2025年大学本科三年级（自动化）控制系统设计测试题及答案.doc

2025年大学本科三年级（自动化）控制系统设计测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第 I 卷（选择题，共40分）
请将答案填写在题目后的括号内。每题4分，共10题。

w1：以下关于自动控制系统的基本组成部分，说法错误的是（ ）
A. 控制器是控制系统的核心，负责对输入信号进行处理并产生控制信号
B. 被控对象是控制系统中被控制的设备或过程
C. 测量元件用于检测被控量的实际值，并将其转换为与被控量有一定函数关系的信号输出
D. 执行元件只能根据控制信号直接改变被控对象的输出，不能对被控对象施加其他作用

w2：在控制系统中，反馈控制的作用是（ ）
A. 消除干扰对系统的影响
B. 提高系统的响应速度
C. 使系统输出跟随输入信号的变化
D. 以上都是

w3：对于一阶系统，其传递函数为G(s)=1/(Ts + 1)，当输入为单位阶跃信号时，系统的稳态误差为（ ）
A. 0
B. 1/T
C. T
D. 无穷大

w4：二阶系统的阻尼比ζ对系统性能的影响，以下说法正确的是（ ）
A. ζ越大，系统的超调量越大
B. ζ越小，系统的响应速度越快
C. ζ=0时，系统为无阻尼状态
D. ζ=1时，系统为临界阻尼状态

w5：PID控制器中，积分控制的作用是（ ）
A. 提高系统的稳定性
B. 消除系统的稳态误差
C. 加快系统的响应速度
D. 抑制系统的噪声干扰

w6：在控制系统的频域分析中，开环频率特性的低频段主要反映系统的（ ）
A. 稳态性能
B. 动态性能
C. 抗干扰能力
D. 响应速度

w7：根轨迹法中，根轨迹的起点是（ ）
A. 开环传递函数的极点
B. 开环传递函数的零点
C. 闭环传递函数的极点
D. 闭环传递函数的零点

w8：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

w9：在离散控制系统中，采样周期T的选择对系统性能有重要影响。一般来说，采样周期T的取值应（ ）
A. 越大越好
B. 越小越好
C. 根据系统的具体情况合理选择
D. 与系统的时间常数无关

w10：状态空间法中，状态方程描述了系统的（ ）
A. 输入与输出之间的关系
B. 状态变量与输入之间的关系
C. 状态变量与输出之间的关系
D..状态变量之间的关系

第 II 卷（非选择题，共60分）

w11：（10分）简述自动控制系统的分类方式，并举例说明。

w12：（12分）已知系统的传递函数G(s)=10/(s² + 2s + 10)，求系统的阻尼比ζ无阻尼自然频率ωn，并判断系统的稳定性。

w13：（12分）某控制系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s(s + 1)(s + 2))，试用根轨迹法确定使系统稳定的K值范围。

w14：（13分）材料：在一个温度控制系统中，被控对象是一个加热炉，其温度变化具有一定的惯性和滞后性。控制任务是将加热炉的温度稳定在设定值。现采用PID控制器进行控制。已知当前加热炉温度低于设定值，且温度变化速率较慢。
问题：请分析在这种情况下，PID控制器中比例、积分、微分控制作用应如何调整？

w15：（13分）材料：某自动化生产线中，需要对产品的尺寸进行精确控制。已知产品尺寸的测量值与设定值之间存在偏差，且偏差具有一定的随机性。
问题：请设计一个基于模糊控制的尺寸控制系统，说明模糊控制器的输入、输出变量，以及模糊规则的制定原则。

答案：
w1：D
w2：D
w3：A
w4：D
w5：B
w6：A
w7：A
w8：C
w9：C
w10：B
w11：自动控制系统可按多种方式分类。按控制原理可分为开环控制系统和闭环控制系统，如传统的洗衣机定时控制属于开环控制，而恒温空调系统属于闭环控制。按给定信号特征可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统，如路灯亮度的恒值控制、雷达跟踪目标的随动控制、工业生产中的顺序控制等。
w12：传递函数G(s)=10/s² + 2s + 10)，与标准二阶系统传递函数G(s)=ωn²/(s² + 2ζωn s + ωn²)对比，可得ωn² = 10，即ωn = √10；2ζωn = 2，ζ = 1/√10。因为ζ > 0，ωn > 0，所以系统稳定。
w13：开环传递函数G(s)H(s)=K/(s(s + 1)(s + 2))=K/(s³ + 3s² + 2s)，其特征方程为s³ + ３s² + 2s + K = 0。列劳斯表，根据劳斯判据，要使系统稳定，劳斯表第一列元素全为正。经计算可得使系统稳定的K值范围是0 < K < 6。
w14：在当前情况下，加热炉温度低于设定值且变化速率慢。比例控制作用应适当增大，以加快系统响应使温度快速上升。积分控制作用需增强，因为积分控制用于消除稳态误差，当前温度低于设定值，通过增强积分作用可使温度更接近设定值。微分控制作用可适当减小，由于温度变化速率慢，微分作用不需要太强。
w15：模糊控制器的输入变量可设为尺寸偏差e和偏差变化率ec。输出变量为控制量u。输入变量的论域可根据实际尺寸偏差范围和变化率范围确定。模糊规则制定原则：当偏差大且偏差变化率大时，控制量应大幅度调整；当偏差小且偏差变化率小时，控制量微调等。根据实际控制要求和经验确定具体的模糊规则，如若e为正大且ec为正大，则u为负大。