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2026年自动化设计（自动化控制）考题及答案

（考试时间：90分钟 满分：100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共40分》
题目要求：本题共20小题道，每小题2分，共40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。在答题纸上将所选项的字母涂黑。

1. 自动化控制系统中，反馈环节的主要作用是
A. 对输入信号进行处理
B. 将输出信号送回到输入端
C. 提高系统的稳定性
D. 改变系统的传递函数
答案：B

2. 以下哪种控制方式不属于闭环控制
A. 比例控制
B. 前馈控制
C. 积分控制
D. 微分控制
答案：B

3. 自动化系统中，被控对象是指
A. 执行控制任务的装置
B. 接受控制信号的装置
C. 被控制的生产过程或设备
D. 产生控制信号的装置
答案：C

4. 传递函数的分母多项式的根称为系统的
A. 零点
B. 极点
C. 增益
D. 带宽
答案：B

5. 一阶系统的时间常数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
答案：B

6. 二阶系统的阻尼比ζ=0时，系统的响应为
A. 无阻尼振荡
B. 临界阻尼
C. 过阻尼
D. 欠阻尼
答案：A

7. 对于一个稳定的控制系统，其开环传递函数的极点必须
A. 全部位于右半平面
B. 全部位于左半平面
C. 有部分位于右半平面
D. 有部分位于虚轴上
答案：B

8. 以下哪种控制器可以消除系统的稳态误差
A. 比例控制器
B. 积分控制器
C. 微分控制器
D. 比例积分控制器
答案：B

9. 自动化控制系统中，采样周期T的选择原则不包括
A. 满足香农采样定理
B. 考虑系统的响应速度
C. 与被控对象的特性无关
D. 考虑系统的计算负担
答案：C

10. 在数字控制系统中，常用的数字控制器设计方法不包括
A. 离散化设计法
B. 状态空间设计法
C. 频率响应设计法
D. 模拟设计法
答案：D

11. 自动化系统中，传感器的作用是
A. 产生控制信号
B. 执行控制任务
C. 检测被控对象的状态
D. 对控制信号进行放大
答案：C

12. 以下哪种传感器不属于有源传感器
A. 热电偶
B. 应变片
C. 压电传感器
D. 霍尔传感器
答案：B

13. 自动化控制系统中，执行器的作用是
A. 检测被控对象的状态
B. 产生控制信号
C. 执行控制任务
D. 对控制信号进行处理
答案：C

14. 以下哪种执行器不属于电动执行器
A. 直流电动机
B. 交流电动机
C. 气动薄膜调节阀
D. 步进电动机
答案：C

15. 自动化系统中，PID控制器的参数整定方法不包括
A. 经验法
B. 临界比例度法
C. 衰减曲线法
D. 随机试探法
答案：D

16. 自动化控制系统的性能指标不包括
A. 稳定性
B. 快速性
C. 准确性
D. 复杂性
答案：D

17. 对于一个二阶系统，当阻尼比ζ在什么范围内时，系统的响应呈现欠阻尼状态
A. ζ<0
B. 0<ζ<1
C. ζ=1
D. ζ>1
答案：B

18. 自动化系统中，开环控制系统的特点是
A. 系统稳定性好
B. 存在反馈环节
C. 抗干扰能力强
D. 结构简单
答案：D

19. 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
答案：D

20. 自动化控制系统中，信号调理电路的作用是
A. 对传感器输出信号进行放大、滤波等处理
B. 产生控制信号
C. 执行控制任务
D. 对被控对象进行控制
答案：A

第II卷（非选择题 共60分）
答题要求：请将答案写在答题纸上，写在试卷上无效。

二、填空题（本题共10小题，每空1分，共10分）
21. 自动化控制系统主要由______、______、______和______组成。
答案：控制器、被控对象、传感器、执行器

22. 传递函数是在______条件下，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。
答案：零初始

23. 一阶系统的单位阶跃响应的表达式为______。
答案：y(t)=1 - e^(-t/T)

24. 二阶系统的特征方程为______。
答案：a2s2 + a1s + a0 = 0

25. 系统的稳定性是指系统在受到______作用后，能够恢复到原来平衡状态的能力或者趋于某一稳定状态的能力。
答案：扰动

2,6. 比例控制器的控制规律是输出与输入成______。
答案：比例关系

27. 积分控制器的作用是消除系统______。
答案：稳态误差

28. 微分控制器的作用是反映输入信号的______。
答案：变化率

29. 数字控制系统中，常用的数字滤波方法有______、______等。
答案：算术平均滤波、中值滤波

30. 自动化控制系统的发展趋势包括______、______、______等。
答案：智能化、网络化、集成化

三、简答题（本题共4小题，每小题5分，共20分）
31. 简述自动化控制系统的工作原理。
答案：自动化控制系统利用传感器检测被控对象的状态，将检测到的信号传送给控制器。控制器根据预先设定的控制策略对输入信号进行处理，产生控制信号。控制信号作用于执行器，执行器驱动被控对象，使其按照预期的要求运行，同时通过反馈环节将被控对象的实际运行状态反馈回控制器，形成闭环控制，以保证系统的稳定性、准确性和快速性。

32. 什么是系统的传递函数？它有哪些特点？
答案：传递函数是在零初始条件下，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。特点：只取决于系统本身的结构和参数，与输入信号无关；可以反映系统的动态特性；传递函数的分母决定了系统的稳定性；传递函数可以进行运算和化简，便于分析和设计系统。

33. 简述PID控制器的工作原理。
答案：PID控制器由比例、积分、微分三个环节组成。比例环节根据偏差的大小成比例地输出控制信号，以快速响应偏差；积分环节对偏差进行积分，消除系统的稳态误差；微分环节根据偏差的变化率产生控制信号，以改善系统的动态响应。通过这三个环节的协同作用，使系统达到较好的控制性能。

34. 简述传感器的分类方法。
答案：传感器可按工作原理分类，如电阻式、电容式、电感式等；按被测量分类，如温度传感器、压力传感器、位移传感器等；按输出信号分类，如模拟传感器、数字传感器；按能量转换关系分类，有源传感器和无源传感器；按测量方式分类，接触式传感器和非接触式传感器等。

四、分析题（本题共2小题，每小题15分，共30分）
材料：有一个自动化温度控制系统，采用PID控制器。系统的被控对象是一个加热炉，传感器检测加热炉的温度并将信号传送给控制器，控制器根据设定温度与实际温度的偏差调整加热功率，执行器为电加热器。

35. 分析当加热炉温度上升过快时，PID控制器各环节将如何调整控制信号。
答案：当加热炉温度上升过快时，说明实际温度与设定温度的偏差增大且偏差变化率也较大。比例环节会根据偏差增大输出一个较大的控制信号，使电加热器功率减小。积分环节由于偏差的存在会持续积分，输出信号逐渐增大，进一步减小电加热器功率。微分环节根据偏差变化率大，输出一个较大的反向控制信号，快速抑制温度上升，综合三个环节的作用，使加热炉温度趋于稳定。

材料：一个二阶系统，其传递函数为G(s)=4/(s2 + 2s + 4)。

36. 分析该系统的稳定性、快速性和准确性。
答案：对于该二阶系统，首先求其特征方程s2 + 2s + 4 = 0，解得特征根为s = -1 ± j√3。由于特征根实部为负，所以系统是稳定 的。系统的自然频率ωn = 2，阻尼比ζ = 0.5。快速性方面，有一定的响应速度。准确性上，由于存在阻尼，系统会有一定稳态误差。通过调整参数可以进一步改善系统的性能，比如增大增益可减小稳态误差，但可能影响稳定性，需要综合考虑各方面因素来优化系统性能以满足实际需求。

五、设计题（本题10分）
37. 设计一个简单的自动化液位控制系统，要求画出系统框图，并简要说明各组成部分的作用。
答案：系统框图：传感器→控制器→执行器→被控对象（液位容器）。传感器用于检测液位高度并将信号传送给控制器。控制器根据设定液位与实际液位的偏差进行处理，产生控制信号。执行器根据控制信号调节液位，比如通过水泵抽水或排水。这样形成闭环控制，使液位保持在设定值。