2025年大学大二（化工自动化）控制系统期末测试试题及答案

2025年大学大二（化工自动化）控制系统期末测试试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共40分）每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。(总共20题，每题2分，在每小题给出的四个选项中，选出符合题目要求的选项)1.化工自动化控制系统中，反馈控制的核心是A.检测偏差并纠正偏差B.直接控制被控变量C.按照预定规律改变控制变量D.对干扰进行补偿答案：A2.以下哪种控制规律能有效消除系统的稳态误差A.P控制B.PI控制C.PD控制D.PID控制答案：B3.在控制系统中，比例度增大时，系统的A.稳定性增强，控制作用减弱B.稳定性减弱，控制作用增强C.稳定性增强，控制作用增强D.稳定性减弱，控制作用减弱答案：A4.积分时间常数减小，积分作用A.增强B.减弱C.不变D.先增强后减弱答案：A5.微分时间常数增大，微分作用A.增强B.减弱C.不变D.先增强后减弱答案：A6.被控对象的特性不包括A.放大系数B.时间常数C.滞后时间D.控制精度答案：D7.对于一阶惯性环节，其时间常数T越大，响应速度A.越快B.越慢C.不变D.先快后慢答案：B8.纯滞后对控制系统的影响是A.降低稳定性B.提高稳定性C.不影响稳定性D.使系统无振荡答案：A9.前馈控制的主要特点是A.基于偏差进行控制B.对干扰进行及时补偿C.控制精度高D.结构简单答案：B10.串级控制系统中，主控制器的输出作为A.副控制器给定值B.调节阀的控制信号C.被控对象的输入D.检测变送环节的输入答案：A11.均匀控制系统的目的是A.实现对多个变量的精确控制B.使两个相互关联的变量在一定范围内缓慢变化C.提高系统的稳定性D.消除系统的稳态误差答案：B12.比值控制系统中，若主动量和从动量的流量比为K，当主动量变化时，从动量应按A.线性关系变化B.反比例关系变化C.与主动量相同比例变化D.无规律变化答案：C13.分程控制系统中，调节阀的工作范围是通过A.控制器的参数设置B.阀门定位器C.分程信号实现D.被控对象特性决定答案：C14.自动控制系统中，控制器的输出信号是A.测量值B.给定值C.偏差值D.控制信号答案：D15.调节阀的流量系数Kv值越大，其流量A.越大B.越小C.不变D.先大后小答案：A16.气开式调节阀在无信号压力时A.阀门全开B.阀门全关C.保持原开度D.随机状态答案：B17.电动执行器的输入信号一般为A.0-10mA或4-20mAB.0-5VC.0-24VD.1-5V答案：A18.智能控制系统不包括A.模糊控制系统B.神经网络控制系统C.自适应控制系统D.常规PID控制系统答案：D19.系统的传递函数是在A.时域中描述系统动态特性B.频域中描述系统动态特性C.复数域中描述系统动态特性D.状态空间中描述系统动态特性答案：C20.闭环控制系统的传递函数与开环控制系统的传递函数相比A.结构更简单计算更方便B.对干扰更敏感C.能有效抑制干扰D.控制精度更低答案：C第II卷（非选择题，共60分）（一）填空题（共10分）(总共5空，每空2分，请在横线上填上正确答案)1.化工自动化控制系统按给定值形式可分为定值控制系统、______控制系统和程序控制系统。答案：随动2.比例控制规律的表达式为u=Kpe，其中Kp称为______。答案：比例系数3.积分控制作用是通过对______的积累来消除稳态误差。答案：偏差4.被控对象的数学模型有______模型和非参数模型。答案：参数5.调节阀的流量特性有直线流量特性、等百分比流量特性、抛物线流量特性和______流量特性。答案：快开（二）简答题（共20分）(总共4题，每题5分，请简要回答问题)1.简述反馈控制的工作原理。答案：反馈控制是基于偏差进行控制。检测被控变量的实际值并与给定值比较得到偏差，控制器根据偏差大小和控制规律产生控制信号，作用于被控对象，使被控变量趋近给定值，从而达到控制目的。2.说明比例、积分、微分控制规律各自的特点。答案：比例控制作用及时，能快速响应偏差，但存在稳态误差；积分控制可消除稳态误差，但控制作用缓慢，易使系统产生振荡；微分控制能根据偏差变化趋势提前作用，增强系统稳定性，但对高频干扰敏感，且不能单独使用。3.被控对象特性对控制系统有哪些影响？答案：放大系数影响控制作用的强弱；时间常数影响系统响应速度；滞后时间降低系统稳定性，使控制难度增加，可能导致控制不及时，被控变量波动加剧。（三）分析题（共15分）(总共1题，15分，请分析以下系统并回答问题)某化工生产过程中，采用了一个简单的液位控制系统，被控对象为一个储液罐，通过调节阀控制进液量来保持液位稳定。已知该系统存在较大的滞后现象，且液位波动较大时，控制系统响应较慢。1.请分析该系统可能存在的问题及原因。答案：该系统存在的问题是液位波动大且响应慢。原因可能是：储液罐存在较大滞后时间，导致液位变化不能及时被检测和控制；控制系统的比例系数可能设置不当，控制作用不够强；积分时间常数可能过大，积分作用不明显，无法有效消除偏差；微分时间常数可能过小，微分作用不足，不能及时根据液位变化趋势调整控制信号。（四）设计题（共15分）(总共1题，15分，请根据要求设计控制系统)某化学反应过程需要严格控制反应温度在一定范围内，并且要保证反应物料的流量与反应温度之间有良好的匹配关系。已知反应温度对产品质量有重要影响，且存在一定的干扰因素。请设计一个控制系统来满足上述要求。答案：可采用串级控制系统。主控制器以反应温度为被控变量，其给定值根据工艺要求设定。主控制器输出作为副控制器的给定值，副控制器以反应物料流量为被控变量。通过主、副控制器的协同工作，能有效克服干扰，精确控制反应温度，同时保证物料流量与温度的匹配。主控制器可采用PID控制规律，根据温度偏差及时调整控制信号；副控制器也采用合适的控制规律，快速响应流量变化，维持流量稳定，从而确保整个反应过程的稳定和产品质量。（五）综合题（共20分）(总共1题，20分，请结合材料回答问题)材料：在一个化工生产装置中，有一个重要的精馏塔控制系统。该精馏塔用于分离混合液体中的不同成分，塔顶产品质量和塔底产品质量是关键指标。当前控制系统采用单回路PID控制，对塔顶温度进行控制，以保证塔顶产品质量。但近期发现塔顶产品质量出现波动，且控制系统响应不太理想。1.请分析可能导致塔顶产品质量波动的原因。答案：可能原因有：精馏塔本身的工况发生变化，如进料成分、流量等改变，而单回路PID控制无法及时有效应对；塔顶温度检测变送环节可能存在误差，导致控制信号不准确；PID控制器的参数设置不合理，比例度、积分时间常数、微分时间常数可能需要调整，不能很好地适应工况变化和消除偏差；可能存在未考虑到的干扰因素影响塔顶温度，进而影响产品质量。2.针对塔顶产品质量波动问题，提出改进控制系统的方案及措施。答案：改进方案可采用串级控制系统。以塔顶温度为主被控变量，塔底温度或其他相关变量为副被控变量。主控制器采用PID控制规律，根据塔顶温度偏差调整输出，作为副控制器的给定值。副控制器根据副被控变量的偏差进一步调整控制信号，控制精馏塔的操作。措施包括