號。控制器采用PID控制器。根據(jù)測速發(fā)電機反饋的速度信號與設(shè)