2026年大学大三（自动化）过程控制工程综合测试试题及答案

2025年大学大三（自动化）过程控制工程综合测试试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小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。1.过程控制系统中，被控对象的特性不包括以下哪一项（）A.自衡特性B.无自衡特性C.比例特性D.积分特性2.对于一阶惯性环节，其时间常数T越大，系统的响应速度（）A.越快B.越慢C.不变D.先快后慢3.以下哪种控制规律能消除系统的稳态误差（）A.比例控制B.积分控制C.微分控制D.比例积分控制4.串级控制系统中，主控制器一般采用（）控制规律A.PB.PIC.PDD.PID5.前馈控制系统的主要特点是（）A.能实现完全补偿B.控制及时C.结构简单D.适应性强6.被控变量的选择原则不包括（）A.反映工艺过程的主要变量B.可测性C.独立性D.随意性7.调节阀的流量系数Kv与以下哪个因素无关（）A.调节阀的结构B.流体的性质C.管道的长度D.阀门的开度8.以下哪种传感器不属于温度传感器（）A.热电偶B.热电阻C.应变片D.热敏电阻9.数字控制器的控制算法不包括（）A.位置式PIDB.增量式PIDC.模糊控制算法D.牛顿迭代法10.过程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.复杂性第II卷（非选择题共70分）（一）填空题（共10分）答题要求：本大题共5小题，每小题2分。请将答案填写在横线上。1.过程控制系统由被控对象、和组成。2.控制系统的过渡过程形式有、、和。3.比例控制的特点是，积分控制的特点是，微分控制的特点是。4.串级控制系统中，主回路是控制系统，副回路是控制系统。5.前馈控制系统中，前馈控制器的输出只取决于。（二）简答题（共20分）答题要求：本大题共4小题，每小题5分。简要回答问题。1.简述过程控制系统的组成及各部分的作用。2.什么是系统的稳定性？如何判断系统的稳定性？3.简述PID控制规律的含义及各参数对系统性能的影响。4.串级控制系统有哪些优点？（三）计算题（共20分）答题要求：本大题共2小题，每小题10分。解答应写出必要的文字说明、计算步骤和答案。1.已知某一阶惯性环节的传递函数为G(s)=1/(Ts+1)，当输入为单位阶跃信号时，求系统的输出响应表达式，并计算其稳态值。2.某控制系统采用比例积分控制，比例系数Kp=2，积分时间常数Ti=10s，当输入为单位阶跃信号时，求系统的输出响应表达式，并计算其稳态误差。（四）分析题（共15分）答题要求：本大题共3小题，每小题5分。阅读以下材料，回答问题。材料：某化学反应过程中，温度对反应速率有重要影响。为了控制反应温度，采用了一个温度控制系统。该系统采用热电偶作为温度传感器，将温度信号转换为电信号，经过放大器放大后，送给控制器。控制器采用PID控制算法，根据温度设定值和实际测量值的偏差，计算出控制量，控制加热器的加热功率，从而实现对反应温度的控制。1.请分析该温度控制系统的工作原理。2.如果发现反应温度波动较大，可能的原因有哪些？3.如何调整PID控制器的参数来提高系统的控制性能？（五）设计题（共5分）答题要求：本大题共1小题，每小题5分。请根据以下要求设计一个简单的液位控制系统。要求：采用液位传感器测量液位高度，将液位信号转换为电信号，经过放大器放大后，送给控制器。控制器采用比例控制算法，根据液位设定值和实际测量值的偏差，计算出控制量，控制调节阀的开度，从而实现对液位的控制。请画出该液位控制系统的原理图，并说明各部分的作用。答案：1.C2.B3.B4.B5.B6.D7.C8.C9.D10.D填空题答案：1.测量变送装置、控制器、执行器2.非周期衰减过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程3.反应快，控制及时，但有稳态误差；能消除稳态误差，但控制不及时；反应速度快，能抑制偏差的变化4.定值、随动5.干扰的大小和变化规律简答题答案：1.过程控制系统由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器组成。被控对象是需要控制的生产过程或设备；测量变送装置用于测量被控变量，并将其转换为标准信号；控制器根据测量信号与设定值的偏差，按照一定的控制规律计算控制量；执行器根据控制量对被控对象进行操作，以实现对被控变量的控制。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。判断系统稳定性的方法有多种，常用的有劳斯判据、奈奎斯特判据等。对于一阶和二阶系统，可以通过其特征方程的根来判断稳定性。3.PID控制规律是比例（P）、积分（I）、微分（D）控制规律的组合。比例控制作用是根据偏差的大小成比例地输出控制量，能快速响应偏差，但有稳态误差；积分控制作用是对偏差进行积分，能消除稳态误差，但控制不及时；微分控制作用是根据偏差的变化率输出控制量，能抑制偏差的变化，提高系统的响应速度。4.串级控制系统的优点有：改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；对二次干扰有很强的克服能力；提高了对一次扰动的克服能力和对回路常数变化的自适应能力。计算题答案：略分析题答案：1.该温度控制系统的工作原理是：热电偶将温度信号转换为电信号，经放大器放大后送给控制器。控制器采用PID控制算法，根据温度设定值与实际测量值的偏差计算控制量，控制加热器的加热功率，从而实现对反应温度的控制。2.反应温度波动较大可能的原因有：热电偶损坏或性能下降；放大器故障；PID控制器参数设置不合理；加热器性能不稳定；外界干扰较大等。3.调整PID控制器参数提高系统控制性能的方法：增大比例系数Kp可加