2025年大学过程装备与控制工程（过程装备控制）试题及答案.doc

2025年大学过程装备与控制工程（过程装备控制）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，请将正确答案的序号填在括号内。(总共8题，每题5分，每题只有一个选项符合题意)
w1. 过程装备控制中，反馈控制系统的核心是（ ）
A. 被控对象 B. 测量元件与变送器 C. 控制器 D. 执行器
w2. 以下哪种控制规律能有效消除余差（ ）
A. P控制 B. PI控制 C. PD控制 D. PID控制
w3. 某控制系统的传递函数为G(s)=1/(2s+1)，其时间常数为（ ）
A. 2 B. 1 C. 0.5 D. 0.25
w4. 对于一阶系统，当输入为单位阶跃信号时，其响应达到稳态值的（ ）所需的时间称为调整时间。
A. 50% B. 63.2% C. 95% D. 98%
w5. 调节阀的流量系数Kv值越大，说明调节阀的（ ）
A. 流量调节能力越强 B. 流量调节能力越弱 C. 阀芯尺寸越小 D. 允许压差越小
w6. 下列哪种传感器可用于测量压力（ ）
A. 热电偶 B. 热电阻 C. 应变片 D. 压电式传感器
w7. 自动控制系统按给定值信号的特点可分为（ ）
A. 定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统
B. 开环控制系统和闭环控制系统
C. 线性控制系统和非线性控制系统
D. 连续控制系统和离散控制系统
w8. 过程装备控制中，被控变量选择的原则不包括（ ）
A. 反映过程的主要特性 B. 可测性 C. 可控性 D. 随意性

第II卷（非选择题 共60分）
w9. （10分）简述过程装备控制中比例控制、积分控制和微分控制的作用及特点。

w简述过程装备控制中比例控制、积分控制微分控制的作用及特点。

比例控制作用是能迅速反应偏差，使系统输出朝着减小偏差方向变化。特点是控制作用及时，能减小偏差，但存在余差。积分控制作用是能消除余差，只要偏差存在，积分作用就不断积累。特点是消除余差，但控制作用不及时，可能使系统稳定性变差。微分控制作用是能根据偏差变化速度提前给出控制作用，加快系统响应速度。特点是能改善系统动态性能，但对恒定偏差无控制作用。

w10. （15分）已知某一阶系统的传递函数为G(s)=1/(Ts+1)，当输入为单位阶跃信号r(t)=1(t)时，求系统的响应y(t)。

已知某一阶系统的传递函数为G(s)=1/(Ts+1)，当输入为单位阶跃信号r(t)=1(t)时，求系统的响应y(t)。

首先，单位阶跃信号的拉氏变换R(s)=1/s。根据传递函数的定义，系统输出Y(s)=G(s)R(s)=1/(s(Ts + 1))。对其进行拉氏反变换，利用部分分式法将1/(s(Ts + 1))分解为1/s - T/(Ts + 1)。再分别进行拉氏反变换，可得y(t)=1 - e^(-t/T)。

w11. （15分）在一个温度控制系统中，被控对象的传递函数为G0(s)=1/(10s+1)，控制器采用比例控制，比例系数Kp=5，测量元件与变送器的传递函数为H(s)=1，执行器的传递函数为Gv(s)=1，求该控制系统的闭环传递函数，并分析其稳定性。

在一个温度控制系统中，被控对象的传递函数为G0(s)=1/(10s+)，控制器采用比例控制，比例系数Kp=5，测量元件与变送器的传递函数为H(s)=1，执行器的传递函数为Gv(s)=1，求该控制系统的闭环传递函数，并分析其稳定性。

闭环传递函数Φ(s)=G0(s)Gv(s)Kp/(G0(s)Gv(s)Kp + 1)。将G0(s)=1/(10s+1)，Gv(s)=1，Kp=5代入可得Φ(s)=5/(50s+6)。对于一阶系统，只要时间常数大于0，系统就是稳定的，这里50s+6中时间常数为50/6>0，所以该控制系统是稳定 的）

w12. （20分）材料：某化工生产过程中，需要对反应釜内的温度进行精确控制。已知反应釜内的温度变化会影响产品的质量和产量。现采用一个温度控制系统来实现对反应釜温度的控制。该系统包括温度传感器、控制器、调节阀和加热装置。温度传感器将反应釜内的温度信号转换为电信号传递给控制器，控制器根据设定值与测量值的偏差进行控制运算，输出控制信号给调节阀，调节阀调节加热装置的加热量，从而实现对反应釜温度的控制。

问题：
（1）请指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和干扰因素。
（2）若该系统采用PID控制，简述PID控制的工作原理及优点。

（1）被控对象：反应釜；被控变量：反应釜内的温度；操纵变量：加热装置的加热量；干扰因素：反应釜内的各种化学反应热等不确定因素影响温度。
（2）PID控制工作原理：比例部分根据偏差大小成比例输出控制信号，快速减小偏差；积分部分对偏差进行积分，消除余差；微分部分根据偏差变化速度提前作用。优点：能兼顾系统的稳定性、快速性和准确性，有效克服干扰，使系统达到较好的控制效果。

答案：
w1. C
w2. D
w3. C
w4. C
w5. A
w6. D
w7. A
w8. D