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2026年自动化（控制系统调试）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30分）
答题要求：本大题共10小题，每小题3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. 自动化控制系统中，反馈环节的主要作用是（ ）
A. 对输入信号进行预处理
B. 将输出信号送回到输入端与输入信号进行比较
C. 提高系统的响应速度
D. 增强系统的稳定性
答案：B
2. 以下哪种控制算法常用于消除系统的稳态误差（ ）
A. 比例控制
B. 积分控制
C. 微分控制
D. 比例积分微分控制
答案：B
3. 自动化控制系统的性能指标中，反映系统快速性的是（ ）
A. 上升时间
B. 超调量
C. 稳态误差
D. 调节时间
答案：A
4. 在PID控制器中，积分时间常数Ti增大时，积分作用（ ）
A. 增强
B. 减弱
C. 不变
D. 先增强后减弱
答案：B
5. 对于一个二阶系统，其阻尼比ζ=0.5时，系统的响应特性是（ ）
A. 欠阻尼
B. 过阻尼
C. 临界阻尼
D. 无阻尼
答案：A
6. 自动化控制系统中采样周期T的选择，以下说法正确的是（ ）
A. T越大越好
B. T越小越好
C. T应根据系统特性合理选择
D. T与系统特性无关
答案：C
7. 数字控制系统中，量化误差属于（ ）
A. 系统误差
B. 随机误差
C. 粗大误差
D. 动态误差
答案：B
8. 以下哪种传感器可用于测量温度并将其转换为电信号（ ）
A. 压力传感器
B. 温度传感器
C. 位移传感器
D. 速度传感器
答案：B
9. 在自动化控制系统中，执行机构的作用是（ ）
A. 接收控制信号并产生相应的动作
B. 检测被控对象的状态
C. 对输入信号进行放大
D. 对系统进行编程
答案：A
10. 控制系统的传递函数是在（ ）条件下定义的。
A. 零初始条件
B. 非零初始条件
C. 任意初始条件
D. 与初始条件无关
答案：A

第II卷（非选择题，共70分）

二、填空题（共15分）
答题要求：本大题共5小题，每空3分。请将答案填写在题中的横线上。
1. 自动化控制系统按其结构可分为开环控制系统、闭环控制系统和______控制系统。
答案：复合
2. 比例控制器的控制规律是输出信号与输入信号成______。
答案：比例
3. 在控制系统中，稳定性是指系统在受到______作用后，能够自动恢复到原来平衡状态的能力。
答案：扰动
4. 常用的传感器信号调理电路有放大电路、滤波电路、______电路等。
答案：调制解调
5. 自动化控制系统的设计步骤包括系统分析、______、系统实现和系统调试。
答案：系统设计

三、简答题（共20分）
答题要求：本大题共4小题，每题5分。简要回答问题。
1. 简述开环控制系统和闭环控制系统的特点。
答案：开环控制系统结构简单，成本低，信号单向传递，无反馈环节，对扰动无抑制能力，控制精度较低。闭环控制系统有反馈环节，能自动检测输出并与输入比较，根据偏差进行控制，对扰动有较强抑制能力，控制精度较高，但结构复杂，成本较高。
2. 什么是PID控制器？简述其比例、积分、微分控制作用。
答案：PID控制器是一种常用的线性控制器，由比例、积分、微分三个环节组成。比例控制作用是根据偏差大小成比例地输出控制信号，快速响应偏差。积分控制作用是对偏差进行积分，消除稳态误差。微分控制作用是根据偏差变化率输出控制信号，改善系统动态性能，抑制超调。
3. 自动化控制系统中干扰的来源有哪些？
答案：干扰来源主要有内部干扰和外部干扰。内部干扰包括电路中元件参数变化产生的噪声、电源波动等。外部干扰如来自空间的电磁辐射干扰、周围环境中的工业干扰、自然界的雷电干扰等。
4. 简述传感器在自动化控制系统中的作用。
答案：传感器用于检测被控对象的各种物理量、化学量等信息，并将其转换为电信号等便于处理的形式。为控制系统提供输入信号，使系统能够实时了解被控对象的状态，从而实现对被控对象的精确控制。

四、分析题（共15分）
材料：有一个温度控制系统，采用PID控制器对加热炉的温度进行控制。已知该系统在初始运行时，温度波动较大，超调量达到30%。经过一段时间调试后，发现超调量减小到10%左右，但调节时间变长。
答题要求：本大题共3小题，每题5分。请根据材料分析问题。
1. 请分析初始运行时超调量较大的原因。
答案：可能是比例系数过大，导致系统响应过于迅速，对偏差的纠正力度过大，从而产生较大超调量；或者微分时间常数过小，未能有效抑制系统的快速变化，使得超调量增大。
2. 调试后超调量减小但调节时间变长，可能是哪些参数调整导致的？
答案：可能是减小了比例系数，使得系统对偏差的响应变缓，超调量减小，但调节时间变长；或者增大了积分时间常数，积分作用增强，对偏差的累积作用更明显，使系统消除稳态误差的过程变长，导致调节时间增加。
3. 如何进一步优化该温度控制系统的性能？
答案：可以继续调整PID参数，在减小超调量和缩短调节时间之间寻找平衡。如适当增大微分时间常数，增强对系统变化的抑制能力；同时微调比例系数和积分时间常数，通过多次试验找到最优参数组合。也可以考虑引入前馈控制等其他控制策略，进一步提高系统性能。

五、设计题（共20分）
材料：设计一个液位自动控制系统，要求保持水箱液位稳定在设定值。已知水箱有进水管道和出水管道，进水流量可通过调节阀控制，出水流量基本稳定。
答题要求：本大题共4小题，每题5分。请根据材料设计该液位自动控制系统。
1. 根据要求，画出该液位自动控制系统的原理框图。
答案：液位传感器→比较器→控制器→调节阀→水箱（进水管道），水箱通过出水管道排水，液位传感器检测液位并将信号传至比较器与设定值比较，比较结果经控制器处理后控制调节阀调节进水流量。
2. 选择合适的传感器用于检测液位。
答案：可选用浮子式液位传感器，它通过浮子随液位变化产生位移，进而转换为电信号，能较为准确地检测液位高度，且结构简单，可靠性较高。
3. 设计控制器的控制策略。
答案：采用PID控制策略。当液位低于设定值时，比例环节根据偏差大小输出控制信号，使调节阀增大开度增加进水流量；积分环节对偏差进行积分，消除稳态误差；微分环节根据液位变化率调整控制信号，抑制液位的快速波动，从而保持液位稳定。
4. 说明调节阀在系统中的作用。
答案：调节阀根据控制器输出的控制信号改变开度，从而调节进水流量。当液位出现偏差时，通过调节进水流量使液位趋向设定值，实现对水箱液位的自动控制，保证液位稳定在设定值。