2025年大学本科三年级（自动化）自动化基础阶段测试试题及答案

2025年大学本科三年级（自动化）自动化基础阶段测试试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共40分）每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内。(总共8题，每题5分，每题选出答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。)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，用于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物理对象C.检测装置只能检测被控量，不能检测扰动量D.执行机构根据控制器输出的控制信号，对被控对象施加控制作用2.《自动控制原理》中，传递函数的定义是在（）条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。A.零初始条件B.非零初始条件C.任意初始条件D.特定初始条件3.对于一阶系统，其单位阶跃响应的特点是（）A.上升时间和调节时间都较短B.上升时间较短，调节时间较长C.上升时间较长，调节时间较短D.上升时间和调节时间都较长4.线性系统的稳定性与系统的（）有关。A.输入信号B.初始条件C.结构和参数D.输出信号5.根轨迹是指当系统的某个参数（通常是开环增益）从0变化到无穷大时，闭环系统特征方程的根在（）上的变化轨迹。A.复平面B.实轴C.虚轴D.单位圆6.已知某系统的开环传递函数为\(G(s)H(s)=\frac{K}{s(s+1)(s+2)}\)，则该系统的型别为（）A.0型B.I型C.II型D.III型7.比例积分微分（PID）控制器中，积分环节的作用是（）A.提高系统的快速响应能力B.消除系统的稳态误差C.改善系统的动态性能D.增加系统的阻尼比8.以下哪种控制方式不属于反馈控制（）A.比例控制B.前馈控制C.积分控制D.微分控制第II卷（非选择题，共6分）请将答案写在答题纸上。二、填空题（每题5分，共20分）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.控制系统的性能指标通常包括______性能指标和______性能指标。3.二阶系统的阻尼比\(\zeta\)决定了系统的______特性，当\(\zeta=0\)时，系统处于______状态。4.频域分析法中，常用的典型环节有比例环节、______环节、______环节、惯性环节和延迟环节。三、简答题（每题10分，共20分）1.简述自动控制系统的基本控制方式及其特点。2.什么是系统的稳定性？判断线性系统稳定性的方法有哪些？四、分析题（20分）材料：已知某控制系统的开环传递函数为\(G(s)H(s)=\frac{K}{s(s+1)(s+3)}\)。1.绘制该系统的根轨迹。（10分）2.当\(K=3\)时，求系统的闭环极点，并判断系统的稳定性。（10分）五、设计题（20分）设计一个温度控制系统，要求实现对某一空间温度的精确控制，温度设定值为\(25^{\circ}C\)。已知被控对象的传递函数为\(G_0(s)=\frac{1}{(s+1)(s+2)}\)，采用PID控制器进行控制。1.确定PID控制器的结构和参数。（10分）2.画出该温度控制系统的原理图。（10分）答案：一、选择题1.C2.A3.B4.C5.A6.B7.B8.B二、填空题1.恒值、随动2.稳态、动态3.动态、无阻尼4.积分、微分三、简答题1.自动控制系统的基本控制方式有开环控制、闭环控制和复合控制。开环控制结构简单、成本低，但抗干扰能力差；闭环控制能自动纠正偏差，抗干扰能力强，但系统可能不稳定；复合控制结合了开环和闭环控制的优点，既能快速跟踪输入信号，又能有效抑制干扰。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。判断线性系统稳定性的方法有代数判据（如劳斯判据）和几何判据（如根轨迹法）。四、分析题1.根轨迹绘制步骤：-确定开环极点：\(p_1=0\)，\(p_2=-1\)，\(p_3=-3\)。-确定根轨迹的分支数：3条。-确定根轨迹的渐近线：-渐近线与实轴交点：\(\sigma=\frac{0-1-3}{3}=-\frac{4}{3}\)。-渐近线倾角：\(\theta=\pm60^{\circ}\)，\(\pm180^{\circ}\)。-确定分离点：通过求解\(1+G(s)H(s)=0\)的导数得到分离点。-绘制根轨迹。2.当\(K=3\)时，闭环特征方程为\(s(s+1)(s+3)+3=0\)，即\(s^3+4s^2+3s+3=0\)。-用劳斯判据判断稳定性：-劳斯表：|\(s^3\)|1|3||\(s^2\)|4|3||\(s^1\)|\(\frac{9}{4}\)|3||\(s^0\)|3||-第一列元素全为正，系统稳定。-闭环极点：通过求解特征方程得到\(s_1\approx-0.77\)，\(s_2\approx-1.62+j1.22\)，\(s_3\approx-1.62-j1.22\)。五、设计题1.PID控制器结构为\(G_c(s)=K_p+\frac{K_i}{s}+K_ds\)。-确定参数：-采用Ziegler-Nichols经验公式：-首先求临界比例度\(\delta_c\)和临界振荡周期\(T_c\)。-对于\(G_0(s)=\frac{1}{(s+1)(s+2)}\)，令\(K=1\)，通过实验或计算得到\(T_c\)和\(\delta_c\)。-\(K_p=0.6K_c\)，\(K_i=\frac{1.2K_c}{T_c}\)，\(K_d=0.075K_cT_c\)，其中\(K_c=\frac{1}{\delta_c}\)。2.温度控制系统原理图：-设定值\(r(t)\)与反馈信号\(y(t)\)比较，