2025年大学大二（化工自动化）控制系统期末测试试题及答案.doc

2025年大学大二（化工自动化）控制系统期末测试试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共40分）
每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。(总共20题，每题2分，在每小题给出的四个选项中，选出符合题目要求的选项)

1. 化工自动化控制系统中，反馈控制的核心是
A. 检测偏差并纠正偏差
B. 直接控制被控变量
C. 按照预定规律改变控制变量
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. P控制
B. PI控制
C. PD控制
D. PID控制
答案：B

3. 在控制系统中，比例度增大时，系统的
A. 稳定性增强，控制作用减弱
B. 稳定性减弱，控制作用增强
C. 稳定性增强，控制作用增强
D. 稳定性减弱，控制作用减弱
答案：A

4. 积分时间常数减小，积分作用
A. 增强
B. 减弱
C. 不变
D. 先增强后减弱
答案：A

5. 微分时间常数增大，微分作用
A. 增强
B. 减弱
C. 不变
D. 先增强后减弱
答案：A

6. 被控对象的特性不包括
A. 放大系数
B. 时间常数
C. 滞后时间
D. 控制精度
答案：D

7. 对于一阶惯性环节，其时间常数T越大，响应速度
A. 越快
B. 越慢
C. 不变
D. 先快后慢
答案：B

8. 纯滞后对控制系统的影响是
A. 降低稳定性
B. 提高稳定性
C. 不影响稳定性
D. 使系统无振荡
答案：A

9. 前馈控制的主要特点是
A. 基于偏差进行控制
B. 对干扰进行及时补偿
C. 控制精度高
D. 结构简单
答案：B

10. 串级控制系统中，主控制器的输出作为
A. 副控制器给定值
B. 调节阀的控制信号
C. 被控对象的输入
D. 检测变送环节的输入
答案：A

11. 均匀控制系统的目的是
A. 实现对多个变量的精确控制
B. 使两个相互关联的变量在一定范围内缓慢变化
C. 提高系统的稳定性
D. 消除系统的稳态误差
答案：B

12. 比值控制系统中，若主动量和从动量的流量比为K，当主动量变化时，从动量应按
A. 线性关系变化
B. 反比例关系变化
C. 与主动量相同比例变化
D. 无规律变化
答案：C

13. 分程控制系统中，调节阀的工作范围是通过
A. 控制器的参数设置
B. 阀门定位器
C. 分程信号实现
D. 被控对象特性决定
答案：C

14. 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

15. 调节阀的流量系数Kv值越大，其流量
A. 越大
B. 越小
C. 不变
D. 先大后小
答案：A

16. 气开式调节阀在无信号压力时
A. 阀门全开
B. 阀门全关
C. 保持原开度
D. 随机状态
答案：B

17. 电动执行器的输入信号一般为
A. 0 - 10mA或4 - 20mA
B. 0 - 5V
C. 0 - 24V
D. 1 - 5V
答案：A

18. 智能控制系统不包括
A. 模糊控制系统
B. 神经网络控制系统
C. 自适应控制系统
D. 常规PID控制系统
答案：D

19. 系统的传递函数是在
A. 时域中描述系统动态特性
B. 频域中描述系统动态特性
C. 复数域中描述系统动态特性
D. 状态空间中描述系统动态特性
答案：C

20. 闭环控制系统的传递函数与开环控制系统的传递函数相比
A. 结构更简单计算更方便
B. 对干扰更敏感
C. 能有效抑制干扰
D. 控制精度更低
答案：C

第II卷（非选择题，共60分）

（一）填空题（共10分）(总共5空，每空2分，请在横线上填上正确答案)
1. 化工自动化控制系统按给定值形式可分为定值控制系统、______控制系统和程序控制系统。
答案：随动

2. 比例控制规律的表达式为u = Kp e，其中Kp称为______。
答案：比例系数

3. 积分控制作用是通过对______的积累来消除稳态误差。
答案：偏差

4. 被控对象的数学模型有______模型和非参数模型。
答案：参数

5. 调节阀的流量特性有直线流量特性、等百分比流量特性、抛物线流量特性和______流量特性。
答案：快开

（二）简答题（共20分）(总共4题，每题5分，请简要回答问题)
1. 简述反馈控制的工作原理。
答案：反馈控制是基于偏差进行控制。检测被控变量的实际值并与给定值比较得到偏差，控制器根据偏差大小和控制规律产生控制信号，作用于被控对象，使被控变量趋近给定值，从而达到控制目的。

2. 说明比例、积分、微分控制规律各自的特点。
答案：比例控制作用及时，能快速响应偏差，但存在稳态误差；积分控制可消除稳态误差，但控制作用缓慢，易使系统产生振荡；微分控制能根据偏差变化趋势提前作用，增强系统稳定性，但对高频干扰敏感，且不能单独使用。

3. 被控对象特性对控制系统有哪些影响？
答案：放大系数影响控制作用的强弱；时间常数影响系统响应速度；滞后时间降低系统稳定性，使控制难度增加，可能导致控制不及时，被控变量波动加剧。

（三）分析题（共15分）(总共1题，15分，请分析以下系统并回答问题)
某化工生产过程中，采用了一个简单的液位控制系统，被控对象为一个储液罐，通过调节阀控制进液量来保持液位稳定。已知该系统存在较大的滞后现象，且液位波动较大时，控制系统响应较慢。
1. 请分析该系统可能存在的问题及原因。
答案：该系统存在的问题是液位波动大且响应慢。原因可能是：储液罐存在较大滞后时间，导致液位变化不能及时被检测和控制；控制系统的比例系数可能设置不当，控制作用不够强；积分时间常数可能过大，积分作用不明显，无法有效消除偏差；微分时间常数可能过小，微分作用不足，不能及时根据液位变化趋势调整控制信号。

（四）设计题（共15分）(总共1题，15分，请根据要求设计控制系统)
某化学反应过程需要严格控制反应温度在一定范围内，并且要保证反应物料的流量与反应温度之间有良好的匹配关系。已知反应温度对产品质量有重要影响，且存在一定的干扰因素。请设计一个控制系统来满足上述要求。
答案：可采用串级控制系统。主控制器以反应温度为被控变量，其给定值根据工艺要求设定。主控制器输出作为副控制器的给定值，副控制器以反应物料流量为被控变量。通过主、副控制器的协同工作，能有效克服干扰，精确控制反应温度，同时保证物料流量与温度的匹配。主控制器可采用PID控制规律，根据温度偏差及时调整控制信号；副控制器也采用合适的控制规律，快速响应流量变化，维持流量稳定，从而确保整个反应过程的稳定和产品质量。

（五）综合题（共20分）(总共1题，20分，请结合材料回答问题)
材料：在一个化工生产装置中，有一个重要的精馏塔控制系统。该精馏塔用于分离混合液体中的不同成分，塔顶产品质量和塔底产品质量是关键指标。当前控制系统采用单回路PID控制，对塔顶温度进行控制，以保证塔顶产品质量。但近期发现塔顶产品质量出现波动，且控制系统响应不太理想。
1. 请分析可能导致塔顶产品质量波动的原因。
答案：可能原因有：精馏塔本身的工况发生变化，如进料成分、流量等改变，而单回路PID控制无法及时有效应对；塔顶温度检测变送环节可能存在误差，导致控制信号不准确；PID控制器的参数设置不合理，比例度、积分时间常数、微分时间常数可能需要调整，不能很好地适应工况变化和消除偏差；可能存在未考虑到的干扰因素影响塔顶温度，进而影响产品质量。
2. 针对塔顶产品质量波动问题，提出改进控制系统的方案及措施。
答案：改进方案可采用串级控制系统。以塔顶温度为主被控变量，塔底温度或其他相关变量为副被控变量。主控制器采用PID控制规律，根据塔顶温度偏差调整输出，作为副控制器的给定值。副控制器根据副被控变量的偏差进一步调整控制信号，控制精馏塔的操作。措施包括：精确检测塔顶和塔底温度等参数，确保检测变送环节准确可靠；重新整定主、副控制器的参数，通过实验或仿真优化比例度、积分时间常数和微分时间常数，提高控制系统的响应速度和控制精度；加强对精馏塔工况的监测和分析，及时发现并处理进料等干扰因素；引入先进的控制算法或智能控制策略，如自适应控制、模糊控制等，增强控制系统的适应性和鲁棒性。