2025年大三（自动化）控制系统设计考核题

2025年大三（自动化）控制系统设计考核题

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.以下关于自动化控制系统的说法，正确的是（）A.开环控制系统没有反馈环节B.闭环控制系统的精度一定高于开环控制系统C.复合控制系统是开环与闭环控制系统的简单相加D.前馈控制系统主要用于抑制系统的干扰2.在自动化控制系统中，能够提高系统响应速度的是（）A.增加积分环节B.减小比例系数C.采用超前校正D.降低系统增益3.对于一个二阶系统，其阻尼比ζ=0.5时，系统的响应特性为（）A.无振荡衰减B.临界阻尼C.欠阻尼振荡D.过阻尼4.自动化控制系统中，采样周期的选择主要取决于（）A.系统的稳定性B.系统的响应速度C.被控对象的特性和控制算法的要求D.控制器的类型5.以下哪种控制算法不属于智能控制算法（）A.模糊控制B.神经网络控制C.自适应控制D.比例积分微分控制6.在自动化控制系统中，传感器的作用是（）A.接收控制信号并执行相应动作B.将被控对象的输出信号转换为电信号C.对被控对象进行控制D.采集被控对象的状态信息并转换为电信号7.自动化控制系统的性能指标中，反映系统快速性指标的是（）A.上升时间B.超调量C.稳态误差D.调整时间8.对于一个线性定常系统，其传递函数的分母多项式的次数（）分子多项式的次数。A.大于B.小于C.等于D.不一定9.在自动化控制系统中，PID控制器的积分作用主要用于消除（）A.系统的稳态误差B.系统噪声C.系统的超调量D.系统的振荡10.自动化控制系统的设计流程中，首先要进行的是（）A.系统建模B.确定控制目标C.选择控制方案D.系统调试第II卷（非选择题共70分）二、填空题（每题3分，共15分）1.自动化控制系统主要由______、控制器、执行机构和被控对象组成。2.控制系统的稳定性是指系统在受到______作用后，能够自动恢复到原来平衡状态的能力。3.传递函数是在______条件下，系统输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。4.模糊控制的核心是______。5.自动化控制系统的性能指标包括稳定性、______和准确性。三、简答题（每题10分，共20分）1.简述开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。2.说明PID控制器中比例、积分、微分作用的物理意义。四、综合分析题（共20分）材料：某温度控制系统，采用热电偶作为温度传感器，将温度信号转换为电压信号，经过放大电路后送入PID控制器进行控制，通过调节加热丝的电流来控制温度。已知该系统的被控对象为一个加热炉，其传递函数为G(s)=1/(s(0.5s+1))，要求系统的稳态误差小于0.1℃，超调量小于20%。1.请设计该温度控制系统的控制方案，说明各环节的作用。（10分）2.根据给定的性能指标，计算PID控制器的参数。（10分）五、设计题（共15分）设计一个液位控制系统，要求能够保持液位稳定在设定值。已知液位由水泵供水，通过调节阀调节流量来控制液位。请画出该液位控制系统的原理框图，并说明各环节的作用。答案：第I卷答案1.A2.C3.C4.C5.D6.D7.A8.A9.A10.B第II卷答案二、填空题答案1.传感器2.扰动3.零初始条件4.模糊控制规则5.快速性三、简答题答案1.开环控制系统优点：结构简单、成本低、稳定性好；缺点：控制精度低，对扰动敏感。闭环控制系统优点：控制精度高，能自动补偿扰动影响；缺点：结构复杂、成本高，可能存在稳定性问题。2.比例作用：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。积分作用：主要用于消除系统的稳态误差，只要系统存在误差，积分作用就不断积累，输出控制量以消除误差。微分作用：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。四、综合分析题答案1.控制方案：采用PID控制器构成闭环控制系统。热电偶将温度转换为电压信号，放大电路放大信号后送入PID控制器，PID控制器根据偏差计算控制量，控制加热丝电流，从而控制加热炉温度。传感器用于采集温度信号，控制器进行控制运算，执行机构调节加热丝电流，被控对象是加热炉。2.首先根据稳态误差要求，采用PI控制可消除稳态误差，由系统类型及稳态误差公式计算出积分系数Ki。再根据超调量要求，利用二阶系统超调量与阻尼比关系，结合系统传递函数求出阻尼比ζ，进而根据PID控制器参数与阻尼比关系计算出比例系数Kp和微分系数Kd。（具体计算过程略）五、设计题答案原理框图如下：液位传感器采集液位信号，与设定值比较得到偏差