2025年大学（自动化）过程控制基础测试试题及答案

2025年大学（自动化）过程控制基础测试试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共40分）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20题，每题2分，每题给出的选项中，只有一项符合题目要求)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.设定值答案：B2.以下不属于过程控制系统基本组成部分的是（）A.控制器B.执行器C.传感器D.运算放大器答案：D3.比例控制的特点是（）A.有稳态误差B.无稳态误差C.响应速度慢D.控制精度低答案：A4.积分控制的作用是（）A.消除稳态误差B.加快响应速度C.提高系统稳定性D.增强抗干扰能力答案：A5.微分控制的作用主要是（）A.改善系统动态性能B.消除稳态误差C.提高控制精度D.增强系统稳定性答案：A6.对于PI控制规律，积分时间Ti越小，则（）A.积分作用越强B.积分作用越弱C.比例作用越强D.比例作用越弱答案：A7.过程控制系统中，被控对象的特性不包括（）A.自衡特性B.无自衡特性C.比例特性D.积分特性答案：D8.描述被控对象特性的参数不包括（）A.放大系数KB.时间常数TC.滞后时间τD.增益系数G答案：D9.当被控对象的时间常数T较大时，系统的响应速度会（）A.变快B.变慢C.不变D.先快后慢答案：B10.以下哪种控制规律适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高场合（）A.P控制B.PI控制C.PD控制D.PID控制答案：A11.过程控制系统中，干扰作用是破坏（）A.系统的稳定性B.被控变量的平衡状态C.控制器的输出D.执行器的动作答案：B12.闭环控制系统的特点是（）A.系统结构简单B.控制精度较低C.存在反馈环节D.抗干扰能力弱答案：C13.开环控制系统的优点是（）A.控制精度高B.系统稳定性好C.结构简单D.能自动克服干扰答案：C14.一个好的过程控制系统应具备的性能指标不包括（）A.稳定性B.准确性C.快速性D.复杂性答案：D15.衡量系统稳定性的指标是（）A.衰减比B.超调量C.调节时间D.稳态误差答案：A16.调节时间反映了系统的（）A.稳定性B.快速性C.准确性D.抗干扰能力答案：B17.超调量反映了系统的（）A.稳定性B.快速性C.准确性D.动态性能答案：D18.对于一个稳定的控制系统，其衰减比应满足（）A.小于1B.等于1C.大于1D.大于2答案：C19.过程控制系统中，执行器的作用是（）A.接受控制器输出信号，改变操纵变量B.获取被控变量信息C.产生干扰D.设定控制目标答案：A20.传感器在过程控制系统中的作用是（）A.检测被控变量B.执行控制动作C.提供设定值D.调节控制器参数答案：A第II卷（非选择题，共60分）一、填空题（每空1分，共10分）1.过程控制系统按给定值信号的特点可分为______控制系统、______控制系统和______控制系统。答案：定值、随动、程序2.比例控制规律的表达式为______。答案：u(t)=Kp(e(t))3.积分控制规律的表达式为______。答案：u(t)=Ki∫e(t)dt4.微分控制规律的表达式为______。答案：u(t)=Kd(de(t)/dt)5.被控对象的特性可以用______、______和______来描述。答案：放大系数K、时间常数T、滞后时间τ二、简答题（每题10分，共20分）1.简述过程控制系统的组成及各部分作用。答案：过程控制系统主要由控制器、执行器、被控对象和传感器组成。控制器根据传感器检测到的被控变量与设定值的偏差进行运算，输出控制信号；执行器接受控制器输出信号，改变操纵变量；被控对象是被控制的生产过程；传感器检测被控变量并将其转换为电信号传送给控制器。2.比较比例、积分、微分控制规律的特点。答案：比例控制有比例作用，能快速响应偏差，但存在稳态误差；积分控制能消除稳态误差，但响应速度慢，可能使系统稳定性变差；微分控制能改善系统动态性能，加快响应速度，但对噪声敏感，单独使用较少。三、分析题（15分）某温度控制系统，采用PI控制。已知控制器比例系数Kp=2，积分时间Ti=10s。当系统受到阶跃干扰后，被控变量的变化曲线如下。分析该系统的控制效果，并说明PI控制参数对系统的影响。（此处可简单描述一下曲线的大致形状，如先上升后逐渐稳定等）答案：从曲线可看出，系统在受到干扰后，被控变量先有较大波动，然后逐渐趋于稳定。PI控制中，比例系数Kp=2使系统对偏差有一定快速响应能力，能较快减小偏差。积分时间Ti=10s，积分作用逐渐消除了稳态误差，使系统最终能稳定在设定值附近。若Kp增大，系统响应速度会加快，但可能超调量增大；若Ti减小，积分作用增强，消除稳态误差更快，但可能使系统稳定性变差。四、综合题（15分）有一液位控制系统，被控对象为水箱，其放大系数K=1，时间常数T=5s，滞后时间τ=1s。采用PID控制，要求系统衰减比为4:1。已知比例系数Kp=0.5，积分时间Ti=10s，试确定微分时间Td。材料：水箱液位控制系统，水箱进水流量为操纵变量，出水流量为干扰变量，液位为被控变量。通过调节进水流量来保持液位稳定。答案：首先根据衰减比4:1可确定系统增益Ku。对于一阶加纯滞后系统，Ku=K/(1+τ/T)=1/(1+1/5)=5/⑥。根据经验公式，Td=0.125T(1+2.5τ/T)Kp/Ku。将T=5s，τ=1s，Kp=0.5，Ku=5/⑥代入可得Td=0.125×5×(1+2.5×1/5)×0.5/(5/⑥)=0.625s。五、设计题（20分）设计一个温度控制系统，要求控制精度为±1℃。被控对象为一加热炉，其放大系数K=2，时间常数T=10s，滞后时间τ=2s。选择合适的控制规律及控制参数，并说明设计思路。材料：加热炉通过调节加热功率来控制温度，温度传感器检测炉内温度并反馈给控制器。答案：由于控制精度要求较高，且被控对象有一定滞后，选用PID控制。根据经验，比例系数Kp可先取0.5K=1。积分时间Ti可根据消除稳态误差的要求，取Ti=3T=30s。微分时间Td可根据公式Td=0.125T(1+2.5τ/T)Kp/Ku