2025年大学本科三年级（自动化）控制系统设计测试题及答案

2025年大学本科三年级（自动化）控制系统设计测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共40分）请将答案填写在题目后的括号内。每题4分，共10题。w1：以下关于自动控制系统的基本组成部分，说法错误的是（）A.控制器是控制系统的核心，负责对输入信号进行处理并产生控制信号B.被控对象是控制系统中被控制的设备或过程C.测量元件用于检测被控量的实际值，并将其转换为与被控量有一定函数关系的信号输出D.执行元件只能根据控制信号直接改变被控对象的输出，不能对被控对象施加其他作用w2：在控制系统中，反馈控制的作用是（）A.消除干扰对系统的影响B.提高系统的响应速度C.使系统输出跟随输入信号的变化D.以上都是w3：对于一阶系统，其传递函数为G(s)=1/(Ts+1)，当输入为单位阶跃信号时，系统的稳态误差为（）A.0B.1/TC.TD.无穷大w4：二阶系统的阻尼比ζ对系统性能的影响，以下说法正确的是（）A.ζ越大，系统的超调量越大B.ζ越小，系统的响应速度越快C.ζ=0时，系统为无阻尼状态D.ζ=1时，系统为临界阻尼状态w5：PID控制器中，积分控制的作用是（）A.提高系统的稳定性B.消除系统的稳态误差C.加快系统的响应速度D.抑制系统的噪声干扰w6：在控制系统的频域分析中，开环频率特性的低频段主要反映系统的（）A.稳态性能B.动态性能C.抗干扰能力D.响应速度w7：根轨迹法中，根轨迹的起点是（）A.开环传递函数的极点B.开环传递函数的零点C.闭环传递函数的极点D.闭环传递函数的零点w8：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.PID控制D.遗传算法控制w9：在离散控制系统中，采样周期T的选择对系统性能有重要影响。一般来说，采样周期T的取值应（）A.越大越好B.越小越好C.根据系统的具体情况合理选择D.与系统的时间常数无关w10：状态空间法中，状态方程描述了系统的（）A.输入与输出之间的关系B.状态变量与输入之间的关系C.状态变量与输出之间的关系D..状态变量之间的关系第II卷（非选择题，共60分）w11：（10分）简述自动控制系统的分类方式，并举例说明。w12：（12分）已知系统的传递函数G(s)=10/(s²+2s+10)，求系统的阻尼比ζ、无阻尼自然频率ωn，并判断系统的稳定性。w13：（12分）某控制系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，试用根轨迹法确定使系统稳定的K值范围。w14：（13分）材料：在一个温度控制系统中，被控对象是一个加热炉，其温度变化具有一定的惯性和滞后性。控制任务是将加热炉的温度稳定在设定值。现采用PID控制器进行控制。已知当前加热炉温度低于设定值，且温度变化速率较慢。问题：请分析在这种情况下，PID控制器中比例、积分、微分控制作用应如何调整？w15：（13分）材料：某自动化生产线中，需要对产品的尺寸进行精确控制。已知产品尺寸的测量值与设定值之间存在偏差，且偏差具有一定的随机性。问题：请设计一个基于模糊控制的尺寸控制系统，说明模糊控制器的输入、输出变量，以及模糊规则的制定原则。答案：w1：Dw2：Dw3：Aw4：Dw5：Bw6：Aw7：Aw8：Cw9：Cw10：Bw11：自动控制系统可按多种方式分类。按控制原理可分为开环控制系统和闭环控制系统，如传统的洗衣机定时控制属于开环控制，而恒温空调系统属于闭环控制。按给定信号特征可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统，如路灯亮度的恒值控制、雷达跟踪目标的随动控制、工业生产中的顺序控制等。w12：传递函数G(s)=10/(s²+2s+10)，与标准二阶系统传递函数G(s)=ωn²/(s²+2ζωns+ωn²)对比，可得ωn²=10，即ωn=√10；2ζωn=2，ζ=1/√10。因为ζ>0，ωn>0，所以系统稳定。w13：开环传递函数G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))=K/(s³+3s²+2s)，其特征方程为s³+３s²+2s+K=0。列劳斯表，根据劳斯判据，要使系统稳定，劳斯表第一列元素全为正。经计算可得使系统稳定的K值范围是0<K<6。w14：在当前情况下，加热炉温度低于设定值且变化速率慢。比例控制作用应适当增大，以加快系统响应使温度快速上升。积分控制作用需增强，因为积分控制用于消除稳态误差，当前温度低于设定值，通过增强积分作用可使温度更接近设定值。微分控制作用可适当减小，由于温度变化速率慢，微分作用不需要太强。w15：模糊控制器的输入变量可设为尺寸偏差e和偏差变化率ec。输出变量为控制量u。输入变量的论域可根据实际