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2025年大学自动化（自动化理论）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）
请将答案填在下列表格中（此表格不用呈现，仅为示意答题方式）：
|题号|1|2|3|4|5|6|
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|答案| | | | | | |

（总共6题，每题5分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填在上面示意的表格中）

1. 自动化系统中，能够对被控对象的状态进行实时监测并将其反馈给控制器的环节是（ ）
A. 被控对象 B. 测量变送环节 C. 控制器 D. 执行器
2. 以下哪种控制算法不属于传统的PID控制范畴（ ）
A. 比例控制 B. 模糊控制 C. 积分控制 D. 微分控制
3. 在自动控制系统的性能指标中，反映系统响应速度的是（ ）
A. 稳态误差 B. 超调量 C. 调节时间 D. 上升时间
4. 对于线性定常系统，其传递函数的分母多项式决定了系统的（ ）
A. 稳定性 B. 稳态性能 C. 动态性能 D. 输入输出关系
5. 下列哪种系统属于开环控制系统（ ）
A. 家用空调系统 B. 自动洗衣机 C. 交通信号灯定时控制系统 D. 数控机床
6. 自动化系统中，将给定值与反馈值进行比较以产生控制信号的环节是（ ）
A. 被控对象 B. 测量变送环节 C. 控制器 D. 比较环节

第 II 卷（非选择题 共70分）

7. （10分）简述自动化系统的组成部分及其功能。

8. （15分）分析比例、积分、微分控制作用对系统性能的影响。

9. （15分）已知某控制系统传递函数为G(s) = 10 / (s² + 5s +
6)，求该系统的极点，并判断系统的稳定性。

10. （20分）材料：某工业生产过程中，需要对温度进行精确控制。现采用一个简单的反馈控制系统，被控对象为加热炉，其传递函数为Gp(s) = 1 / (s(0.5s + 1))，控制器采用比例控制器，比例系数Kp = 2。给定值为50℃，初始温度为20℃。
问题：
（1）求出该系统的闭环传递函数。
（2）当系统达到稳态时，计算温度的稳态误差。

11. （20分）材料：在一个自动化流水生产线上，产品的装配过程需要多个环节协同工作。其中，装配环节1的操作时间服从正态分布N(10, 1)，装配环节2的操作时间服从正态分布N(12, 1.5)，且两个环节相互独立。
问题：
（1）求装配完成一个产品所需的总时间的均值和方差。
（2）若要求在15分钟内完成装配的概率达到95%，是否需要对生产流程进行优化？请说明理由。

答案：
1. B
2. B
3. D
4. A
5. C
6. D
7. 自动化系统主要由被控对象、测量变送环节、控制器、执行器等组成。被控对象是被控制的设备或过程；测量变送环节用于监测被控对象的状态并将其转换为适合控制器处理的信号；控制器根据测量信号与给定值比较产生控制信号；执行器根据控制信号对被控对象进行操作，以实现控制目标。
8. 比例控制能快速响应偏差，但存在稳态误差；积分控制可消除稳态误差，但会使系统响应速度变慢，超调量增大；微分控制能改善系统动态性能，减小超调量，加快响应速度，但对高频干扰敏感。
9. 由传递函数分母s² + 5s + 6 = 0，解得极点为s1 = -2，s2 = -3。因为极点均为负实数，所以系统稳定。
10.
（1）闭环传递函数为G(s) = KpGp(s) / (1 + KpGp(s)) = 2 / (s(0.5s + 1) + 2) = 2 / (0.5s² + s + 2)。
（2）稳态误差ess = 0，因为该系统为0型系统，在阶跃输入下，比例控制器能使系统最终无稳态误差。
11.
（1）总时间均值为10 + 12 = 22分钟，方差为1² + 1.5² = 3.25。
（2）设总时间为T，T服从正态分布N(22, 3.25)。计算P(T≤15)，通过标准正态分布变换Z = (T - 22) / √3.25，查标准正态分布表可得P(T≤15)的值远小于0.95，所以需要对生产流程进行优化，以提高在15分钟内完成装配的概率。