2025年中控初级专项题库及答案下载

2025年中控初级专项题库及答案下载考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在括号内）1.在自动控制系统中，将偏差信号作为输入，输出信号用于消除偏差的环节是（）。A.执行机构B.测量变送环节C.控制器D.被控对象2.二阶系统的传递函数为G(s)=K/(s²+2ζωns+ωn²)，其中ωn代表（）。A.系统阻尼比B.系统无阻尼自然频率C.系统阻尼系数D.系统增益3.当控制系统在阶跃输入下，其输出响应最终不衰减，而是持续振荡或趋于某个非零值，则该系统通常被认为是（）。A.稳定的B.不稳定的C.临界稳定的D.纯滞后系统4.在频率响应分析法中，描述系统稳定性的指标是（）。A.峰值频率B.增益裕度C.相位角D.频率5.对于一阶惯性加纯滞后系统，其传递函数为G(s)=K*e^(-τs)/(T₁s+1)，其中T₁的物理意义通常代表（）。A.系统的纯滞后时间B.系统的惯性时间常数C.系统的增益D.系统的阻尼比6.在直流电机控制中，改变电枢电压通常是为了控制电机的（）。A.转速B.转矩C.功率D.电流7.下列哪种传感器主要用于测量液体或气体的压力？（）A.测温传感器B.测量变送器C.压力传感器D.流量传感器8.在过程控制系统中，调节阀的阀芯和阀座之间的开度是由（）决定的。A.执行机构B.控制器输出C.传感器信号D.被控变量9.可编程逻辑控制器（PLC）的核心控制器通常采用（）。A.微处理器B.中央处理器C.数字信号处理器D.线性集成电路10.集散控制系统（DCS）的特点之一是（）。A.控制功能高度集中B.系统结构简单C.人机界面功能强大D.网络通信速度慢二、填空题（请将答案填写在横线上）1.控制系统的输出量能够复现输入量的变化规律，这种性能称为________。2.在二阶系统中，ζ是表征系统阻尼特性的物理量，称为________。3.控制系统的基本组成环节通常包括测量变送环节、控制器、执行机构和________。4.在频率响应曲线中，幅频特性曲线开始偏离零分贝线的频率称为________。5.对于流量测量，孔板流量计属于基于________原理的仪表。6.在PLC系统中，输入/输出接口通常分为________和模拟量输入/输出接口。7.安全仪表系统（SIS）的设计原则通常强调________和________。8.工业控制中常用的传感器信号标准有________和________。9.调节阀的流量特性通常分为________特性和________特性。10.过程控制系统的设计目标通常包括保证系统________、提高响应速度和降低________。三、判断题（请将“正确”或“错误”填在括号内）1.系统的传递函数是其零点和极点的函数。（）2.系统的型次越高，其阶跃响应的超调量通常越大。（）3.比例（P）控制作用能够消除稳态误差。（）4.积分（I）控制作用的主要缺点是响应速度慢。（）5.微分（D）控制作用能够提高系统的阻尼比。（）6.执行机构的作用是将控制器的输出信号转换成驱动调节阀动作的功率。（）7.DCS系统通常采用分层结构，现场控制级负责执行控制算法。（）8.传感器是将被测非电学量转换成电信号的装置。（）9.测量仪表的精度越高，其量程范围通常越宽。（）10.纯滞后环节对系统的稳定性没有影响。（）四、计算题1.已知某控制系统的传递函数为G(s)=10/(s+2)(s+5)。求该系统在单位阶跃输入下的稳态输出值。2.某温度控制系统，其被控对象传递函数为G₀(s)=1/(10s+1)，控制器采用比例积分（PI）控制，传递函数为Gc(s)=Kc(1+1/0.5s)，执行机构与调节阀的组合传递函数为Gv(s)=1，测量变送环节的传递函数为Gm(s)=1。要求系统闭环传递函数在s=jω处的相位角为-90°。试确定比例度Kc。3.某流量控制系统，调节阀的流量特性为线性特性，其静态增益Kv=120m³/h/Bar。当控制器输出信号变化范围为4mA-20mA，对应阀门开度变化为0-100%时，求阀门在75%开度时的流量是多少m³/h？如果系统输入偏差为0.5Bar，试计算流量的变化量。五、简答题1.简述什么是控制系统的稳定性，并说明影响系统稳定性的主要因素。2.什么是调节阀的流量特性？简述线性流量特性和等百分比流量特性的特点及适用场合。3.PLC系统与传统的继电器控制系统相比，有哪些主要优点？4.在过程控制系统中，为什么要进行系统整定？常用的整定方法有哪些？5.什么是安全仪表系统（SIS）？它与过程控制系统（DCS）在功能和安全要求上有什么主要区别？试卷答案一、选择题1.C2.B3.B4.B5.B6.A7.C8.B9.A10.C二、填空题1.准确性2.阻尼比3.被控对象4.截止频率5.流体节流6.数字量输入/输出接口7.可靠性；完整性8.4-20mA；HART9.线性；等百分比10.稳定性；投资成本三、判断题1.正确2.错误3.正确4.正确5.错误6.正确7.正确8.正确9.错误10.错误四、计算题1.解：系统闭环传递函数为G(s)=G₀(s)/(1+G₀(s)Gc(s)Gv(s)Gm(s))由于Gv(s)Gm(s)=1，代入参数得：G(s)=[1/(10s+1)]/[1+10*Kc*(1+1/0.5s)*1*1]=[1/(10s+1)]/[1+10Kc(1+2s)]=1/[(10s+1)+20Kcs+10Kc]=1/[(10Kc+10)s+(1+10Kc)]稳态输出值G(0)=1/(1+10Kc)。由于是单位阶跃输入，稳态值为系统增益。G(0)=1/(1+10Kc)=1/(1+10*1)=1/11。注意：题目中G₀(s)分母系数为2，假设控制器增益Kc=1进行计算，若Kc未知，则稳态值为1/(1+10Kc)。此处按增益Kc=1计算结果。答案：稳态输出值为1/11。2.解：系统闭环传递函数为Gcl(s)=G₀(s)Gc(s)Gv(s)/[1+G₀(s)Gc(s)Gv(s)Gm(s)]代入参数得：Gcl(s)=[1/(10s+1)]*Kc*(1+1/0.5s)*1/[1+[1/(10s+1)]*Kc*(1+1/0.5s)*1*1]=Kc*(1+2s)/[(10s+1)(1+2s)+2Kcs*Kc]=Kc*(1+2s)/[10s+1+20s²+2s+2Kc²s]=Kc*(1+2s)/[20s²+(10+2+2Kc²)s+1]=Kc*(1+2s)/[20s²+(12+2Kc²)s+1]在s=jω处，代入s=jω：Gcl(jω)=[Kc*(1+2jω)]/[20(jω)²+(12+2Kc²)jω+1]=[Kc*(1+2jω)]/[-20ω²+(12+2Kc²)jω+1]幅值|Gcl(jω)|=Kc*sqrt(1²+(2ω)²)/sqrt((-20ω²)²+(12+2Kc²)ω)²+1²)相位角∠Gcl(jω)=arctan(2ω)-arctan((12+2Kc²)ω/(-20ω²+1))题目要求相位角为-90°，即arctan(2ω)-arctan((12+2Kc²)ω/(-20ω²+1))=-π/2。当ω=ωc(截止频率)时，幅频特性曲线开始偏离零分贝线，此时相位角为-90°。在截止频率ωc处，设-20ωc²+1=0，解得ωc²=1/20，ωc=1/sqrt(20)。代入ω=ωc到相位角表达式：-π/2=arctan(2ωc)-arctan((12+2Kc²)ωc/(-20ωc²+1))由于-20ωc²+1=0，所以arctan((12+2Kc²)ωc/(-20ωc²+1))=arctan(无穷大)=π/2。因此，-π/2=arctan(2ωc)-π/2arctan(2ωc)=02ωc=tan(0)=0这个结果显然不成立，说明在截止频率处相位角不等于-90°。需要重新审视相位角计算或题意。更准确的方法是，对于二阶系统G(s)=K/(s²+2ζωns+ωn²)，其闭环传递函数在截止频率ωc处相位角为-90°，且此时幅值为1/K。ωc²=ωn²-2ζ²ωn²=ωn²(1-2ζ²)1/K=|G₀(jωc)Gc(jωc)|=Kc*(1+(2ζωc/ωn)²)/sqrt((1-(ωc/ωn)²)²+(2ζωc/ωn)²)题目没有给出ζ和ωn，但通常教学例题会简化。假设ζ=1（临界阻尼或欠阻尼典型值），则ωc²=ωn²/3，ωc=ωn/sqrt(3)。此时，1/K=Kc*(1+(2ωc/ωn)²)/sqrt((1-(ωc/ωn)²)²+(2ωc/ωn)²)1/K=Kc*(1+(2/sqrt(3))²)/sqrt((1-(1/sqrt(3))²)²+(2/sqrt(3))²)1/K=Kc*(1+4/3)/sqrt((1-1/3)²+(2/sqrt(3))²)1/K=Kc*(7/3)/sqrt((2/3)²+(2/sqrt(3))²)1/K=Kc*(7/3)/sqrt(4/9+4/3)1/K=Kc*(7/3)/sqrt(4/9+12/9)1/K=Kc*(7/3)/sqrt(16/9)1/K=Kc*(7/3)/(4/3)1/K=Kc*7/4K=4/(7Kc)。题目中G₀(s)分母系数为10，假设ωn²=10进行计算，若ωn²未知，则K=4/(7Kc*sqrt(ωn²))。此处按ωn²=10计算结果。K=4/(7Kc*sqrt(10))。若题目意图是简化，假设Kc=1，则K=4/(7*sqrt(10))≈0.179。答案：Kc=4/(7K*sqrt(10))（若ωn²=10），或近似Kc≈0.179（若Kc=1）。3.解：调节阀在75%开度时的流量Q=Kv*(阀位%)Q=120m³/h/Bar*75%Q=120*0.75m³/hQ=90m³/h系统输入偏差为0.5Bar，流量变化量ΔQ=Kv*ΔPΔQ=120m³/h/Bar*0.5BarΔQ=60m³/h答案：75%开度时流量为90m³/h。输入偏差0.5Bar时流量变化量为60m³/h。五、简答题1.解析：控制系统的稳定性是指系统在受到扰动或初始条件影响后，其输出响应能够随时间推移最终恢复到或接近原来的平衡状态，并且不会无限制地增长或振荡。影响系统稳定性的主要因素包括：系统开环传递函数的极点（即闭环特征方程的根）的位置。如果所有极点位于s平面的左半平面（实部为负），系统是稳定的；如果存在极点位于右半平面（实部为正），系统不稳定；如果存在极点位于虚轴上（实部为零），系统可能临界稳定或不稳定，取决于虚轴上极点的个数。系统的开环增益、零点、时间常数、反馈结构等也会影响极点的分布，进而影响稳定性。2.解析：调节阀的流量特性是指调节阀阀位（开度）变化时，阀门前后的压差（通常指阀前压力）保持恒定时，流经调节阀的流量变化规律。线性流量特性是指调节阀的流量与阀位成线性关系，即阀位变化1%，流量变化率基本不变。等百分比流量特性（或对数流量特性）是指调节阀的流量相对变化量与阀位的变化量成比例，即阀位变化1%，流量相对变化率也近似为1%。线性特性结构简单，但在小开度时流量变化缓慢，关断不彻底；等百分比特性在小开度时流量变化较快，关断较彻底，适用于流量变化范围大或工艺要求严格的场合。3.解析：PLC系统与传统的继电器控制系统相比，主要优点包括：①可靠性高，PLC采用微电子技术，无机械触点，寿命长，抗干扰能力强；②功能强大，PLC具有逻辑运算、定时、计数、算术运算等多种功能，可实现复杂的控制任务；③灵活性高，PLC程序可修改，便于系统调试、维护和扩展；④编程简单，PLC采用梯形图等接近电气原理图的编程语言，易于理解和掌握；⑤接线简单，PLC内部接线大大减少，外部接线也简化；⑥体积小，重量轻，功耗低。4.解析：在过程控制系统中进行