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2026年自动化控制（系统设计）考题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
（总共6题，每题5分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填在题后的括号内）
w1. 以下关于自动化控制系统的说法，错误的是（ ）
A. 开环控制系统结构简单、成本低，但抗干扰能力差
B. 闭环控制系统能自动纠正偏差，控制精度高
C. 反馈是闭环控制系统的核心环节
D. 自动化控制系统只能采用模拟信号进行控制
答案：D

w2. 对于一个二阶系统，其传递函数为G(s)=4/(s² + 2s + 4)，则该系统的自然频率ωn为（ ）
A. 1
B. 2
C. 4
D. 无法确定
答案：B

w3. 以下哪种控制算法不属于PID控制的基本形式（ ）
A. 比例控制
B. 积分控制
C. 微分控制
D. 模糊控制
答案：D

w4. 在自动化控制系统中，传感器的作用是（ ）
A. 将电信号转换为非电信号
B. 将非电信号转换为电信号
C. 对信号进行放大处理
D. 对信号进行滤波处理
答案：B

w5. 以下关于控制器的描述，正确的是（ ）
A. 控制器只能采用硬件电路实现
B. 数字控制器比模拟控制器性能更差
C. 控制器根据输入信号和系统反馈进行控制决策
D. 控制器不需要考虑系统的稳定性
答案：C

w6. 自动化控制系统的性能指标不包括（ ）
A. 稳定性
B. 准确性
C. 快速性
D. 复杂性
答案：D

第II卷（非选择题 共70分）

w7. （10分）简述自动化控制系统的组成部分及其功能。
自动化控制系统主要由控制器、执行器、传感器和被控对象组成。控制器接收传感器传来的信号，根据设定值与反馈值的偏差进行控制决策并输出控制信号。执行器根据控制信号对被控对象进行操作。传感器检测被控对象的相关物理量并转换为电信号传送给控制器。被控对象是控制系统所作用的对象，通过执行器的操作实现预定的控制目标。

w8. （15分）已知某控制系统的传递函数为G(s)=10/(s² + 5s + 10)，求该系统的阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωd。
首先，将传递函数化为标准形式G(s)=ωn²/(s² + 2ζωn s + ωn²)。对比可得ωn² = 10，即ωn = √10。又2ζωn = 5，将ωn = √10代入可得2ζ√10 = 5，解得ζ = 5/(2√10) = √10/4。无阻尼自然频率ωd = ωn√(1 - ζ²) = √10√(1 - (√10/4)²) = √10√(1 - 10/16) = √10√(6/16) = √15/2。

w9. （15分）材料：某自动化生产线需要对产品的尺寸进行精确控制。现有一个控制系统，在运行过程中发现产品尺寸波动较大。
问题：请分析可能导致产品尺寸波动大的原因，并提出相应的解决措施。
可能原因：传感器精度不足，无法准确检测产品尺寸；控制器参数设置不合理，不能有效纠正偏差；执行器响应不及时或不准确，对产品尺寸调整不当。
解决措施：更换高精度的传感器；重新调整控制器的PID参数，通过实验优化比例、积分、微分系数；检查执行器，如有故障及时维修或更换，确保其能准确执行控制信号。

w10. （20分）材料：在一个温度控制系统中，设定温度为25℃，当前温度传感器测量值为22℃，控制器根据偏差调整控制信号输出给加热设备。已知比例系数Kp = 2，积分时间常数Ti = 0.5，微分时间常数Td = 0.1。
问题：（1）计算当前的偏差e。（2）根据PID控制算法，计算控制器的输出u。
（1）偏差e = 设定值 - 测量值 = 25 - 22 = 3℃。
（2）根据PID控制算法，u = Kpe + Kp/Ti∫e dt + KpTdde/dt。这里先计算积分项，由于是离散系统，近似计算积分项为Kp/Tie采样时间（假设采样时间为1），即2/0.53 = 12。微分项de/dt近似为(当前偏差 - 上一时刻偏差)/采样时间，假设上一时刻偏差为2.5℃，则de/dt = (3 - 2.5)/1 = 0.5，微分项为20.10.5 = 0.1。比例项为23 = 6。所以u = 6 + 12 + 0.1 = 18.1。

w11. （20分）设计一个简单的液位自动化控制系统，要求画出系统原理图，并简述其工作原理。
系统原理图如下：一个水箱作为被控对象，水箱底部有出水口连接一个调节阀作为执行器。在水箱上部安装液位传感器。液位传感器检测水箱液位并将信号传送给控制器，控制器根据设定液位与实际液位的偏差，输出控制信号给调节阀，调节阀调节开度从而控制水箱的出水量，实现对液位的稳定控制。当液位高于设定值时，控制器减小调节阀开度，减少出水量；当液位低于设定值时，控制器增大调节阀开度，增加出水量。