2025年大學(xué)本科三年級（自動化）自動控制系統(tǒng)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：本大題共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。請將正確答案的序號填在括號內(nèi)。1.自動控制系統(tǒng)中，反饋控制的本質(zhì)是（）A.基于偏差進(jìn)行控制B.基于給定值進(jìn)行控制C.基于干擾進(jìn)行控制D.基于輸出進(jìn)行控制2.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.初始條件3.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ的取值范圍是（）A.ζ>1B.0<ζ<1C.ζ=0D.ζ<04.單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值反映了系統(tǒng)的（）A.快速性B.穩(wěn)定性C.準(zhǔn)確性D.動態(tài)性能5.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與（）有關(guān)。A.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)B.輸入信號的大小C.輸出信號的大小D.初始條件6.線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，分母多項式的根稱為（）A.零點B.極點C.平衡點D.臨界點7.比例控制的特點是（）A.反應(yīng)快，無滯后B.反應(yīng)快，有滯后C.反應(yīng)慢，無滯后D.反應(yīng)慢，有滯后8.積分控制的作用是（）A.消除穩(wěn)態(tài)誤差B.提高系統(tǒng)的快速性C.改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性D.增加系統(tǒng)的阻尼9.微分控制的作用是（）A.抑制高頻噪聲B.提高系統(tǒng)的快速性C.消除穩(wěn)態(tài)誤差D.改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性10.控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)中，超調(diào)量反映了系統(tǒng)的（）A.快速性B.穩(wěn)定性C.準(zhǔn)確性D.動態(tài)性能第II卷（非選擇題共70分）11.（10分）簡述自動控制系統(tǒng)的組成部分及其作用。12.（15分）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、無阻尼自然頻率ωn，并分析系統(tǒng)的性能。13.（15分）某單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(s+1)(s+2))，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的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，要求將爐溫控制在設(shè)定值。采用比例積分控制算法。已知比例系數(shù)Kp=2，積分時間常數(shù)Ti=10。當(dāng)爐溫低于設(shè)定值10℃時，系統(tǒng)開始控制。問題：簡述比例積分控制算法的原理，并計算當(dāng)爐溫低于設(shè)定值10℃時，經(jīng)過5分鐘后控制作用的大小。15.（15分）材料：某自動控制系統(tǒng)中，被控對象為一個水箱，其水位需要保持穩(wěn)定。系統(tǒng)采用了PID控制。在運行過程中，發(fā)現(xiàn)水位波動較大。問題：分析水位波動較大可能的原因，并提出改進(jìn)措施。答案：1.A2.A3.B4.C5.A6.B7.A8.A9.B10.D11.自動控制系統(tǒng)主要由被控對象、測量元件、控制器和執(zhí)行元件組成。被控對象是被控制的設(shè)備或過程；測量元件用于測量被控量并將其反饋給控制器；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)控制器的輸出對被控對象施加控制作用，以實現(xiàn)對被控量的調(diào)節(jié)。12.由傳遞函數(shù)G(s)=10/(s2+2s+10)，可得ωn2=10，ωn=√10；2ζωn=2，ζ=1/√10。系統(tǒng)為欠阻尼系統(tǒng)，有一定的超調(diào)量，響應(yīng)速度較快，穩(wěn)定性較好。13.系統(tǒng)的特征方程為s(s+1)(s+2)+K=0，即s3+3s2+2s+K=0。根據(jù)勞斯判據(jù)，要使系統(tǒng)穩(wěn)定，需滿足各階系數(shù)均大于0，可得0<K<6。14.比例積分控制算法原理：比例控制根據(jù)偏差立即產(chǎn)生控制作用，積分控制則對偏差進(jìn)行積分，積累控制作用，以消除穩(wěn)態(tài)誤差。當(dāng)爐溫低于設(shè)定值10℃時，偏差e=10。比例作用uP=Kp×e=2×10=20。積分作用uI=Kp/Ti×∫edt=2/10×10×5=10?？偪刂谱饔胾=uP+uI=20+10=30。15.水位波動較大可能原因：PID參數(shù)設(shè)置不合理，比例系數(shù)過大或積分時間常數(shù)過??；測量