2025年大学四年级（自动化）过程控制综合试题及答案

2025年大学四年级（自动化）过程控制综合试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共30分）请将正确答案的序号填在括号内。（总共10题，每题3分）1.过程控制系统中，被控对象的输出变量是（）。A.操纵变量B.被控变量C.干扰变量D.设定值2.以下哪种控制规律能有效消除系统的稳态误差？（）A.P控制B.PI控制C.PD控制D.PID控制3.对于一阶惯性环节，其时间常数T越大，系统响应（）。A.越快B.越慢C.不变D.先快后慢4.串级控制系统中，主控制器的输出作为（）。A.主变量B.副变量C.主控制器的设定值D.副控制器的设定值5.前馈控制系统主要用于克服（）干扰。A.可测不可控B.不可测不可控C.可测可控D.不可测可控6.比例度δ对控制系统过渡过程的影响是（）。A.δ越小，系统越稳定B.δ越大，系统越稳定C.δ适中时系统稳定性最好D.δ与系统稳定性无关7.积分时间TI对控制系统过渡过程的影响是（）。A.TI越小，积分作用越强，消除稳态误差越快B.TI越大，积分作用越强，消除稳态误差越快C.TI越小，积分作用越弱，消除稳态误差越慢D.TI与积分作用及消除稳态误差无关8.微分时间TD对控制系统过渡过程的影响是（）。A.TD越大，微分作用越强，系统响应越快B.TD越大，微分作用越弱，系统响应越快C.TD越小，微分作用越强，系统响应越快D.TD与微分作用及系统响应无关9.均匀控制系统的目的是（）。A.使两个变量都保持不变B.使两个变量缓慢变化C.使两个变量快速变化D.只控制一个变量10.当系统的传递函数为G(s)=1/(Ts+1)时，其对数频率特性的渐近线在低频段的斜率为（）。A.0dB/decB.-20dB/decC.-40dB/decD.-60dB/dec第II卷（非选择题，共70分）1.简答题（总共2题，每题10分）（1）简述过程控制系统的组成及各部分的作用。（2）说明PID控制中比例、积分、微分控制规律的特点及适用场合。2.计算题（总共2题，每题15分）（1）已知某控制系统的传递函数为G(s)=10/(s²+6s+10)，求其单位阶跃响应。（2）某温度控制系统，采用PI控制，比例度δ=50%，积分时间TI=1min，初始时系统处于稳态，t=0时，输入突然增加5℃，求系统的响应表达式。3.分析题（总共1题，每题20分）某流量控制系统，采用单回路PID控制。在运行过程中，发现系统的响应速度较慢，且存在稳态误差。请分析可能的原因，并提出改进措施。4.设计题（总共1题，每题15分）有一化学反应过程，要求对反应温度进行精确控制。已知该反应过程存在较大的干扰，且对温度控制精度要求较高。请设计一个合适的过程控制系统，说明系统的组成、控制方案及各部分的作用。材料：该化学反应过程在一定温度范围内进行，温度过高会导致反应失控，温度过低则会影响反应速率和产物质量。5.综合题（总共1题，每题20分）在一个液位控制系统中，被控对象为一个水箱，液位高度h与流入流量qi和流出流量qo之间的关系为：A(dh/dt)=qi-qo，其中A为水箱截面积。采用PI控制，比例度δ和积分时间TI已知。当流入流量突然增加Δqi时，分析系统的动态响应过程，并说明PI控制如何使液位恢复到设定值。材料：液位控制系统的设定值为h0，初始时液位处于设定值，流入流量和流出流量保持平衡。答案：1.B2.B3.B4.D5.A6.C7.A8.A9.B10.B简答题：（1）过程控制系统由被控对象、测量元件与变送器、控制器、执行器组成。被控对象是被控制的生产过程或设备；测量元件与变送器将被控变量转换为标准信号；控制器根据测量信号与设定值比较产生控制信号；执行器根据控制信号改变操纵变量。（2）比例控制作用及时、反应快，能迅速克服干扰影响，但存在稳态误差，适用于干扰较小、对稳态精度要求不高的场合。积分控制能消除稳态误差，但控制作用缓慢，易使系统产生振荡，常用于有较大稳态误差的系统。微分控制能改善系统动态性能，加快响应速度，对抑制高频干扰有较好效果，常用于对象容量滞后较大、负荷变化频繁的系统。计算题：（1）先将传递函数化为标准形式，再通过拉普拉斯变换和反变换求解单位阶跃响应。（2）根据PI控制规律建立微分方程，求解得到系统的响应表达式。分析题：响应速度慢可能是比例度太大、积分时间太长或系统增益过小等原因。稳态误差可能是积分作用不足或系统存在较大干扰。改进措施可适当减小比例度、缩短积分时间、增大系统增益，或增加前馈控制等。设计题：可采用串级控制系统，主回路控制反应温度，副回路控制影响温度的主要干扰。主控制器根据温度测量值与设定值比较输出控制信号给副控制器，副控制器根据干扰测量值调整操纵变量，如调节加热或