2025年大学自动化（自动化控制工程）试题及答案

2025年大学自动化（自动化控制工程）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）答题要求：本卷共8小题，每小题5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输出控制信号B.被控对象是控制系统中被控制的物理量或过程C.测量变送装置用于将被控对象的输出信号转换为便于控制器处理的信号D.执行器只能接收模拟信号来控制被控对象2.对于一个一阶惯性环节，其传递函数为G(s)=1/(Ts+1)，当输入为单位阶跃信号时，其输出响应的稳态值为（）A.0B.1C.TD.1/T3.已知系统的开环传递函数G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，则该系统的型别为（）A.0型B.I型C.II型D.III型4.若某系统的特征方程为s³+2s²+3s+4=0，根据劳斯判据，该系统（）A.稳定B.不稳定C.临界稳定D.无法判断稳定性5.以下哪种控制算法不属于传统的PID控制算法（）A.比例控制B.积分控制C.微分控制D.模糊控制6.在控制系统中，若要提高系统的响应速度，可采取的措施是（）A.增大比例系数B.减小比例系数C.增大积分时间常数D.增大微分时间常数7.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.大于等于B.小于等于C.等于D.不一定8.已知某系统的频率特性G(jω)=1/(1+jω)，当ω=1时，其幅频特性|G(j1)|为（）A.1/√2B.1C.√2D.2第II卷（非选择题共60分）二、填空题（共15分）答题要求：本大题共5小题，每小题3分。请将答案填写在题中的横线上。1.自动控制系统按给定信号的特征可分为______控制系统、______控制系统和程序控制系统。2.系统的传递函数是在______条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。3.二阶系统的阻尼比ζ=0.5时，其阶跃响应呈现______特性。4.根轨迹是指当系统的某个参数（通常是开环增益）从______变化到______时，闭环系统特征根在s平面上的变化轨迹。5.频率响应法中，常用的典型输入信号有______、______和______。三、简答题（共15分）答题要求：本大题共3小题，每小题5分。简要回答问题。1.简述自动控制系统的基本要求。2.什么是系统的稳定性？判断系统稳定性的方法有哪些？3.说明PID控制器中比例、积分、微分控制作用各有什么特点。四、分析题（共15分）答题要求：本大题共3小题，每小题5分。阅读以下材料，回答问题。材料：某控制系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))。1.绘制该系统的开环幅相频率特性曲线，并分析其低频段、中频段和高频段的特点。2.若要使系统稳定，试确定开环增益K的取值范围。3.当K=1时，求系统的闭环传递函数，并分析系统的动态性能。五、设计题（共15分）答题要求：本大题共1小题，15分。根据题目要求设计一个控制系统。设计一个温度控制系统，要求将某一空间的温度保持在设定值附近。已知该空间的温度变化具有一定的惯性和延迟，外界干扰主要是环境温度的波动。请设计一个PID控制系统，说明控制器参数的选择方法，并简述系统的工作原理。答案：第I卷答案1.D2.B3.A4.B5.D6.A7.A8.A第II卷答案二、填空题答案1.恒值；随动2.零初始条件3.衰减振荡4.0；+∞5.正弦信号；阶跃信号；斜坡信号三、简答题答案1.自动控制系统的基本要求包括稳定性、准确性和快速性。稳定性是系统正常工作的首要条件；准确性通常用稳态误差来衡量，反映系统的控制精度；快速性则体现系统对输入信号的响应速度。2.系统的稳定性是指系统在受到外界干扰后，能够自动恢复到原来的平衡状态或趋近于一个新的平衡状态的能力。判断系统稳定性的方法有劳斯判据、奈奎斯特判据、根轨迹法等。3.比例控制作用能快速响应偏差，但不能消除稳态误差；积分控制作用可消除稳态误差，但响应速度较慢，可能使系统产生超调；微分控制作用能反映偏差信号的变化趋势，有助于提高系统的响应速度和稳定性，减少超调量。四、分析题答案1.低频段：渐近线斜率为-20dB/dec，与实轴交点为1/K。中频段：穿越频率附近，幅频特性曲线斜率为-20dB/dec。高频段：渐近线斜率为-60dB/dec。低频段决定系统的稳态性能，中频段影响系统的动态性能，高频段反映系统对高频干扰的抑制能力。2.由劳斯判据可得，系统稳定时0<K<6。3.闭环传递函数为G(s)/(1+G(s)H(s))=1/(s³+3s²+2s+K)。当K=1时，系统的动态性能取决于特征根的分布，可通过计算特征根来进一步分析系统的响应特性，如超调量、调节时间等。五、设计题答案选择比例系数Kp时，可根据系统的响应速度和稳态误差要求进行初步设定，一般先取较小值，再根据实际调试情况调整。积分时间常数Ti可适当大些，以减少稳态误差，但不宜过大导致响应速度过慢。微分