2025年大学（测控技术与仪器）过程控制工程真题及答案.doc

2025年大学（测控技术与仪器）过程控制工程真题及答案

（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. 过程控制中，被控对象的数学模型是描述（ ）。
A. 输入与输出之间的关系
B. 干扰与输出之间的关系
C. 输入与干扰之间的关系
D. 被控变量与操纵变量之间的关系
2. 以下哪种控制规律能有效消除余差（ ）。
A. P控制
B. PI控制
C. PD控制
D. PID控制
3. 过程控制系统中，测量变送环节的作用是（ ）。
A. 将被控变量转换为标准信号
B. 将操纵变量转换为标准信号
C. 将干扰信号转换为标准信号
D. 将设定值转换为标准信号
4. 对于一阶惯性环节，其时间常数T越大，则（ ）。
A. 响应速度越快
B. 响应速度越慢
C. 稳态精度越高
D. 稳态精度越低
5. 串级控制系统中，主控制器的作用是（ ）。
A. 克服主要干扰
B. 克服次要干扰
C. 快速响应
D. 精确控制
6. 前馈控制系统的特点是（ ）。
A. 按干扰进行控制 B. 按被控变量进行控制
C. 开环控制系统 D. 闭环控制系统
7. 比值控制系统中，实现流量比值控制的方法有（ ）。
A. 相乘方案和相除方案
B. 相加方案和相减方案
C. 相乘方案和相加方案
D. 相除方案和相减方案
8. 均匀控制系统的目的是（ ）。
A. 使两个相互联系的变量缓慢变化
B. 使两个相互联系的变量快速变化
C. 使两个相互联系的变量保持恒定
D. 使两个相互联系的变量无关联
9. 自适应控制系统能自动适应（ ）的变化。
A. 被控对象特性
B. 干扰
C. 设定值
D. 以上都是
10. 数字控制器的控制算法是基于（ ）实现的。
A. 模拟电路
B. 数字电路
C. 微处理器
D. 传感器

第II卷（非选择题 共70分）
11. （10分）简述过程控制系统的组成及各部分的作用。
12. （15分）已知某一阶惯性环节的传递函数为G(s)=1/(Ts + 1)，当输入为单位阶跃信号时，求其输出响应表达式，并分析时间常数T对响应特性的影响。
13. （15分）某温度控制系统采用PI控制规律，已知比例系数Kp = 2，积分时间常数Ti = 10s，系统的稳态误差要求为0.05，当系统输入为单位阶跃信号时，求控制器的输出表达式。
14. （15分）材料：某化学反应过程中，反应釜温度对产品质量有重要影响。现采用温度控制系统进行控制，被控对象为反应釜，干扰主要来自进料温度的变化。
问题：设计一个简单的反馈控制系统，说明其工作原理，并分析该系统的优缺点。
15. （15分）材料：在一个生产线上，有两台设备A和B，设备A的出料流量为Q1，设备B的进料流量为Q2，要求Q2/Q1 = 2。
问题：设计一个比值控制系统，画出系统原理图，并说明比值系数的计算方法及如何实现流量比值控制。

答案：1. A 2. D 3. A 4. B 5. A 6. A 7. A 8. A 9. D 10. C
11. 过程控制系统主要由被控对象、测量变送环节、控制器、执行器组成。被控对象是被控制的生产过程或设备；测量变送环节将被控变量转换为标准信号传送给控制器；控制器根据测量信号与设定值比较后的偏差，按控制规律产生控制信号；执行器接收控制信号，改变操纵变量，以实现对被控对象的控制。
12. 输入为单位阶跃信号u(t)=1(t)，则输出响应y(t)=1 - e^(-t/T)。时间常数T越大，响应速度越慢，达到稳态的时间越长，但稳态精度越高。因为T大时，指数项衰减慢，所以上升和达到稳态所需时间长，且最终能更接近稳态值。
13. 首先，PI控制器的输出u(t)=Kp(e(t)+1/Ti∫e(t)dt)，对于单位阶跃输入，e(t)=1 - y(t)，设y(0)=0，由稳态误差ess = 1/(Kp(1 + Ti/T)) = 0.05，已知Kp = 2，Ti = 10s，可得T = 0。则u(t)=2((1 - y(t))+1/10∫(1 - y(t))dt)。对其进一步求解，先求积分项，设∫(1 - y(t))dt = t - ∫y(t)dt，再代入u(t)表达式进行整理可得u(t)=2(1 - y(t)+1/10(t - ∫y(t)dt))。
14. 反馈控制系统工作原理：通过温度传感器测量反应釜温度并转换为电信号，与设定值比较得到偏差信号，控制器根据偏差按控制规律输出控制信号，调节加热或冷却装置，改变反应釜温度。优点是能有效克服干扰对温度的影响，控制精度较高。缺点是存在滞后，对快速变化的干扰响应不够及时。
15. 系统原理图：设备A出料流量Q1经测量变送后作为主流量信号，设备B进料流量Q2经测量变送后作为副流量信号，主副流量信号送入比值器，比值器输出控制信号调节设备B进料流量调节阀，实现Q2/Q1 = 2。比值系数计算：K = Q2max/Q1max = 2。通过比值器内部运算实现流量比值控制，比值器根据主副流量信号比例关系输出控制信号，使调节阀动作，保持流量比值恒定。