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2025年大学自动化控制（系统设计）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8题，每题5分。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 以下关于自动化控制系统的说法，正确的是（ ）
A. 开环控制系统没有反馈环节
B. 闭环控制系统的精度一定高于开环控制系统
C. 复合控制系统是开环与闭环控制系统的简单相加
D. 前馈控制系统能完全消除干扰的影响
2. 对于一个二阶系统，其传递函数为G(s)=4/(s² + 2s + 4)，则该系统的自然频率ωn为（ ）
A. 1
B. 2
C. 4
D. 8
3. 在PID控制器中，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. 改善系统的稳定性
D. 减小系统的超调量
4. 以下哪种控制算法不属于智能控制算法（ ）
A. 模糊控制
B. 神经网络控制
C. 自适应控制
D. 比例控制
5. 若系统的传递函数为G(s)=(s + 1)/(s² + 3s + 2)，则其零点为（ ）
A. -1
B. -2
C. -1和-2
D. 无零点
6. 线性定常系统的稳定性取决于（ ）
A. 系统的输入信号
B. 系统的结构和参数
C. 系统的初始状态
D. 以上都不对
7. 对于一个单位负反馈系统，其开环传递函数为G(s)=10/(s(s + 5))，则系统的闭环传递函数为（ ）
A. 10/(s² + 5s +
10)
B. 10/(s² + 5s)
C. s(s + 5)/10
D. (s² + 5s + 10)/10
8. 以下关于传感器的说法，错误的是（ ）
A. 传感器是自动化控制系统的输入环节
B. 传感器的精度直接影响系统的控制精度
C. 所有传感器的输出信号都是电信号
D. 传感器能将被测量转换为与之有一定关系的电量输出

第II卷（非选择题，共60分）
9. （10分）简述自动化控制系统的基本组成部分及其作用。
10. （15分）已知系统的传递函数G(s)=20/(s² + 4s + 20)，求系统 的阻尼比ζ、自然频率ωn、峰值时间tp、超调量σ%。
11. （15分）设计一个简单的温度控制系统，要求采用PID控制器，画出系统的结构框图，并说明各部分的作用。
12. （10分）材料：在某自动化生产线上，需要对产品的尺寸进行精确控制。现有一个测量产品尺寸的传感器，其输出信号存在一定的噪声干扰。
问题：请提出一种有效的方法来减小传感器噪声对尺寸控制精度的影响。
13. （20分）材料：某控制系统的开环传递函数为G(s)=K/(s(s + 1)(s + 2))。
问题：
（1）当K=10时，判断系统的稳定性。
（2）若要使系统稳定，求K的取值范围。

答案：1. A 2. B 3. B 4. D 5. A 6. B 7. A 8. C
9. 自动化控制系统基本组成部分包括控制器、执行器、被控对象和传感器。控制器根据输入信号和反馈信号产生控制信号；执行器将控制信号转换为对被控对象的操作；被控对象是被控制的设备或过程；传感器检测被控对象的输出并反馈给控制器。
10. 由传递函数G(s)=20/(s² + 4s + 20)，可得ωn² = 20，ωn = 2√5；2ζωn = 4，ζ = 1/√5。峰值时间tp = π/ωd = π/(ωn√(1 - ζ²)) = π/(2√5×2/√5) = π/4。超调量σ% = e^(-ζπ/√(1 - ζ²))×100% = e^(-π/4)×10% ≈ 25.4%。
11. 温度控制系统结构框图：传感器检测温度反馈给PID控制器，控制器根据偏差计算控制信号，驱动执行器（如加热或制冷设备）调节温度。传感器用于测量温度，PID控制器调节控制精度，执行器实现温度调节。（此处可简单手绘框图辅助理解）
12. 可采用数字滤波方法，如均值滤波。对传感器多次采样信号进行平均，可有效减小随机噪声影响。也可采用硬件滤波电路，如低通滤波器，滤除高频噪声。还可利用软件算法对噪声进行估计和补偿，提高尺寸控制精度。
13. （1）系统特征方程为s(s + 1)(s + 2)+10 = 0，即s³ + 3s² + 2s + 10 = 0。利用劳斯判据，第一列元素有负数，系统不稳定。（2）令特征方程各项系数均为正，可得K＜6，即0＜K＜6时系统稳定。