2025年大學(xué)本科三年級（自動化）自動化基礎(chǔ)階段測試試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題，共40分）每題只有一個正確答案，請將正確答案填在括號內(nèi)。(總共8題，每題5分，每題選出答案后，用鉛筆把答題卡上對應(yīng)題目的答案標號涂黑。如需改動，用橡皮擦干凈后，再選涂其他答案標號。)1.以下關(guān)于自動控制系統(tǒng)的基本組成部分，說法錯誤的是（）A.控制器是控制系統(tǒng)的核心，用于對輸入信號進行處理并產(chǎn)生控制信號B.被控對象是控制系統(tǒng)中被控制的物理對象C.檢測裝置只能檢測被控量，不能檢測擾動量D.執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)控制器輸出的控制信號，對被控對象施加控制作用2.《自動控制原理》中，傳遞函數(shù)的定義是在（）條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。A.零初始條件B.非零初始條件C.任意初始條件D.特定初始條件3.對于一階系統(tǒng)，其單位階躍響應(yīng)的特點是（）A.上升時間和調(diào)節(jié)時間都較短B.上升時間較短，調(diào)節(jié)時間較長C.上升時間較長，調(diào)節(jié)時間較短D.上升時間和調(diào)節(jié)時間都較長4.線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性與系統(tǒng)的（）有關(guān)。A.輸入信號B.初始條件C.結(jié)構(gòu)和參數(shù)D.輸出信號5.根軌跡是指當(dāng)系統(tǒng)的某個參數(shù)（通常是開環(huán)增益）從0變化到無窮大時，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的根在（）上的變化軌跡。A.復(fù)平面B.實軸C.虛軸D.單位圓6.已知某系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為\(G(s)H(s)=\frac{K}{s(s+1)(s+2)}\)，則該系統(tǒng)的型別為（）A.0型B.I型C.II型D.III型7.比例積分微分（PID）控制器中，積分環(huán)節(jié)的作用是（）A.提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力B.消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差C.改善系統(tǒng)的動態(tài)性能D.增加系統(tǒng)的阻尼比8.以下哪種控制方式不屬于反饋控制（）A.比例控制B.前饋控制C.積分控制D.微分控制第II卷（非選擇題，共6分）請將答案寫在答題紙上。二、填空題（每題5分，共20分）1.自動控制系統(tǒng)按給定信號的特征可分為______控制系統(tǒng)、______控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。2.控制系統(tǒng)的性能指標通常包括______性能指標和______性能指標。3.二階系統(tǒng)的阻尼比\(\zeta\)決定了系統(tǒng)的______特性，當(dāng)\(\zeta=0\)時，系統(tǒng)處于______狀態(tài)。4.頻域分析法中，常用的典型環(huán)節(jié)有比例環(huán)節(jié)、______環(huán)節(jié)、______環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)和延遲環(huán)節(jié)。三、簡答題（每題10分，共20分）1.簡述自動控制系統(tǒng)的基本控制方式及其特點。2.什么是系統(tǒng)的穩(wěn)定性？判斷線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有哪些？四、分析題（20分）材料：已知某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為\(G(s)H(s)=\frac{K}{s(s+1)(s+3)}\)。1.繪制該系統(tǒng)的根軌跡。（10分）2.當(dāng)\(K=3\)時，求系統(tǒng)的閉環(huán)極點，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（10分）五、設(shè)計題（20分）設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，要求實現(xiàn)對某一空間溫度的精確控制，溫度設(shè)定值為\(25^{\circ}C\)。已知被控對象的傳遞函數(shù)為\(G_0(s)=\frac{1}{(s+1)(s+2)}\)，采用PID控制器進行控制。1.確定PID控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。（10分）2.畫出該溫度控制系統(tǒng)的原理圖。（10分）答案：一、選擇題1.C2.A3.B4.C5.A6.B7.B8.B二、填空題1.恒值、隨動2.穩(wěn)態(tài)、動態(tài)3.動態(tài)、無阻尼4.積分、微分三、簡答題1.自動控制系統(tǒng)的基本控制方式有開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制。開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但抗干擾能力差；閉環(huán)控制能自動糾正偏差，抗干擾能力強，但系統(tǒng)可能不穩(wěn)定；復(fù)合控制結(jié)合了開環(huán)和閉環(huán)控制的優(yōu)點，既能快速跟蹤輸入信號，又能有效抑制干擾。2.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)到原來的平衡狀態(tài)或趨近于一個新的平衡狀態(tài)的能力。判斷線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有代數(shù)判據(jù)（如勞斯判據(jù)）和幾何判據(jù)（如根軌跡法）。四、分析題1.根軌跡繪制步驟：-確定開環(huán)極點：\(p_1=0\)，\(p_2=-1\)，\(p_3=-3\)。-確定根軌跡的分支數(shù)：3條。-確定根軌跡的漸近線：-漸近線與實軸交點：\(\sigma=\frac{0-1-3}{3}=-\frac{4}{3}\)。-漸近線傾角：\(\theta=\pm60^{\circ}\)，\(\pm180^{\circ}\)。-確定分離點：通過求解\(1+G(s)H(s)=0\)的導(dǎo)數(shù)得到分離點。-繪制根軌跡。2.當(dāng)\(K=3\)時，閉環(huán)特征方程為\(s(s+1)(s+3)+3=0\)，即\(s^3+4s^2+3s+3=0\)。-用勞斯判據(jù)判斷穩(wěn)定性：-勞斯表：|\(s^3\)|1|3||\(s^2\)|4|3||\(s^1\)|\(\frac{9}{4}\)|3||\(s^0\)|3||-第一列元素全為正，系統(tǒng)穩(wěn)定。-閉環(huán)極點：通過求解特征方程得到\(s_1\approx-0.77\)，\(s_2\approx-1.62+j1.22\)，\(s_3\approx-1.62-j1.22\)。五、設(shè)計題1.PID控制器結(jié)構(gòu)為\(G_c(s)=K_p+\frac{K_i}{s}+K_ds\)。-確定參數(shù)：-采用Ziegler-Nichols經(jīng)驗公式：-首先求臨界比例度\(\delta_c\)和臨界振蕩周期\(T_c\)。-對于\(G_0(s)=\frac{1}{(s+1)(s+2)}\)，令\(K=1\)，通過實驗或計算得到\(T_c\)和\(\delta_c\)。-\(K_p=0.6K_c\)，\(K_i=\frac{1.2K_c}{T_c}\)，\(K_d=0.075K_cT_c\)，其中\(zhòng)(K_c=\frac{1}{\delta_c}\)。2.溫度控制系統(tǒng)原理圖：-設(shè)定值\(r(t)\)與反饋信號\(y(t)\)比較，