2025年大学工业自动化技术（自动化控制原理）试题及答案

2025年大学工业自动化技术（自动化控制原理）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）答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共10题，每题3分)1.反馈控制系统是指系统中有（）。A.反馈回路B.惯性环节C.积分环节D.微分环节2.控制系统的稳定性取决于（）。A.系统的干扰信号B.系统的输入信号C.系统的结构和参数D.系统的输出信号3.二阶系统的阻尼比ζ，等于（）。A.系统的无阻尼自然频率ωn与阻尼振荡频率ωd之比B.系统的阻尼振荡频率ωd与无阻尼自然频率ωn之比C.系统的阻尼比ζ与无阻尼自然频率ωn之积D.系统的阻尼比ζ与阻尼振荡频率ωd之积4.系统的传递函数取决于（）。A.系统的结构和参数B.系统的输入信号C.系统的输出信号D.系统的初始条件5.单位阶跃响应的稳态值反映了系统的（）。A.稳定性B.快速性C.准确性D.动态性能6.控制系统的稳态误差与（）有关。A.系统的结构和参数B.系统的输入信号C.系统的干扰信号D.以上都是7.比例环节的传递函数为（）。A.G(s)=KB.G(s)=1/TsC.G(s)=K/(Ts+1)D.G(s)=s8.积分环节的输出信号与输入信号的（）成正比。A.积分B.微分C.比例D.平方9.微分环节的输出信号与输入信号的（）成正比。A.积分B.微分C.比例D.平方10.控制系统的性能指标中，反映系统快速性的指标是（）。A.上升时间B.调整时间C.峰值时间D.以上都是第II卷（非选择题共7分）二、填空题（每题2分，共10分）答题要求：请在横线上填写正确的答案。(总共5题，每题2分)1.自动控制系统是指能够对被控对象的工作状态进行______的系统。2.控制系统的数学模型有______、______、______等。3.系统的传递函数是在______条件下，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。4.二阶系统的特征方程为______。5.控制系统的稳态误差分为______稳态误差和______稳态误差。三、简答题（每题5分，共15分）答题要求：简要回答问题，要有必要的文字说明。(总共3题，每题5分)1.简述自动控制系统开环和闭环的特点。2.什么是系统的稳定性？如何判断系统的稳定性？3.简述比例、积分、微分控制的作用。四、分析题（每题15分，共30分）答题要求：根据题目所给材料，进行分析解答，要有详细的分析过程。(总共2题，每题15分)材料：已知某二阶系统的传递函数为G(s)=4/(s²+2s+4)。1.求该系统的无阻尼自然频率ωn、阻尼比ζ和阻尼振荡频率ωd。2.当系统输入为单位阶跃信号时，求系统的稳态误差、上升时间、峰值时间和调整时间。五、设计题（25分）答题要求：根据题目要求，设计一个自动控制系统。(总共1题，每题25分)设计一个温度控制系统，要求能够将温度控制在设定值±5℃范围内。画出系统的方框图，并说明各环节的作用。答案：一、选择题1.A2.C3.B4.A5.C6.D7.A8.A9.B10.D二、填空题1.自动控制2.微分方程、传递函数、状态方程3.零初始4.s²+2ζωns+ωn²=05.静态、动态三、简答题1.开环系统结构简单、成本低、稳定性好，但控制精度低，对干扰无抑制作用。闭环系统控制精度高，能抑制干扰，但结构复杂、成本高，可能存在稳定性问题。2.稳定性是指系统在受到外界干扰后，能够恢复到原来平衡状态的能力。判断系统稳定性可通过系统的特征方程根的分布来判断，若特征方程的根都具有负实部，则系统稳定。3.比例控制能快速响应输入变化，减小稳态误差；积分控制能消除稳态误差；微分控制能改善系统的动态性能，加快系统的响应速度。四、分析题1.对于G(s)=4/(s²+2s+4)，ωn²=4，ωn=2；2ζωn=2，ζ=0.5；ωd=ωn√(1-ζ²)=2√(1-0.25)=√3。2.系统为二阶系统，稳态误差为0。上升时间tr=(π-θ)/ωd，θ=arctan(√(1-ζ²)/ζ)=arctan(√3)=π/3，tr=(π-π/3)/√3=2π/(3√3)。峰值时间tp=π/ωd=π/√3。调整时间ts=4/ζωn=4/(0.5×2)=4。五、设计题温度控制系统方框图：温度传感器→放