2025年大学本科三年级（自动化）自动化进阶阶段测试试题及答案

2025年大学本科三年级（自动化）自动化进阶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30分）每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在括号内。(总共10题，每题3分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内)w1.以下关于自动化系统中传感器的说法，错误的是（）A.传感器是自动化系统获取信息的关键部件B.传感器的精度直接影响系统的控制精度C.所有传感器的工作原理都是基于物理效应D.传感器能将非电量转换为电量w2.在PID控制中，积分环节的作用是（）A.加快系统的响应速度B.消除系统的稳态误差C.提高系统的稳定性D.增大系统的增益w3.对于线性定常系统，其传递函数的分母多项式的根称为（）A.零点B.极点C.平衡点D.特征点w4.以下哪种编程语言常用于工业自动化控制系统的编程（）A.PythonB.JavaC.C++D.LadderDiagram（梯形图）w5.自动化控制系统中，反馈控制的核心思想是（）A.根据输入信号直接控制输出B.根据输出信号调整输入信号C.根据偏差信号进行控制D.根据干扰信号进行补偿w6.下列关于PLC（可编程逻辑控制器）的说法，正确的是（）A.PLC只能用于简单的逻辑控制B.PLC的编程语言只有一种C.PLC具有可靠性高、抗干扰能力强等优点D.PLC不能与其他设备通信w7.在自动控制系统的性能指标中，反映系统快速性的指标是（）A.稳态误差B.超调量C.调节时间D.上升时间w8.以下不属于自动化系统中执行机构的是（）A.电机B.气缸C.传感器D.液压泵w9.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.单调上升无超调C.衰减振荡D.发散振荡w10.自动化系统中，数据采集与处理模块的主要功能不包括（）A.采集传感器数据B.对数据进行滤波处理C.直接控制执行机构动作D.将数据传输给上位机第II卷（非选择题，共70分）w11.（10分）简述自动化系统的组成部分及其功能。w12.（15分）说明PID控制器中比例、积分、微分环节各自的作用及对系统性能的影响。w13.（15分）已知某线性定常系统的传递函数为G(s)=(s+2)/(s²+ps+q)，当系统输入为单位阶跃信号时，输出响应为y(t)=1-1.25e^(-2t)+0.25e^(-4t)。求该系统的参数p和q，并判断系统的稳定性。w14.（15分）材料：在一个工业生产线上，需要对产品的尺寸进行精确控制。目前采用了一个简单的控制系统，传感器实时检测产品尺寸并将信号传送给控制器，控制器根据设定值与检测值的偏差来调整执行机构，执行机构控制加工设备对产品进行加工。但在实际运行中，发现系统存在较大的稳态误差，产品尺寸波动较大。问题：请分析该系统存在稳态误差的可能原因，并提出改进措施。w15.（15分）材料：某自动化控制系统用于控制一个水箱的水位。系统由水位传感器、控制器、水泵等组成。水位传感器将水位信号传送给控制器，控制器根据设定水位与实际水位的偏差控制水泵的启停。当水位低于设定值时，水泵启动向水箱注水；当水位高于设定值时水泵停止。问题：请设计该控制系统的控制策略，并画出控制系统的原理框图。答案：w1.Cw2.Bw3.Bw4.Dw5.Cw6.Cw7.Cw8.Cw9.Aw10.Cw11.自动化系统主要由传感器、控制器、执行机构和被控对象组成。传感器用于获取被控对象的各种信息并转换为电信号；控制器接收传感器信号，按照预定的控制算法进行运算处理，发出控制信号；执行机构根据控制信号对被控对象施加控制作用；被控对象是被控制的设备或过程。w12.比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。比例系数增大时，系统响应速度加快，但可能会使系统稳定性下降，超调量增大。积分环节：主要用于消除系统的稳态误差。积分作用的强弱取决于积分时间常数，积分时间常数越小，积分作用越强，消除稳态误差的速度越快，但可能会使系统稳定性变差。微分环节：反映偏差信号的变化趋势，能在偏差信号变化太快时提前给出较大的控制作用，有助于提高系统的稳定性和快速性，减少超调量。w13.由输出响应y(t)=1-1.25e^(-2t)+0.25e^(-4t)可知，系统的极点为-2和-4。则传递函数分母多项式为(s+2)(s+4)=s²+6s+8，所以p=6，q=8。系统的特征方程为s²+6s+8=0，其根均为负实数，所以系统是稳定的。w14.可能原因：控制器参数设置不合理，比例系数过小或积分时间常数过大；传感器精度不够，导致检测信号不准确；执行机构存在非线性因素，影响控制效果。改进措施：重新调整控制器参数，增大比例系数，减小积分时间常数；更换高精度的传感器；对执行机构进行线性化处理或优化控制算法。w15.控制策略：采用PID控制策略。当水位低于设定值时，根据偏差大小按PID控制算法控制水