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2025年高职化工自动化技术（化工自动化控制）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）
答题要求：本卷共20小题，每小题2分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 化工自动化控制中，反馈控制的核心是
A. 检测偏差并纠正偏差
B. 直接控制被控对象
C. 对给定值进行跟踪
D. 对干扰进行补偿
答案：A

2. 以下哪种控制规律能有效消除系统的稳态误差
A. 比例控制
B. 积分控制
C. 微分控制
D. 比例积分控制
答案：B

3. 被控对象的特性不包括以下哪一项
A. 滞后特性
B. 惯性特性
C. 比例特性
D. 纯滞后特性
答案：C

4. 调节阀的流量系数Kv值越大，说明调节阀
A. 流量调节能力越强
B. 流量调节能力越弱
C. 对流体的阻力越大
D. 对流体的阻力越小
答案：A

5. 以下哪种传感器常用于测量压力
A. 热电偶
B. 热电阻
C. 应变片
D. 压力传感器
答案：D

6. 自动控制系统中，控制器的输出信号是
A. 测量值
B. 给定值
C. 偏差值
D. 控制信号
答案：D

7. 前馈控制的主要作用是
A. 克服干扰对被控变量的影响
B. 消除系统稳态误差
C. 改善系统动态性能
D. 提高系统稳定性
答案：A

8. 以下哪种控制方式不属于按给定值信号分类的
A. 定值控制
B. 随动控制
C. 程序控制
D. 反馈控制
答案：D

9. 化工自动化控制中，PID控制器的三个参数是
A. 比例、积分、微分
B. 比例、增益、积分
C. 比例、积分、时间常数
D. 比例、微分、时间常数
答案：A

10. 被控变量的选择原则不包括
A. 反映工艺过程的关键变量
B. 可测量且测量滞后小
C. 与其他变量关联大
D. 易于控制
答案：C

11. 执行器的作用是
A. 接受控制信号并对被控对象施加控制作用
B. 测量被控变量
C. 产生给定值
D. 计算偏差
答案：A

12. 以下哪种仪表可用于显示测量值
A. 控制器
B. 变送器
C. 显示器
D. 调节阀
答案：C

13. 自动化控制系统中，干扰作用的方向与设定值变化方向
A. 相同
B. 相反
C. 无关
D. 有时相同有时相反
答案：C

14. 控制系统的过渡过程不包括以下哪种形式
A. 发散振荡
B. 等幅振荡
C. 衰减振荡
D. 非周期衰减
答案：B

15. 以下哪种方法可用于提高控制系统的稳定性
A. 增大比例系数
B. 减小积分时间
C. 增加微分时间
D. 降低控制器增益
答案：D

16. 流量测量中，常用的流量计是
A. 液位计
B. 压力计
C. 孔板流量计
D. 温度计
答案：C

17. 自动化控制系统中，被控对象的数学模型不包括
A. 参数模型
B. 非参数模型
C. 状态空间模型
D. 物理模型
答案：D

18. 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. PID控制
D. 遗传算法控制
答案：C

19. 控制系统的精度主要取决于
A. 控制器的性能
B. 传感器的精度
C. 执行器的精度
D. 以上都包括
答案：D

20. 化工自动化控制中，过程控制系统的性能指标不包括
A. 稳定性
B. 准确性
C. 快速性
D. 复杂性
答案：D

第II卷（非选择题，共60分）

（一）填空题（每题2分，共10分）
答题要求：请在每题的横线上填上正确的答案。

1. 化工自动化控制的主要任务是使生产过程在各种干扰作用下，能自动地按照预定的______进行。
答案：工艺指标

2. 控制系统的稳定性是指系统受到干扰作用后，其被控变量偏离______后，经过一段时间能自动恢复到原来或接近原来的状态。
答案：给定值

3. 比例控制的特点是反应______，控制及时，但存在稳态误差不能消除。
答案：快

4. 调节阀的流量特性有______流量特性、等百分比流量特性等。
答案：直线

5. 自动化控制系统中，______是将被控变量的测量值与给定值进行比较，得出偏差信号的环节。
答案：比较环节

（二）简答题（每题5分，共20分）
答题要求：简要回答问题，语言要简洁明了。

1. 简述反馈控制的工作原理。
答案：反馈控制是根据被控变量的测量值与给定值的偏差来进行控制的。当被控变量偏离给定值时，测量元件检测出偏差信号，控制器根据偏差的大小和方向，按照一定的控制规律产生控制信号，驱动执行器动作，改变被控对象的输入，从而使被控变量回到给定值附近。

2. 什么是被控对象的特性？包括哪些方面？
答案：被控对象的特性是指被控对象输入与输出之间的关系。包括滞后特性，即输出变量的变化落后于输入变量的变化；惯性特性，即被控对象对输入信号的变化有一定的惯性；纯滞后特性，即输出变量的变化在时间上有一个延迟。

3. 简述PID控制器中比例、积分、微分控制作用的特点。
答案：比例控制作用反应快，能迅速克服干扰影响，使系统输出快速变化，但存在稳态误差；积分控制作用能消除稳态误差，使系统输出最终达到给定值，但控制作用缓慢，可能使系统响应速度变慢；微分控制作用能根据偏差变化速度提前动作，改善系统动态性能，抑制振荡，但对稳态误差无作用。

4. 自动化控制系统中，执行器的选择应考虑哪些因素？
答案：应考虑的因素有：执行器的类型，如气动、电动、液动执行器，根据工艺要求和现场条件选择；流量系数，要满足工艺过程对流量调节的要求；工作压力和温度范围，确保能在系统规定的工况下正常工作；可靠性和安全性，保证长期稳定运行且无安全隐患；此外还要考虑与控制系统的匹配性等。

（三）分析题（每题10分，共20分）
答题要求：结合所学知识，对给定的问题进行分析解答。

1. 某化工生产过程中，采用了一个简单的液位控制系统。当液位出现波动时，发现控制系统的调节效果不理想，液位波动较大。请分析可能出现的原因及解决措施。
答案：可能原因：控制器参数设置不合理，如比例系数过小，导致控制作用弱；调节阀口径选择不当，流量调节能力不足；液位测量仪表不准确，反馈信号有误；系统存在其他干扰未被有效克服。解决措施：重新调整控制器参数，增大比例系数等；检查调节阀，更换合适口径的调节阀；校准液位测量仪表；排查系统其他干扰源，采取相应措施消除干扰，如增加前馈控制等。

2. 画出一个简单的单回路反馈控制系统的方块图，并说明各环节的作用。
答案：方块图包括给定值环节，产生被控变量的设定值；测量变送环节，检测被控变量并转换为统一标准信号；比较环节，将测量值与给定值比较得出偏差；控制器，根据偏差按控制规律产生控制信号；执行器，接受控制信号对被控对象施加控制作用；被控对象，在控制作用下输出被控变量。

（四）材料分析题（每题10分，共10分）
答题要求：阅读给定材料，回答后面的问题。

材料：在某化工生产线上，有一个反应釜温度控制系统。该系统采用PID控制器，反应釜内的温度通过热电偶测量，测量信号经变送器转换后送入控制器。一段时间后，发现反应釜温度波动较大，超出了工艺要求范围。经检查，热电偶和变送器工作正常，控制器参数也没有明显变化。

问题：请分析可能导致温度波动大的原因，并提出改进措施。
答案：可能原因：反应釜存在较大的热干扰，如进料温度不稳定、搅拌不均匀等，导致热量传递不均匀，影响温度控制；PID控制器的积分时间设置不当，积分作用过强或过弱，不能有效消除温度偏差。改进措施：对进料进行预处理，确保进料温度稳定；优化搅拌装置，使反应釜内物料搅拌均匀；重新调整PID控制器的积分时间，根据实际情况适当增强或减弱积分作用，以更好地消除温度偏差，稳定反应釜温度。

（五）设计题（10分）
答题要求：根据题目要求，设计一个简单的自动化控制系统。

设计一个用于控制水箱水位的自动化控制系统，要求当水位低于下限值时，水泵自动启动向水箱注水；当水位高于上限值时，水泵自动停止。画出控制系统的原理图，并说明各组成部分的作用。
答案：原理图：包括水箱（被控对象）、水位传感器（测量变送环节）、控制器、继电器（执行器）、水泵。水位传感器检测水箱水位，将水位信号转换为电信号传送给控制器；控制器根据水位信号与给定的上下限水位值比较，当水位低于下限值时发出启动信号，高于上限值时发出停止信号；继电器根据控制器信号控制水泵的启动和停止。