2025年大学第一学年（自动化）过程控制基础测试题及答案.doc

2025年大学第一学年（自动化）过程控制基础测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共40分）
每题只有一个正确答案，请将所选答案填在题后的括号内。(总共20题，每题2分，答案填入括号内)
1. 过程控制的核心任务是（ ）
A. 实现生产过程的自动化
B. 保证产品质量
C. 提高生产效率
D. 降低生产成本
2. 以下不属于过程控制系统组成部分的是（ ）
A. 被控对象
B. 测量变送装置
C. 控制器
D. 传感器
3. 过程控制系统中，被控变量的设定值随时间任意变化的控制系统是（ ）
A. 定值控制系统
B. 随动控制系统
C. 程序控制系统
D. 前馈控制系统
4. 某温度控制系统，其被控变量为温度，该系统属于（ ）
A. 温度控制系统
B. 压力控制系统
C. 流量控制系统
D. 液位控制系统
5. 过程控制系统的性能指标中，反映系统快速性的是（ ）
A. 稳态误差
B. 衰减比
C. 最大偏差
D. 过渡时间
6. 对于一个一阶系统，其时间常数T越小，系统响应（ ）
A. 越慢
B. 越快
C. 不变
D. 无法确定
7. 在PID控制器中，积分作用主要用于消除（ ）
A. 稳态误差
B. 动态误差
C. 超调量
D. 振荡
8. 比例控制作用的特点是（ ）
A. 有滞后
B. 有超前
C. 无滞后和超前
D. 有积分作用
9. 某控制系统采用PI控制器，其积分时间常数越大，积分作用（ ）
A. 越强
B. 越弱
C. 不变
D. 不确定
10. 微分控制作用主要用于（ ）
A. 提高系统的稳定性
B. 消除稳态误差
C. 加快系统的响应速度
D. 减小超调量
11. 过程控制系统中，被控对象的特性不包括（ ）
A. 自衡特性
B. 无自衡特性
C. 比例特性
D. 积分特性
12. 描述被控对象特性的参数不包括（ ）
A. 放大系数K
B. 时间常数T
C. 滞后时间τ
D. 增益系数G
13. 对于一个具有自衡特性的被控对象，当输入信号发生变化时，其输出（ ）
A. 会自动趋于一个新的平衡状态
B. 不会变化
C. 持续增大
D. 持续减小
14. 某被控对象的放大系数K越大，系统的（ ）
A. 控制作用越强
B. 控制作用越弱
C. 稳定性越好
D. 快速性越差
15. 测量变送装置的作用是（ ）
A. 检测被控变量并将其转换为标准信号
B. 对被控变量进行控制
C. 对控制器输出信号进行放大
D. 实现系统的自动化
16. 传感器的输出信号一般为（ ）
A. 标准信号
B. 非标准信号
C. 数字信号
D. 模拟信号
17. 控制器的输出信号通常为（ ）
A. 标准信号
B. 非标准信号
C. 数字信号
D. 模拟信号
18. 过程控制系统中，干扰作用于（ ）
A. 被控对象
B. 测量变送装置
C. 控制器
D. 执行器
19. 前馈控制系统的特点是（ ）
A. 能及时克服干扰
B. 不能克服干扰
C. 有滞后控制作用
D. 需要反馈信号
20. 串级控制系统中，主控制器的输出作为（ ）
A. 副控制器的设定值
B. 执行器的输入信号
C. 被控对象的输入信号
D. 测量变送装置的输入信号

第II卷（非选择题，共60分）
21. 简答题(总共4题，每题5分，简要回答问题)
- 简述过程控制系统的基本组成及各部分的作用。
- 说明定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统的区别。
- 过程控制系统的性能指标有哪些？
- 简述PID控制器中比例、积分、微分控制作用的特点及作用。
22. 分析题(总共2题，每题10分，分析给定系统的相关问题)
- 某温度控制系统，被控对象的传递函数为G0(s)=1/(Ts+1)，采用比例控制器，比例系数为Kp。分析当Kp增大时，系统的稳定性、快速性和稳态误差会如何变化。
- 已知一液位控制系统，被控对象具有自衡特性，放大系数K=2，时间常数T=10s，滞后时间τ=5s。若采用PI控制器，积分时间常数Ti=20s，比例系数Kp=0.5，分析该系统的性能。
23. 设计题(总共1题，每题15分，设计一个简单的过程控制系统)
设计一个水箱液位控制系统，要求画出系统原理图，说明各组成部分的作用，并简述控制系统的工作原理。
24. 材料分析题(总共1题，每题15分，根据给定材料回答问题)
材料：在某化工生产过程中，需要对反应釜内的温度进行精确控制。反应釜内的温度会受到多种因素的影响，如进料温度、进料流量、搅拌速度等。为了保证产品质量，采用了一个温度控制系统。该系统采用了PID控制器，通过测量反应釜内的温度，并与设定值进行比较，控制器根据偏差输出控制信号，调节加热或冷却装置，从而实现对反应釜温度的控制。
- 分析该温度控制系统中，被控对象、被控变量、干扰因素分别是什么？
- 在该系统中，若发现温度控制精度不够，超调量较大，你认为可能的原因是什么？如何改进？
25. 综合应用题(总共1题，每题15分，综合运用知识解决问题)
某流量控制系统，被控对象的传递函数为G0(s)=1/(5s+1)，采用PID控制器。已知系统要求稳态误差小于0.05，过渡时间小于10s，超调量小于20%。设计该PID控制器的参数，并说明设计过程。

答案：

1. A
2. D
3. B
4. A
5. D
6. B
7. A
8. C
9. B
10. C
11. D
12. D
13. A
14. A
15. A
16. B
17. A
18. A
19. A
20. A
21. 过程控制系统由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器组成。被控对象是被控制的生产过程；测量变送装置检测被控变量并转换为标准信号；控制器根据偏差进行控制运算；执行器根据控制器输出信号改变被控变量。定值控制系统设定值固定，随动控制系统设定值随输入变化，程序控制系统设定值按预定程序变化。性能指标包括稳态误差、最大偏差、衰减比、过渡时间等。比例控制及时成比例反应偏差；积分控制消除稳态误差；微分控制加快响应速度。
22. Kp增大，系统稳定性变差，快速性变好，稳态误差减小。该液位控制系统中，被控对象为水箱，被控变量为液位，干扰因素可能是进水流量变化等。系统能实现液位基本稳定控制，但由于PI参数设置，可能响应速度不够快，可适当减小积分时间常数或增大比例系数来改进。
23. 系统原理图：水箱为被控对象，液位传感器测量液位并转换为电信号传至控制器，控制器根据偏差输出控制信号给调节阀，调节阀调节进水流量从而控制液位。工作原理：液位传感器实时监测液位，与设定值比较产生偏差，控制器根据偏差调节调节阀开度，改变进水流量，使液位稳定在设定值。
24. 被控对象是反应釜；被控变量是反应釜内温度；干扰因素有进料温度、进料流量、搅拌速度等。温度控制精度不够、超调量较大可能原因：PID参数设置不合理，可重新调整比例、积分、微分系数，如适当增大比例系数增强控制作用，调整积分时间常数消除稳态误差，调整微分时间常数加快响应速度。
25. 首先根据稳态误差要求，利用稳态误差公式计算比例系数Kp。再根据过渡时间和超调量要求，结合被控对象传递函数，通过经验公式或仿真等方法确定积分时间常数Ti和微分时间常数Td。设计过程：根据稳态误差ess=1/(Kp(1+Kd/Kp+Ki/Kp))<0.05计算Kp；参考典型二阶系统性能指标与传递函数关系确定Ti和Td，如根据超调量公式计算Td，根据过渡时间公式计算Ti，最终确定合适的PID参数。