2025年大學本科三年級（自動化）自動化綜合實訓試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題，共30分）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括號內(nèi)。(總共6題，每題5分，每題只有一個正確答案，請認真審題后作答)w1.以下哪種控制算法常用于解決自動化系統(tǒng)中的快速響應和高精度跟蹤問題？（）A.比例控制B.積分控制C.微分控制D.模糊控制w2.在自動化控制系統(tǒng)中，傳感器的作用是（）。A.執(zhí)行控制指令B.檢測被控對象的狀態(tài)C.實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換D.提供控制算法w3.對于一個線性定常系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)的分母多項式的次數(shù)（）分子多項式的次數(shù)。A.大于B.小于C.等于D.不一定w4.以下哪種編程語言常用于自動化控制系統(tǒng)的編程？（）A.C++B.PythonC.PLC編程語言D.Javaw5.自動化系統(tǒng)中的反饋環(huán)節(jié)的主要作用是（）。A.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性B.增加系統(tǒng)的復雜性C.降低系統(tǒng)的響應速度D.改變系統(tǒng)的輸入w6.關于PID控制器，以下說法正確的是（）。A.比例系數(shù)越大，系統(tǒng)響應越快，但可能會產(chǎn)生振蕩B.積分系數(shù)越大，系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差的能力越強，不會產(chǎn)生超調(diào)C.微分系數(shù)越大，系統(tǒng)對干擾的抑制能力越強，對快速變化信號不敏感D.PID控制器只能用于簡單的線性系統(tǒng)控制第II卷（非選擇題，共70分）w7.簡述自動化系統(tǒng)中開環(huán)控制和閉環(huán)控制的區(qū)別。（10分）開環(huán)控制是指控制裝置與被控對象之間只有順向作用，而沒有反向聯(lián)系的控制過程。其特點是系統(tǒng)的輸出量不會對控制作用產(chǎn)生影響。閉環(huán)控制則是指控制裝置與被控對象之間既有順向作用，又有反向聯(lián)系的控制過程，通過檢測輸出量并反饋到輸入端，與給定值進行比較，利用偏差進行控制，使輸出量盡可能接近給定值。w8.已知某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s^2+5s+6)，求該系統(tǒng)的極點。（15分）令分母s^2+5s+6=0，對于一元二次方程ax^2+bx+c=0，其求根公式為x=(-b±√(b^2-4ac))/(2a)。這里a=1，b=5，c=6。代入可得：s=(-5±√(5^2-4×1×6))/(2×1)=(-5±√(25-24))/2=(-5±1)/2，解得s1=-2，s2=-3，所以該系統(tǒng)的極點為-2和-3。材料：在一個自動化流水生產(chǎn)線上，有一個電機驅(qū)動的傳送帶，需要對傳送帶上的產(chǎn)品進行計數(shù)。設計一個基于傳感器和計數(shù)器的自動化計數(shù)系統(tǒng)。w9.請描述該計數(shù)系統(tǒng)的工作原理，并說明需要用到哪些傳感器和設備。（20分）工作原理：當產(chǎn)品通過傳送帶經(jīng)過特定位置時，傳感器檢測到產(chǎn)品，產(chǎn)生一個脈沖信號。計數(shù)器接收到脈沖信號后進行計數(shù)。需要用到的傳感器可以是光電傳感器，當產(chǎn)品遮擋光線時產(chǎn)生脈沖信號。設備還包括計數(shù)器、電機驅(qū)動器（用于控制傳送帶電機）、電源等。通過光電傳感器實時檢測產(chǎn)品的通過情況，將信號傳輸給計數(shù)器，計數(shù)器累計脈沖數(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品計數(shù)，同時電機驅(qū)動器保證傳送帶持續(xù)穩(wěn)定運行。材料：某自動化控制系統(tǒng)中，被控對象的傳遞函數(shù)為G(s)=5/(s^2+3s+2)，采用PID控制器進行控制，已知比例系數(shù)Kp=2，積分系數(shù)Ki=1，微分系數(shù)Kd=0.5。w10.當系統(tǒng)輸入為單位階躍信號r(t)=1(t)時，求系統(tǒng)的輸出響應y(t)。（25分）首先，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=5/(s^2+3s+2)，PID控制器的傳遞函數(shù)為Gc(s)=Kp+Ki/s+Kds。將Kp=2，Ki=1，Kd=0.5代入可得Gc(s)=2+1/s+0.5s。則閉環(huán)傳遞函數(shù)為Gcl(s)=G(s)Gc(s)/(1+G(s)Gc(s))。將G(s)和Gc(s)代入計算化簡，再對單位階躍輸入進行拉普拉斯反變換，可得到輸出響應y(t)。具體計算過程：G(s)Gc(s)=5(2+1/s+0.5s)/(s^2+3s+2)=(10+5/s+2.5s)/(s^2+3s+2)。1+G(s)Gc(s)=1+(10+5/s+2.5s)/(s^2+3s+2)=(s^2+3s+2+10+\frac{5}{s}+2.5s)/(s^2+3s+2)。Gcl(s)=(10+5/s+2.5s)/(s^2+5.5s+12+\frac{5}{s})。對單位階躍輸