2025年大学四年级（自动化）过程控制综合试题及答案.doc

2025年大学四年级（自动化）过程控制综合试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第 I 卷（选择题，共30分）
请将正确答案的序号填在括号内。（总共10题，每题3分）
1. 过程控制系统中，被控对象的输出变量是（ ）。
A. 操纵变量 B. 被控变量 C. 干扰变量 D. 设定值
2. 以下哪种控制规律能有效消除系统的稳态误差？（ ）
A. P控制 B. PI控制 C. PD控制 D. PID控制
3. 对于一阶惯性环节，其时间常数T越大，系统响应（ ）。
A. 越快 B. 越慢 C. 不变 D. 先快后慢
4. 串级控制系统中，主控制器的输出作为（ ）。
A. 主变量 B. 副变量 C. 主控制器的设定值 D. 副控制器的设定值
5. 前馈控制系统主要用于克服（ ）干扰。
A. 可测不可控 B. 不可测不可控 C. 可测可控 D. 不可测可控
6. 比例度δ对控制系统过渡过程的影响是（ ）。
A. δ越小，系统越稳定 B. δ越大，系统越稳定
C. δ适中时系统稳定性最好 D. δ与系统稳定性无关
7. 积分时间TI对控制系统过渡过程的影响是（ ）。
A. TI越小，积分作用越强，消除稳态误差越快
B. TI越大，积分作用越强，消除稳态误差越快
C. TI越小，积分作用越弱，消除稳态误差越慢
D. TI与积分作用及消除稳态误差无关
8. 微分时间TD对控制系统过渡过程的影响是（ ）。
A. TD越大，微分作用越强，系统响应越快
B. TD越大，微分作用越弱，系统响应越快
C. TD越小，微分作用越强，系统响应越快
D. TD与微分作用及系统响应无关
9. 均匀控制系统的目的是（ ）。
A. 使两个变量都保持不变 B. 使两个变量缓慢变化
C. 使两个变量快速变化 D. 只控制一个变量
10. 当系统的传递函数为G(s)=1/(Ts + 1)时，其对数频率特性的渐近线在低频段的斜率为（ ）。
A. 0dB/dec B. -20dB/dec C. -40dB/dec D. -60dB/dec

第 II 卷（非选择题，共70分）
1. 简答题（总共2题，每题10分）
（1）简述过程控制系统的组成及各部分的作用。
（2）说明PID控制中比例、积分、微分控制规律的特点及适用场合。
2. 计算题（总共2题，每题15分）
（1）已知某控制系统的传递函数为G(s)=10/(s² + 6s + 10)，求其单位阶跃响应。
（2）某温度控制系统，采用PI控制，比例度δ=50%，积分时间TI=1min，初始时系统处于稳态，t = 0时，输入突然增加5℃，求系统的响应表达式。
3. 分析题（总共1题，每题20分）
某流量控制系统，采用单回路PID控制。在运行过程中，发现系统的响应速度较慢，且存在稳态误差。请分析可能的原因，并提出改进措施。
4. 设计题（总共1题，每题15分）
有一化学反应过程，要求对反应温度进行精确控制。已知该反应过程存在较大的干扰，且对温度控制精度要求较高。请设计一个合适的过程控制系统，说明系统的组成、控制方案及各部分的作用。
材料：该化学反应过程在一定温度范围内进行，温度过高会导致反应失控，温度过低则会影响反应速率和产物质量。

5. 综合题（总共1题，每题20分）
在一个液位控制系统中，被控对象为一个水箱，液位高度h与流入流量qi和流出流量qo之间的关系为：A(dh/dt)=qi - qo，其中A为水箱截面积。采用PI控制，比例度δ和积分时间TI已知。当流入流量突然增加Δqi时，分析系统的动态响应过程，并说明PI控制如何使液位恢复到设定值。
材料：液位控制系统的设定值为h0，初始时液位处于设定值，流入流量和流出流量保持平衡。

答案：1. B 2. B 3. B 4. D 5. A 6. C 7. A 8. A 9. B 10. B
简答题：（1）过程控制系统由被控对象、测量元件与变送器、控制器、执行器组成。被控对象是被控制的生产过程或设备；测量元件与变送器将被控变量转换为标准信号；控制器根据测量信号与设定值比较产生控制信号；执行器根据控制信号改变操纵变量。（2）比例控制作用及时、反应快，能迅速克服干扰影响，但存在稳态误差，适用于干扰较小、对稳态精度要求不高的场合。积分控制能消除稳态误差，但控制作用缓慢，易使系统产生振荡，常用于有较大稳态误差的系统。微分控制能改善系统动态性能，加快响应速度，对抑制高频干扰有较好效果，常用于对象容量滞后较大、负荷变化频繁的系统。
计算题：（1）先将传递函数化为标准形式，再通过拉普拉斯变换和反变换求解单位阶跃响应。（2）根据PI控制规律建立微分方程，求解得到系统的响应表达式。
分析题：响应速度慢可能是比例度太大、积分时间太长或系统增益过小等原因。稳态误差可能是积分作用不足或系统存在较大干扰。改进措施可适当减小比例度、缩短积分时间、增大系统增益，或增加前馈控制等。
设计题：可采用串级控制系统，主回路控制反应温度，副回路控制影响温度的主要干扰。主控制器根据温度测量值与设定值比较输出控制信号给副控制器，副控制器根据干扰测量值调整操纵变量，如调节加热或冷却介质的流量。
综合题：流入流量增加使液位上升，PI控制器根据液位偏差进行控制。比例作用使控制器输出立即增加，抑制液位上升；积分作用逐渐积累控制信号，最终使液位恢复到设定值。具体动态响应过程可通过求解液位变化的微分方程分析。