2025年大学自动化（自动化技术研发）试题及答案

2025年大学自动化（自动化技术研发）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：本大题共10小题，每小题3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。请将正确答案的序号填在题后的括号内。1.下列关于自动化控制系统的说法，错误的是（）A.开环控制系统没有反馈环节B.闭环控制系统能自动纠正偏差C.前馈控制系统可以完全消除干扰的影响D.复合控制系统结合了开环和闭环的优点2.自动控制理论中，传递函数的分母多项式决定了系统的（）A.稳定性B.稳态性能C.动态性能D.输入信号形式3.对于二阶系统，当阻尼比ζ=0时，系统的响应为（）A.等幅振荡B.单调上升C.衰减振荡D.发散振荡4.以下哪种控制算法不属于智能控制范畴（）A.模糊控制B.神经网络控制C.比例积分微分控制D.遗传算法控制5.在PID控制中，积分环节的作用是（）A.加快系统响应速度B.消除稳态误差C.提高系统稳定性D.抑制高频干扰6.下列关于传感器的说法，正确的是（）A.传感器只能测量物理量B.传感器的输出信号都是数字信号C.传感器的精度越高越好D.传感器能将被测量转换为电信号7.工业机器人的运动控制主要涉及（）A.位置控制、速度控制和加速度控制B.温度控制、压力控制和流量控制C.逻辑控制、顺序控制和定时控制D.电力控制、液压控制和气动控制8.自动化生产线中，用于物料搬运的设备通常不包括（）A.传送带B.工业机器人C.数控机床D.AGV（自动导引车）9.以下哪种编程语言常用于可编程逻辑控制器（PLC）编程（）A.C语言B.Python语言C.梯形图语言D.Java语言10.关于自动化系统的可靠性，以下说法正确的是（）A.可靠性只与硬件有关B.提高系统冗余度可以提高可靠性C.可靠性与系统的复杂性无关D.软件不会影响系统的可靠性第II卷（非选择题共70分）二、填空题（共10分）答题要求：本大题共5小题，每小题2分。请将答案填在题中的横线上。11.自动控制系统按输入信号的特征可分为______控制系统、______控制系统和程序控制系统。12.线性定常系统的传递函数定义为在______条件下，系统输出的______与输入的______之比。13.控制系统的性能指标主要包括______性能指标和______性能指标。14.传感器的静态特性主要有______、______、重复性、迟滞等。15.工业自动化的发展经历了______自动化、______自动化和智能自动化三个阶段。三、简答题（共20分）答题要求：本大题共4小题，每小题5分。简要回答问题。16.简述开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。17.什么是PID控制？简述其原理和作用。18.举例说明传感器在自动化生产中的应用。19.简述工业机器人的主要组成部分及其功能。四、分析题（共20分）答题要求：阅读以下材料，回答问题。材料：某温度控制系统采用PID控制器，被控对象为一个加热炉，其传递函数为G(s)=1/(s(0.1s+1))。系统的设定温度为50℃，当前温度为30℃。已知比例系数Kp=2，积分时间常数Ti=0.5，微分时间常数Td=0.1。20.求该系统的闭环传递函数。21.分析比例系数、积分时间常数和微分时间常数对系统性能的影响。22.若系统出现振荡现象，应如何调整PID参数？五、设计题（共20分）答题要求：根据以下要求设计一个简单的自动化控制系统。设计一个液位控制系统，要求保持水箱液位稳定在设定值。水箱有进水口和出水口，进水流量可通过调节阀控制，液位由液位传感器测量。采用PID控制器实现液位的自动控制。23.画出系统的原理框图。24.简述PID控制器的参数整定方法。25.编写PID控制算法的伪代码。答案：1.C2.A3.A4.C5.B6.D7.A8.C9.C10.B11.恒值、随动12.零初始条件、拉氏变换、拉氏变换13.稳态、动态14.精度、灵敏度15.刚性、柔性16.开环优点：结构简单、成本低、稳定性好；缺点：控制精度低，抗干扰能力差。闭环优点：控制精度高，能自动纠正偏差；缺点：结构复杂、成本高、稳定性相对较差。17.PID控制是比例、积分、微分控制的简称。原理：根据系统偏差，比例环节成比例输出，积分环节消除稳态误差，微分环节预测偏差变化趋势提前控制。作用：使系统快速准确地跟踪给定值，提高系统控制性能。18.如在自动化流水线上，光电传感器用于检测产品的位置和数量；温度传感器用于监测设备运行温度；压力传感器用于检测气压、液压等，保证生产过程的稳定和安全。19.主要组成部分：机械结构，提供支撑和运动基础；控制器，控制机器人的运动和动作；驱动系统，提供动力；末端执行器，完成各种作业任务。功能：可精确地完成各种复杂的工业生产任务，提高生产效率和质量。20.闭环传递函数为：G(s)/(1+G(s)Kp(1+Tds+1/Tis))=1/(s(0.1s+1)+2(1+0.1s+1/0.5s))。21.比例系数增大，系统响应加快但可能超调；积分时间常数减小，消除稳态误差能力增强但可能使系统稳定性变差；微分时间常数增大，对抑制振荡和提高响应速度有帮助。22.可适当减小比例系数，增大积分时间常数，根据情况调整微分时间常数，如减小微分时间常数或使其为0，观察系统响应，逐步调整至稳定。23.原理框图：液位传感器-比较器-PID控制器-调节阀-水箱。24.经验试凑法：先设定一组参数，观察系统响应，根据超调、稳态误差等情况调整比例、积分、微分系数。临界比例度法：先找到临界比例系数，再按一定规则计算其他参数。25.伪代码：```SetKp,Ki,Kd//设定PID参数SetSetpoint,Input,Output//设定设定值、输入值、输出值SetIntegral=0,Derivative=0,LastError=0LoopError=Setpoint-InputIntegral=Integral+