2026年大学大二（自动化）自动控制系统设计基础测试题及答案

2025年大学大二（自动化）自动控制系统设计基础测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共40分）答题要求：本卷共20题，每题2分。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案填涂在答题卡相应位置（本题无答题卡，直接在括号内填写答案）。1.自动控制系统中，反馈控制的核心是（）A.偏差信号B.控制信号C.输出信号D.输入信号（A）2.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.初始条件（A）3.二阶系统的阻尼比ζ=0时，系统的响应为（）A.等幅振荡B.单调上升C.衰减振荡D.发散振荡（A）4.一阶系统的时间常数T越大，系统的响应速度（）A.越快B.越慢C.不变D.先快后慢（B）5.系统的稳定性取决于（）A.系统的结构和参数B.输入信号C.输出信号D.初始条件（A）6.闭环控制系统的优点是（）A.精度高B.结构简单C.成本低D.响应速度快（A）7.开环控制系统的缺点是（）A.精度低B.结构复杂C.成本高D.响应速度慢（A）8.自动控制系统的基本组成部分不包括（）A.控制器B.被控对象C.传感器D.执行器（C）9.比例控制器的特点是（）A.能消除稳态误差B.能加快系统响应C.有相位滞后D.控制精度高（C）10.积分控制器的作用是（）A.消除稳态误差B.加快系统响应C.增加系统阻尼D.提高系统稳定性（A）11.微分控制器的作用是（）A.消除稳态误差B.加快系统响应C.增加系统阻尼D.提高系统稳定性（B）12.PID控制器是由（）组成的。A.比例和积分B.比例和微分C.积分和微分D.比例、积分和微分（D）13.系统的传递函数为G(s)=1/(s+1)，其单位阶跃响应的稳态值为（）A.0B.1C.2D.3（B）14.二阶系统的固有频率ωn越大，系统的响应速度（）A.越快B.越慢C.不变D.先快后慢（A）15.系统的传递函数为G(s)=1/(s²+2s+1)，该系统为（）A.一阶系统B.二阶系统C.三阶系统D.四阶系统（B）16.自动控制系统的性能指标不包括（）A.稳定性B.准确性C.快速性D.可靠性（D）17.系统的稳态误差与（）有关。A.系统的结构和参数B.输入信号的形式C.系统的初始条件D.以上都是（D）18.系统的超调量与（）有关。A.系统的结构和参数B.输入信号的形式C.系统的初始条件D.以上都是（A）19.系统的调节时间与（）有关。A.系统的结构和参数B.输入信号的形式C.系统的初始条件D.以上都是（D）20.自动控制系统的发展趋势不包括（）A.智能化B.网络化C.小型化D.大型化（D）第II卷（非选择题共60分）一、填空题（每题2分，共10分）答题要求：请在每题的横线上填写正确答案。1.自动控制系统是指能够对被控对象的工作状态进行______、______和______的系统。（自动控制、调节、操纵）2.系统的传递函数是在______条件下，系统输出的______与输入的______之比。（零初始条件、拉氏变换、拉氏变换）3.二阶系统的阻尼比ζ越小，系统的振荡______，超调量______。（越剧烈、越大）4.系统的稳态误差是指系统在______作用下，系统输出的______与输入的______之间的差值。（输入信号、稳态值、期望值）5.自动控制系统的基本控制方式有______、______和______。（开环控制、闭环控制、复合控制）二、简答题（每题5分，共20分）答题要求：简要回答问题，条理清晰，语言简洁。1.简述自动控制系统的组成部分及其作用。答：自动控制系统由控制器、被控对象、传感器和执行器组成。控制器根据传感器检测到的被控对象的状态信息，按照预定的控制策略产生控制信号；被控对象是被控制的对象；传感器用于检测被控对象的状态信息并反馈给控制器；执行器根据控制器的控制信号对被控对象进行操作，以实现控制目标。2.什么是系统的传递函数？它有什么特点？答：系统的传递函数是在零初始条件下，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。特点：传递函数只取决于系统的结构和参数，与输入输出信号的具体形式无关；传递函数是复变量s的有理分式，其分子和分母多项式的系数均为实数；传递函数反映了系统的固有特性，不同的系统有不同的传递函数。3.简述二阶系统的性能指标及其与系统参数的关系。答：二阶系统的性能指标包括上升时间、峰值时间、超调量、调节时间等。上升时间和峰值时间与固有频率ωn成反比，超调量与阻尼比ζ有关，ζ越小超调量越大，调节时间与固有频率ωn和阻尼比ζ都有关，ωn越大、ζ适当，调节时间越短。4.简述PID控制器的工作原理及其优点。答：PID控制器由比例、积分和微分环节组成。比例环节根据偏差的大小成比例地输出控制信号，加快系统响应；积分环节对偏差进行积分，消除稳态误差；微分环节根据偏差的变化率输出控制信号，增加系统阻尼。优点是能兼顾系统的快速性、准确性和稳定性，控制精度高，适用范围广。三、分析题（每题10分，共20分）答题要求：结合所学知识，对给定的系统进行分析。1.已知系统的传递函数为G(s)=10/(s²+2s+10)，分析该系统的稳定性、快速性和准确性。答：首先求系统的固有频率ωn=√10≈3.16，阻尼比ζ=2/(2√10)≈0.32。由于ζ<1，系统是欠阻尼的，有振荡。固有频率ωn较大，系统响应速度较快。对于单位阶跃输入，稳态误差为0，准确性较好。2.有一个控制系统，其开环传递函数为G(s)=K/s(s+1)，分析K对系统性能的影响。答：当K增大时，系统的增益增大，响应速度加快。但K过大可能导致系统不稳定，因为系统的稳定性与开环增益有关，K增大可能使系统的相位裕度减小，从而降低稳定性。同时，K增大对稳态误差有影响，K越大，稳态误差越小，系统的准确性提高。四、设计题（10分）答题要求：根据给定的要求，设计一个自动控制系统。材料：某水箱液位需要保持在一定高度，现有水泵可用于加水，有液位传感器可检测液位高度。要求：设计一个闭环控制系统，实现对水箱液位的自动控制。答：以液位传感器检测到的液位高度作为反馈信号，与设定的液位高度进行比较，得到偏差信号。将偏差信号送入控制器，控制器根据控制策略（如PID控制）产生控制信号，控制水泵的工作，从而实现对水箱液位的自动控制。当液位低于设定值时，控制器使水泵加水；当液位高于设定值时，控制器使水泵停止工作或减少加水流量。五、综合题（10分）答题要求：综合运用所学知识，解决给定的问题。材料：一个温度控制系统，其被控对象是一个加热炉，要求将炉内温度控制在100℃左右。系统采用热电偶作为温度传感器，输出的电压信号经放大后送入控制器，控制器采用PID控制算法，控制加热炉的加热功率。问题：分析该系统的工作原理，并说明如何调整PID参数以提高系统性能。答：工作原理：热电偶检测炉内温度，将温度信号转换为电压信号，经放大后送入控制器。控制器根据设定温度与实际温度的偏差，采