2025年中控初級(jí)專項(xiàng)題庫及答案下載考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將偏差信號(hào)作為輸入，輸出信號(hào)用于消除偏差的環(huán)節(jié)是（）。A.執(zhí)行機(jī)構(gòu)B.測量變送環(huán)節(jié)C.控制器D.被控對(duì)象2.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s2+2ζωns+ωn2)，其中ωn代表（）。A.系統(tǒng)阻尼比B.系統(tǒng)無阻尼自然頻率C.系統(tǒng)阻尼系數(shù)D.系統(tǒng)增益3.當(dāng)控制系統(tǒng)在階躍輸入下，其輸出響應(yīng)最終不衰減，而是持續(xù)振蕩或趨于某個(gè)非零值，則該系統(tǒng)通常被認(rèn)為是（）。A.穩(wěn)定的B.不穩(wěn)定的C.臨界穩(wěn)定的D.純滯后系統(tǒng)4.在頻率響應(yīng)分析法中，描述系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標(biāo)是（）。A.峰值頻率B.增益裕度C.相位角D.頻率5.對(duì)于一階慣性加純滯后系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為G(s)=K*e^(-τs)/(T?s+1)，其中T?的物理意義通常代表（）。A.系統(tǒng)的純滯后時(shí)間B.系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)C.系統(tǒng)的增益D.系統(tǒng)的阻尼比6.在直流電機(jī)控制中，改變電樞電壓通常是為了控制電機(jī)的（）。A.轉(zhuǎn)速B.轉(zhuǎn)矩C.功率D.電流7.下列哪種傳感器主要用于測量液體或氣體的壓力？（）A.測溫傳感器B.測量變送器C.壓力傳感器D.流量傳感器8.在過程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥的閥芯和閥座之間的開度是由（）決定的。A.執(zhí)行機(jī)構(gòu)B.控制器輸出C.傳感器信號(hào)D.被控變量9.可編程邏輯控制器（PLC）的核心控制器通常采用（）。A.微處理器B.中央處理器C.數(shù)字信號(hào)處理器D.線性集成電路10.集散控制系統(tǒng)（DCS）的特點(diǎn)之一是（）。A.控制功能高度集中B.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單C.人機(jī)界面功能強(qiáng)大D.網(wǎng)絡(luò)通信速度慢二、填空題（請(qǐng)將答案填寫在橫線上）1.控制系統(tǒng)的輸出量能夠復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律，這種性能稱為________。2.在二階系統(tǒng)中，ζ是表征系統(tǒng)阻尼特性的物理量，稱為________。3.控制系統(tǒng)的基本組成環(huán)節(jié)通常包括測量變送環(huán)節(jié)、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和________。4.在頻率響應(yīng)曲線中，幅頻特性曲線開始偏離零分貝線的頻率稱為________。5.對(duì)于流量測量，孔板流量計(jì)屬于基于________原理的儀表。6.在PLC系統(tǒng)中，輸入/輸出接口通常分為________和模擬量輸入/輸出接口。7.安全儀表系統(tǒng)（SIS）的設(shè)計(jì)原則通常強(qiáng)調(diào)________和________。8.工業(yè)控制中常用的傳感器信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)有________和________。9.調(diào)節(jié)閥的流量特性通常分為________特性和________特性。10.過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)通常包括保證系統(tǒng)________、提高響應(yīng)速度和降低________。三、判斷題（請(qǐng)將“正確”或“錯(cuò)誤”填在括號(hào)內(nèi)）1.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是其零點(diǎn)和極點(diǎn)的函數(shù)。（）2.系統(tǒng)的型次越高，其階躍響應(yīng)的超調(diào)量通常越大。（）3.比例（P）控制作用能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差。（）4.積分（I）控制作用的主要缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢。（）5.微分（D）控制作用能夠提高系統(tǒng)的阻尼比。（）6.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是將控制器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的功率。（）7.DCS系統(tǒng)通常采用分層結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場控制級(jí)負(fù)責(zé)執(zhí)行控制算法。（）8.傳感器是將被測非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。（）9.測量儀表的精度越高，其量程范圍通常越寬。（）10.純滯后環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響。（）四、計(jì)算題1.已知某控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s+2)(s+5)。求該系統(tǒng)在單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)輸出值。2.某溫度控制系統(tǒng)，其被控對(duì)象傳遞函數(shù)為G?(s)=1/(10s+1)，控制器采用比例積分（PI）控制，傳遞函數(shù)為Gc(s)=Kc(1+1/0.5s)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)閥的組合傳遞函數(shù)為Gv(s)=1，測量變送環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為Gm(s)=1。要求系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)在s=jω處的相位角為-90°。試確定比例度Kc。3.某流量控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥的流量特性為線性特性，其靜態(tài)增益Kv=120m3/h/Bar。當(dāng)控制器輸出信號(hào)變化范圍為4mA-20mA，對(duì)應(yīng)閥門開度變化為0-100%時(shí)，求閥門在75%開度時(shí)的流量是多少m3/h？如果系統(tǒng)輸入偏差為0.5Bar，試計(jì)算流量的變化量。五、簡答題1.簡述什么是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并說明影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素。2.什么是調(diào)節(jié)閥的流量特性？簡述線性流量特性和等百分比流量特性的特點(diǎn)及適用場合。3.PLC系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比，有哪些主要優(yōu)點(diǎn)？4.在過程控制系統(tǒng)中，為什么要進(jìn)行系統(tǒng)整定？常用的整定方法有哪些？5.什么是安全儀表系統(tǒng)（SIS）？它與過程控制系統(tǒng)（DCS）在功能和安全要求上有什么主要區(qū)別？試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.B5.B6.A7.C8.B9.A10.C二、填空題1.準(zhǔn)確性2.阻尼比3.被控對(duì)象4.截止頻率5.流體節(jié)流6.數(shù)字量輸入/輸出接口7.可靠性；完整性8.4-20mA；HART9.線性；等百分比10.穩(wěn)定性；投資成本三、判斷題1.正確2.錯(cuò)誤3.正確4.正確5.錯(cuò)誤6.正確7.正確8.正確9.錯(cuò)誤10.錯(cuò)誤四、計(jì)算題1.解：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=G?(s)/(1+G?(s)Gc(s)Gv(s)Gm(s))由于Gv(s)Gm(s)=1，代入?yún)?shù)得：G(s)=[1/(10s+1)]/[1+10*Kc*(1+1/0.5s)*1*1]=[1/(10s+1)]/[1+10Kc(1+2s)]=1/[(10s+1)+20Kcs+10Kc]=1/[(10Kc+10)s+(1+10Kc)]穩(wěn)態(tài)輸出值G(0)=1/(1+10Kc)。由于是單位階躍輸入，穩(wěn)態(tài)值為系統(tǒng)增益。G(0)=1/(1+10Kc)=1/(1+10*1)=1/11。注意：題目中G?(s)分母系數(shù)為2，假設(shè)控制器增益Kc=1進(jìn)行計(jì)算，若Kc未知，則穩(wěn)態(tài)值為1/(1+10Kc)。此處按增益Kc=1計(jì)算結(jié)果。答案：穩(wěn)態(tài)輸出值為1/11。2.解：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為Gcl(s)=G?(s)Gc(s)Gv(s)/[1+G?(s)Gc(s)Gv(s)Gm(s)]代入?yún)?shù)得：Gcl(s)=[1/(10s+1)]*Kc*(1+1/0.5s)*1/[1+[1/(10s+1)]*Kc*(1+1/0.5s)*1*1]=Kc*(1+2s)/[(10s+1)(1+2s)+2Kcs*Kc]=Kc*(1+2s)/[10s+1+20s2+2s+2Kc2s]=Kc*(1+2s)/[20s2+(10+2+2Kc2)s+1]=Kc*(1+2s)/[20s2+(12+2Kc2)s+1]在s=jω處，代入s=jω：Gcl(jω)=[Kc*(1+2jω)]/[20(jω)2+(12+2Kc2)jω+1]=[Kc*(1+2jω)]/[-20ω2+(12+2Kc2)jω+1]幅值|Gcl(jω)|=Kc*sqrt(12+(2ω)2)/sqrt((-20ω2)2+(12+2Kc2)ω)2+12)相位角∠Gcl(jω)=arctan(2ω)-arctan((12+2Kc2)ω/(-20ω2+1))題目要求相位角為-90°，即arctan(2ω)-arctan((12+2Kc2)ω/(-20ω2+1))=-π/2。當(dāng)ω=ωc(截止頻率)時(shí)，幅頻特性曲線開始偏離零分貝線，此時(shí)相位角為-90°。在截止頻率ωc處，設(shè)-20ωc2+1=0，解得ωc2=1/20，ωc=1/sqrt(20)。代入ω=ωc到相位角表達(dá)式：-π/2=arctan(2ωc)-arctan((12+2Kc2)ωc/(-20ωc2+1))由于-20ωc2+1=0，所以arctan((12+2Kc2)ωc/(-20ωc2+1))=arctan(無窮大)=π/2。因此，-π/2=arctan(2ωc)-π/2arctan(2ωc)=02ωc=tan(0)=0這個(gè)結(jié)果顯然不成立，說明在截止頻率處相位角不等于-90°。需要重新審視相位角計(jì)算或題意。更準(zhǔn)確的方法是，對(duì)于二階系統(tǒng)G(s)=K/(s2+2ζωns+ωn2)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)在截止頻率ωc處相位角為-90°，且此時(shí)幅值為1/K。ωc2=ωn2-2ζ2ωn2=ωn2(1-2ζ2)1/K=|G?(jωc)Gc(jωc)|=Kc*(1+(2ζωc/ωn)2)/sqrt((1-(ωc/ωn)2)2+(2ζωc/ωn)2)題目沒有給出ζ和ωn，但通常教學(xué)例題會(huì)簡化。假設(shè)ζ=1（臨界阻尼或欠阻尼典型值），則ωc2=ωn2/3，ωc=ωn/sqrt(3)。此時(shí)，1/K=Kc*(1+(2ωc/ωn)2)/sqrt((1-(ωc/ωn)2)2+(2ωc/ωn)2)1/K=Kc*(1+(2/sqrt(3))2)/sqrt((1-(1/sqrt(3))2)2+(2/sqrt(3))2)1/K=Kc*(1+4/3)/sqrt((1-1/3)2+(2/sqrt(3))2)1/K=Kc*(7/3)/sqrt((2/3)2+(2/sqrt(3))2)1/K=Kc*(7/3)/sqrt(4/9+4/3)1/K=Kc*(7/3)/sqrt(4/9+12/9)1/K=Kc*(7/3)/sqrt(16/9)1/K=Kc*(7/3)/(4/3)1/K=Kc*7/4K=4/(7Kc)。題目中G?(s)分母系數(shù)為10，假設(shè)ωn2=10進(jìn)行計(jì)算，若ωn2未知，則K=4/(7Kc*sqrt(ωn2))。此處按ωn2=10計(jì)算結(jié)果。K=4/(7Kc*sqrt(10))。若題目意圖是簡化，假設(shè)Kc=1，則K=4/(7*sqrt(10))≈0.179。答案：Kc=4/(7K*sqrt(10))（若ωn2=10），或近似Kc≈0.179（若Kc=1）。3.解：調(diào)節(jié)閥在75%開度時(shí)的流量Q=Kv*(閥位%)Q=120m3/h/Bar*75%Q=120*0.75m3/hQ=90m3/h系統(tǒng)輸入偏差為0.5Bar，流量變化量ΔQ=Kv*ΔPΔQ=120m3/h/Bar*0.5BarΔQ=60m3/h答案：75%開度時(shí)流量為90m3/h。輸入偏差0.5Bar時(shí)流量變化量為60m3/h。五、簡答題1.解析：控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動(dòng)或初始條件影響后，其輸出響應(yīng)能夠隨時(shí)間推移最終恢復(fù)到或接近原來的平衡狀態(tài)，并且不會(huì)無限制地增長或振蕩。影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素包括：系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)（即閉環(huán)特征方程的根）的位置。如果所有極點(diǎn)位于s平面的左半平面（實(shí)部為負(fù)），系統(tǒng)是穩(wěn)定的；如果存在極點(diǎn)位于右半平面（實(shí)部為正），系統(tǒng)不穩(wěn)定；如果存在極點(diǎn)位于虛軸上（實(shí)部為零），系統(tǒng)可能臨界穩(wěn)定或不穩(wěn)定，取決于虛軸上極點(diǎn)的個(gè)數(shù)。系統(tǒng)的開環(huán)增益、零點(diǎn)、時(shí)間常數(shù)、反饋結(jié)構(gòu)等也會(huì)影響極點(diǎn)的分布，進(jìn)而影響穩(wěn)定性。2.解析：調(diào)節(jié)閥的流量特性是指調(diào)節(jié)閥閥位（開度）變化時(shí)，閥門前后的壓差（通常指閥前壓力）保持恒定時(shí)，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量變化規(guī)律。線性流量特性是指調(diào)節(jié)閥的流量與閥位成線性關(guān)系，即閥位變化1%，流量變化率基本不變。等百分比流量特性（或?qū)?shù)流量特性）是指調(diào)節(jié)閥的流量相對(duì)變化量與閥位的變化量成比例，即閥位變化1%，流量相對(duì)變化率也近似為1%。線性特性結(jié)構(gòu)簡單，但在小開度時(shí)流量變化緩慢，關(guān)斷不徹底；等百分比特性在小開度時(shí)流量變化較快，關(guān)斷較徹底，適用于流量變化范圍大或工藝要求嚴(yán)格的場合。3.解析：PLC系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比，主要優(yōu)點(diǎn)包括：①可靠性高，PLC采用微電子技術(shù)，無機(jī)械觸點(diǎn)，壽命長，抗干擾能力強(qiáng)；②功能強(qiáng)大，PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等多種功能，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制任務(wù)；③靈活性高，PLC程序可修改，便于系統(tǒng)調(diào)試、維護(hù)和擴(kuò)展；④編程簡單，PLC采用梯形圖等接近電氣原理圖的編程語言，易于理解和掌握；⑤接線簡單，PLC內(nèi)部接線大大減少，外部接線也簡化；⑥體積小，重量輕，功耗低。4.解析：在過程控制系統(tǒng)中進(jìn)行