2025年大学第一学年（自动化）自动控制原理阶段测试题及答案

2025年大学第一学年（自动化）自动控制原理阶段测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本卷共6题，每题5分。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案填写在相应位置。1.反馈控制系统是指系统中有（）A.反馈回路B.惯性环节C.积分环节D.微分环节答案：A2.自动控制系统的基本要求是（）A.稳定性、快速性、准确性B.稳定性、动态性、静态性C.稳定性、灵敏性、准确性D.稳定性、快速性、灵敏性答案：A3.控制系统的传递函数取决于（）A.系统的结构和参数B.输入信号C.输出信号D.干扰信号答案：A4.一阶系统的时间常数T越大，则系统的响应速度（）A.越快B.越慢C.不变D.不确定答案：B5.二阶系统的阻尼比ζ越小，则系统的超调量（）A.越大B.越小C.不变D.不确定答案：A6.系统的开环传递函数为G(s)H(s)，则其闭环传递函数为（）A.G(s)/(1+G(s)H(s))B.G(s)H(s)/(1+G(s)H(s))C.1/(1+G(s)H(s))D.G(s)/(1-G(s)H(s))答案：A第II卷（非选择题共70分）简答题（共20分）答题要求：本卷共2题，每题10分。请简要回答问题。1.简述自动控制系统的组成部分及其作用。答：自动控制系统主要由被控对象、测量元件、控制器、执行元件等组成。被控对象是系统要控制的对象；测量元件用于测量被控量并将其反馈到输入端；控制器根据测量值与给定值的偏差进行控制决策；执行元件则根据控制器的输出驱动被控对象。2.什么是系统的稳定性？如何判断线性系统的稳定性？答：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平衡状态的能力。对于线性系统，可通过其特征方程的根来判断稳定性。若特征方程的所有根都具有负实部，则系统稳定；若有根具有非负实部，则系统不稳定。计算题（共20分）答题要求：本卷共2题，每题10分。请写出详细的计算过程和答案。1.已知系统的传递函数为G(s)=10/(s+1)(s+2)，求系统的单位阶跃响应。解：首先将传递函数展开为部分分式形式：G(s)=10/(s+1)(s+2)=10/(s+1)-10/(s+2)单位阶跃响应的拉氏变换为1/s，系统输出的拉氏变换为：Y(s)=G(s)×1/s=(10/(s+1)-10/(s+2))×1/s=10/(s(s+1))-10/(s(s+2))再进行拉氏反变换可得：y(t)=10(1-e^(-t))-5(1-e^(-2t))=5-10e^(-t)+5e^(-2t)2.已知二阶系统的传递函数为G(s)=ωn^2/(s^2+2ζωns+ωn^2)，ωn=wn，ζ=zeta，求当ζ=0.5时，系统的超调量和调节时间。解：超调量公式为σ%=e^(-ζπ/√(1-ζ^2))×100%，将ζ=0.5代入可得：σ%=e^(-0.5π/√(1-0.5^2))×100%≈16.3%调节时间公式为ts=3/ζωn（按±5%误差带），将ζ=0.5，ωn=wn代入可得：ts=3/(0.5×wn)=6/wn分析题（共15分）答题要求：本卷共1题，15分。请根据给定的系统方框图进行分析。已知控制系统的方框图如下：[此处可简单描述一下方框图的结构，比如有哪些环节等]分析该系统的稳定性，并说明理由。答：首先根据方框图求出系统的开环传递函数G(s)H(s)，然后写出其特征方程。通过判断特征方程根的实部情况来确定系统稳定性。若特征方程所有根实部均为负，则系统稳定；若有根实部非负，则系统不稳定。具体分析过程需根据实际的方框图结构和传递函数来进行详细推导。综合题（共15分）答题要求：本卷共1题，15分。请阅读材料并回答问题。材料：在某自动化生产线上，需要对一个温度控制系统进行设计和优化。该系统的被控对象是一个加热炉，要求将炉内温度控制在设定值±5℃范围内。已知加热炉的时间常数较大，且存在一定的滞后。1.请设计一个合适的控制系统方案，并说明理由。答：考虑到加热炉时间常数大且有滞后，可采用PID控制方案。PID控制器能根据系统偏差，利用比例、积分、微分作用及时调整控制量，有效克服系统的滞后和惯性，使温度快速稳定在设定值附近。比例作用可快速响应偏差，积分作用能消除稳态误差，微分作用可改善系统的动态性能，适应加热炉的特性，满足将炉内温度控制在设定值±5℃范围内的要求。2.若系统出现超调现象，应如何调整PID参数？答：当系统出现超调现象时，可适当减小比例系数，以降低系统的响应速度，减少超调