2025年大学自动化控制（自动化控制技术）试题及答案.doc

2025年大学自动化控制（自动化控制技术）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8小题，每小题5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. 反馈控制系统能抑制干扰的根本原因是（ ）
A. 系统有负反馈 B. 系统有放大环节 C. 系统有积分环节 D. 系统有微分环节
2. 二阶系统的传递函数为G(s)=4/(s²+2s+4)，其阻尼比ζ为（ ）
A. 0.5 B. 1 C. 2 D. 4
3. 若某系统的传递函数为G(s)=10/(s+1)(s+2)，则其零点为（ ）
A. -1 B. -2 C. 无零点 D. 1和2
4. 单位阶跃响应的稳态值与系统的（ ）有关。
A. 开环增益 B. 闭环增益 C. 零点 D. 极点
5. 控制系统的稳定性取决于（ ）
A. 系统的结构和参数 B. 输入信号大小 C. 是否有干扰 D. 初始条件
6. 比例环节的传递函数是（ ）
A. K B. K/s C. s/K D. 1/K
7. 积分环节的输出信号与输入信号的（ ）成正比。
A. 幅值 B. 频率 C. 积分 D. 微分
8. 微分环节的输出信号反映了输入信号的（ ）
A. 幅值变化 B. 频率变化 C. 变化速度 D. 积分值

第II卷（非选择题，共60分）
9. （10分）简述自动控制系统的基本组成部分及其作用。
10. （15分）已知系统的传递函数G(s)=5/(s²+3s+5)，求其阻尼比ζ、无阻尼自然频率ωn，并判断系统的稳定性。
11. （15分）画出比例-积分-微分（PID）控制器控制直流电动机转速的控制系统原理图，并说明各环节的作用。
12. （10分）材料：在一个温度控制系统中，采用热电偶作为温度传感器，测量到的温度信号经过放大器放大后，送入PID控制器进行控制，控制加热设备的功率，以保持温度恒定。
问题：请分析该温度控制系统中传感器、放大器、PID控制器和加热设备分别属于系统的哪一部分，以及它们的作用。
13. （20分）材料：某液位控制系统，要求液位保持在一定高度。系统采用浮球式液位传感器检测液位，当液位低于设定值时，通过控制器控制水泵向容器注水；当液位高于设定值时，控制器控制排水阀排水。
问题：
（1）画出该液位控制系统的原理图。
（2）说明该系统中各组成部分的作用。
（3）分析该系统是开环控制系统还是闭环控制系统，并说明理由。

答案：1. A 2. A 3. C 4. A 5. A 6. A 7. C 8. C
9. 自动控制系统主要由被控对象、测量元件、比较元件、控制器和执行元件组成。被控对象是要进行控制的设备或过程；测量元件用于检测被控量；比较元件将测量元件检测到的被控量与给定值进行比较；控制器根据比较结果产生控制信号；执行元件根据控制信号对被控对象施加控制作用。
10. 对于传递函数G(s)=5/(s²+3s+5)，ωn²=5，ωn=√5，2ζωn=3，ζ=3/(2√5)≈0.67。因为ζ>0且ωn>0，所以系统稳定。
11. 原理图：给定转速信号与实际转速信号比较后送入PID控制器，PID控制器输出控制信号驱动功率放大器，功率放大器控制直流电动机转速。比例环节能快速响应偏差信号，积分环节消除稳态误差，微分环节改善系统动态性能。
12. 传感器（热电偶）属于测量元件，作用是将温度信号转换为电信号；放大器属于放大环节，增强信号幅值；PID控制器属于控制器，根据偏差调整控制信号；加热设备属于执行元件，根据控制信号改变功率以控制温度。
13. （1）原理图：浮球式液位传感器检测液位，信号传至控制器，控制器根据液位情况控制水泵和排水阀。（2）浮球式液位传感器检测液位；控制器根据液位信号控制水泵注水或排水阀排水；水泵用于注水，排水阀用于排水。（3）该系统是闭环控制系统，因为系统通过检测液位反馈给控制器来调整注水或排水操作，形成了闭环控制。