2025年大學(xué)第一學(xué)年（自動化）自動控制原理階段測試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本卷共6題，每題5分。每題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。請將正確答案填寫在相應(yīng)位置。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.微分環(huán)節(jié)答案：A2.自動控制系統(tǒng)的基本要求是（）A.穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性B.穩(wěn)定性、動態(tài)性、靜態(tài)性C.穩(wěn)定性、靈敏性、準(zhǔn)確性D.穩(wěn)定性、快速性、靈敏性答案：A3.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)取決于（）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：A4.一階系統(tǒng)的時間常數(shù)T越大，則系統(tǒng)的響應(yīng)速度（）A.越快B.越慢C.不變D.不確定答案：B5.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ越小，則系統(tǒng)的超調(diào)量（）A.越大B.越小C.不變D.不確定答案：A6.系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)，則其閉環(huán)傳遞函數(shù)為（）A.G(s)/(1+G(s)H(s))B.G(s)H(s)/(1+G(s)H(s))C.1/(1+G(s)H(s))D.G(s)/(1-G(s)H(s))答案：A第II卷（非選擇題共70分）簡答題（共20分）答題要求：本卷共2題，每題10分。請簡要回答問題。1.簡述自動控制系統(tǒng)的組成部分及其作用。答：自動控制系統(tǒng)主要由被控對象、測量元件、控制器、執(zhí)行元件等組成。被控對象是系統(tǒng)要控制的對象；測量元件用于測量被控量并將其反饋到輸入端；控制器根據(jù)測量值與給定值的偏差進(jìn)行控制決策；執(zhí)行元件則根據(jù)控制器的輸出驅(qū)動被控對象。2.什么是系統(tǒng)的穩(wěn)定性？如何判斷線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性？答：系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到外界干擾后，能夠自動恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。對于線性系統(tǒng)，可通過其特征方程的根來判斷穩(wěn)定性。若特征方程的所有根都具有負(fù)實部，則系統(tǒng)穩(wěn)定；若有根具有非負(fù)實部，則系統(tǒng)不穩(wěn)定。計算題（共20分）答題要求：本卷共2題，每題10分。請寫出詳細(xì)的計算過程和答案。1.已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s+1)(s+2)，求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。解：首先將傳遞函數(shù)展開為部分分式形式：G(s)=10/(s+1)(s+2)=10/(s+1)-10/(s+2)單位階躍響應(yīng)的拉氏變換為1/s，系統(tǒng)輸出的拉氏變換為：Y(s)=G(s)×1/s=(10/(s+1)-10/(s+2))×1/s=10/(s(s+1))-10/(s(s+2))再進(jìn)行拉氏反變換可得：y(t)=10(1-e^(-t))-5(1-e^(-2t))=5-10e^(-t)+5e^(-2t)2.已知二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=ωn^2/(s^2+2ζωns+ωn^2)，ωn=wn，ζ=zeta，求當(dāng)ζ=0.5時，系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。解：超調(diào)量公式為σ%=e^(-ζπ/√(1-ζ^2))×100%，將ζ=0.5代入可得：σ%=e^(-0.5π/√(1-0.5^2))×100%≈16.3%調(diào)節(jié)時間公式為ts=3/ζωn（按±5%誤差帶），將ζ=0.5，ωn=wn代入可得：ts=3/(0.5×wn)=6/wn分析題（共15分）答題要求：本卷共1題，15分。請根據(jù)給定的系統(tǒng)方框圖進(jìn)行分析。已知控制系統(tǒng)的方框圖如下：[此處可簡單描述一下方框圖的結(jié)構(gòu)，比如有哪些環(huán)節(jié)等]分析該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并說明理由。答：首先根據(jù)方框圖求出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)H(s)，然后寫出其特征方程。通過判斷特征方程根的實部情況來確定系統(tǒng)穩(wěn)定性。若特征方程所有根實部均為負(fù)，則系統(tǒng)穩(wěn)定；若有根實部非負(fù)，則系統(tǒng)不穩(wěn)定。具體分析過程需根據(jù)實際的方框圖結(jié)構(gòu)和傳遞函數(shù)來進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo)。綜合題（共15分）答題要求：本卷共1題，15分。請閱讀材料并回答問題。材料：在某自動化生產(chǎn)線上，需要對一個溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化。該系統(tǒng)的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±5℃范圍內(nèi)。已知加熱爐的時間常數(shù)較大，且存在一定的滯后。1.請設(shè)計一個合適的控制系統(tǒng)方案，并說明理由。答：考慮到加熱爐時間常數(shù)大且有滯后，可采用PID控制方案。PID控制器能根據(jù)系統(tǒng)偏差，利用比例、積分、微分作用及時調(diào)整控制量，有效克服系統(tǒng)的滯后和慣性，使溫度快速穩(wěn)定在設(shè)定值附近。比例作用可快速響應(yīng)偏差，積分作用能消除穩(wěn)態(tài)誤差，微分作用可改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，適應(yīng)加熱爐的特性，滿足將爐內(nèi)溫度控制在設(shè)定值±5℃范圍內(nèi)的要求。2.若系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，應(yīng)如何調(diào)整PID參數(shù)？答：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象時，可適當(dāng)減小比例系數(shù)，以降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少超調(diào)