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2025年大学自动化（自动化技术研发）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：以下每题有四个选项，其中只有一个选项是正确的，请将正确选项的序号填在括号内。(总共10题，每题3分)
1. 反馈控制系统中，若要提高系统的响应速度，可采取的措施是（ ）
A. 增大比例系数
B. 减小比例系数
C. 增大积分时间常数
D. 增大微分时间常数
2. 对于一阶系统，其时间常数T越大，则系统的响应速度（ ）
A. 越快
B. 越慢
C. 不变
D. 先快后慢
3. 以下哪种控制算法不属于智能控制（ ）
A. 模糊控制
B. 神经网络控制
C. 比例积分微分控制
D. 专家控制
4. 在PID控制中，积分作用主要用于消除（ ）
A. 系统稳态误差
B. 系统动态误差
C. 系统超调量
D. 系统振荡
5. 自动控制系统的基本性能要求不包括（ ）
A. 稳定性
B. 快速性
C. 准确性
D. 智能性
6. 线性定常系统的传递函数取决于（ ）
A. 系统的结构和参数
B. 输入信号
C. 输出信号
D. 初始条件
7. 以下哪种传感器不属于位置传感器（ ）
A. 光电编码器
B. 光栅尺
C. 应变片
D. 磁栅
8. 对于一个离散系统，其采样周期T的选择对系统性能的影响是（ ）
A. T越大，系统性能越好
B. T越小，系统性能越好
C. T适中时系统性能最佳
D. T与系统性能无关
9. 状态空间表达式中的状态变量个数等于（ ）
A. 输入变量个数
B. 输出变量个数
C. 系统的阶数
D. 系统的维数
10. 以下哪种控制器适用于纯滞后系统（ ）
A. PID控制器
B. 史密斯预估器
C. 模糊控制器
D. 神经网络控制器

第II卷（非选择题 共70分）
11. （10分）简述自动控制系统的组成部分及其作用。
12. （15分）已知某二阶系统的传递函数为G(s)=4/(s² + 2s + 4)，求该系统的自然频率ωn、阻尼比ζ，并判断系统的稳定性。
13. （15分）在一个温度控制系统中，采用PID控制器。已知系统的误差e(t) = 10 - y(t)，其中y(t)为系统的输出温度。比例系数Kp = 2，积分时间常数Ti = 0.5，微分时间常数Td = 0.1。当t = 0时，y(0) = 0，求t = 1时控制器的输出u(t)。
14. （15分）材料：在工业生产中，常常需要对电机进行调速控制。传统的调速方法存在效率低、精度不高等问题。随着自动化技术的发展，采用先进的调速算法和智能控制技术可以有效提高电机调速的性能。
问题：请分析采用自动化技术对电机进行调速控制的优势，并举例说明一种常用的电机调速算法及其原理。
15. （15分）材料：自动化生产线中，机器人的应用越来越广泛。机器人需要准确地执行各种任务，如抓取、搬运、装配等。这就要求机器人具备精确的定位和运动控制能力。
问题：请阐述机器人实现精确运动控制的关键技术，并说明如何通过传感器和控制系统来保证机器人的定位精度。

答案：
1. A
2. B
3. C
4. A
5. D
6. A
7. C
8. C
9. C
10. B
11. 自动控制系统主要由被控对象、测量元件、控制器和执行元件组成。被控对象是系统要控制的对象；测量元件用于测量被控量并将其反馈给控制器；控制器根据测量值与给定值的偏差进行控制运算并输出控制信号；执行元件则根据控制信号对被控对象施加控制作用，使被控量达到预期值。
12. 由传递函数G(s)=4/(s² + 2s + 4)可知，ωn² = 4，所以ωn = 2；2ζωn = 2，可得ζ = 0.5。因为ζ = 0.5＞0，所以系统稳定。
13. 首先求比例项：up = Kp×e(0) = 2×(10 - 0) = 20。积分项：ui = Kp/Ti×∫e(t)dt = 2/0.5×∫(10 - y(t))dt = 4×∫(10 - 0)dt = 40t（t = 1时，ui = 40）。微分项：ud = Kp×Td×de(t)/dt = 2×0.1×(0 - 0) = 0。所以u(t) = up + ui + ud = 20 + 40 + 0 = 60。
14. 优势：提高调速效率，减少能源浪费；提升调速精度，满足生产工艺要求；增强系统的可靠性和稳定性。常用算法如变频调速算法，原理是通过改变电机供电电源的频率来改变电机的转速。根据电机转速公式n = 60f/p（n为转速，f为频率，p为极对数），调节频率f即可实现调速。
15. 关键技术包括精确的运动学模型、先进的控制算法、高精度的传感器技术等。通过激光位移传感器、编码器等传感器实时获取机器人的位置信息，并将其反馈给控制系统。控制系统根据反馈信息，利用控制算法对机器人的运动进行调整，从而保证机器人的定位精度。