電氣工程自動化控制練習(xí)題姓名_________________________地址_______________________________學(xué)號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細(xì)閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.電氣工程自動化控制系統(tǒng)的基本組成包括（）

a.控制器、執(zhí)行器、傳感器

b.電源、控制器、執(zhí)行器、傳感器

c.控制器、執(zhí)行器、傳感器、被控對象

d.電源、控制器、執(zhí)行器、被控對象

2.下列哪種系統(tǒng)屬于開環(huán)控制系統(tǒng)（）

a.反饋控制系統(tǒng)

b.開環(huán)控制系統(tǒng)

c.半閉環(huán)控制系統(tǒng)

d.全閉環(huán)控制系統(tǒng)

3.在PID控制系統(tǒng)中，P表示（）

a.積分

b.微分

c.比例

d.積分與比例

4.下列哪種傳感器輸出信號與輸入信號成正比（）

a.電阻式傳感器

b.電容式傳感器

c.霍爾式傳感器

d.壓電式傳感器

5.下列哪種系統(tǒng)屬于線性系統(tǒng)（）

a.非線性系統(tǒng)

b.線性系統(tǒng)

c.時變系統(tǒng)

d.非時變系統(tǒng)

答案及解題思路：

1.答案：c

解題思路：電氣工程自動化控制系統(tǒng)的基本組成包括控制器、執(zhí)行器、傳感器和被控對象。電源雖然為系統(tǒng)提供能量，但不屬于基本組成要素。

2.答案：b

解題思路：開環(huán)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出不反饋到輸入端進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。因此，開環(huán)控制系統(tǒng)不包含反饋回路。

3.答案：c

解題思路：PID控制系統(tǒng)中，P代表比例（Proportional），即根據(jù)當(dāng)前誤差與設(shè)定值的比例來調(diào)整控制作用。

4.答案：a

解題思路：電阻式傳感器輸出信號與輸入信號成正比，即輸入信號的變化會導(dǎo)致電阻值的變化，從而輸出與之成比例的電壓或電流信號。

5.答案：b

解題思路：線性系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出與輸入之間存在線性關(guān)系的系統(tǒng)。線性系統(tǒng)滿足疊加原理和齊次性原理。非線性系統(tǒng)則不滿足這些條件。二、填空題1.電氣工程自動化控制系統(tǒng)主要由控制器、執(zhí)行器、被控對象等組成。

2.反饋控制系統(tǒng)根據(jù)反饋原理來實現(xiàn)對被控對象的有效控制。

3.PID控制系統(tǒng)中，P表示比例控制，D表示微分控制，I表示積分控制。

4.傳感器是將物理量轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。

5.線性系統(tǒng)具有疊加性、均勻性和可微分性等性質(zhì)。

答案及解題思路：

1.答案：控制器、執(zhí)行器、被控對象

解題思路：電氣工程自動化控制系統(tǒng)是利用電氣和自動化技術(shù)對生產(chǎn)過程或設(shè)備進(jìn)行控制的一套系統(tǒng)。它通常由控制器、執(zhí)行器和被控對象三大基本部分組成。控制器負(fù)責(zé)根據(jù)反饋信息調(diào)整執(zhí)行器的操作，執(zhí)行器直接作用于被控對象，而被控對象則是系統(tǒng)所控制的主體。

2.答案：反饋原理

解題思路：反饋控制系統(tǒng)是一種常用的自動控制系統(tǒng)，其核心原理是通過將系統(tǒng)的輸出部分反饋至輸入部分，以此來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的行為，實現(xiàn)穩(wěn)定控制。根據(jù)反饋原理，系統(tǒng)的輸出信號被引入以影響系統(tǒng)的控制過程。

3.答案：比例、微分、積分

解題思路：PID控制器是一種常見的工業(yè)控制器，它由比例（P）、積分（I）和微分（D）三個部分組成。P控制根據(jù)偏差的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)；I控制根據(jù)偏差的累積進(jìn)行調(diào)節(jié)；D控制根據(jù)偏差的變化率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.答案：物理量、電信號

解題思路：傳感器是檢測裝置，它將各種非電物理量（如溫度、壓力、速度等）轉(zhuǎn)換為電信號，以便于進(jìn)行測量、處理和控制。

5.答案：疊加性、均勻性、可微分性

解題思路：線性系統(tǒng)具有疊加性和均勻性，意味著多個輸入的響應(yīng)可以通過疊加各自對應(yīng)的單一輸入響應(yīng)來得到；同時線性系統(tǒng)具有可微分性，即系統(tǒng)的輸出可以對其輸入進(jìn)行微分操作，而不會改變系統(tǒng)的線性特性。這些性質(zhì)使得線性系統(tǒng)在分析和設(shè)計時更加簡單和方便。三、判斷題1.電氣工程自動化控制系統(tǒng)主要由控制器、執(zhí)行器、傳感器和被控對象組成。（）

答案：√

解題思路：電氣工程自動化控制系統(tǒng)的基本組成部分包括控制器，它根據(jù)輸入信號做出決策；執(zhí)行器，它將控制信號轉(zhuǎn)換為對被控對象的物理作用；傳感器，它檢測被控對象的實際狀態(tài)并與設(shè)定值比較；被控對象，即受控的物理系統(tǒng)或設(shè)備。這四個部分共同構(gòu)成了一個基本的控制系統(tǒng)。

2.開環(huán)控制系統(tǒng)比閉環(huán)控制系統(tǒng)更穩(wěn)定。（）

答案：×

解題思路：開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋回路，其輸出不根據(jù)實際輸出與設(shè)定值的差異進(jìn)行修正，因此容易受到外部干擾和被控對象參數(shù)變化的影響，穩(wěn)定性較差。閉環(huán)控制系統(tǒng)通過反饋機(jī)制可以實時修正偏差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。

3.在PID控制系統(tǒng)中，比例控制可以快速消除偏差。（）

答案：×

解題思路：PID控制系統(tǒng)包括比例（P）、積分（I）和微分（D）控制。比例控制只能根據(jù)當(dāng)前偏差進(jìn)行控制，不能消除歷史偏差積累的影響，因此不能快速消除偏差。積分控制可以累積偏差，逐漸減小偏差，而微分控制可以預(yù)測未來偏差，但比例控制本身不具備快速消除偏差的能力。

4.所有的傳感器輸出信號都與輸入信號成正比。（）

答案：×

解題思路：并非所有傳感器輸出信號都與輸入信號成正比。有些傳感器如熱電偶、霍爾傳感器等，其輸出信號與輸入物理量之間不是線性關(guān)系，而是根據(jù)一定的轉(zhuǎn)換函數(shù)來表示的。

5.線性系統(tǒng)一定可以精確控制被控對象。（）

答案：×

解題思路：雖然線性系統(tǒng)在某些條件下可以精確控制被控對象，但線性系統(tǒng)也有其局限性。當(dāng)被控對象特性發(fā)生較大變化或系統(tǒng)受到嚴(yán)重干擾時，線性模型可能不再適用，這時精確控制變得困難。實際工程中，往往需要考慮非線性因素，采取非線性控制策略來提高系統(tǒng)的控制功能。四、簡答題1.簡述電氣工程自動化控制系統(tǒng)的基本組成及其作用。

答：電氣工程自動化控制系統(tǒng)的基本組成包括傳感器、控制器、執(zhí)行器和被控對象。其中，傳感器用于檢測被控對象的物理量，控制器根據(jù)檢測到的信號進(jìn)行計算處理，并輸出控制信號給執(zhí)行器，執(zhí)行器再將控制信號轉(zhuǎn)化為物理量，對被控對象進(jìn)行控制。其作用是實現(xiàn)被控對象的自動控制，提高生產(chǎn)效率，降低能耗，保證生產(chǎn)過程的安全可靠。

2.簡述開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別。

答：開環(huán)控制系統(tǒng)是指控制信號不返回到輸入端的控制系統(tǒng)，而閉環(huán)控制系統(tǒng)是指控制信號返回到輸入端的控制系統(tǒng)。區(qū)別

（1）開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)功能易受外部干擾；閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋環(huán)節(jié)，可以減少外部干擾對系統(tǒng)的影響。

（2）開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計簡單，成本較低；閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，成本較高。

（3）開環(huán)控制系統(tǒng)適用于對精度要求不高的場合；閉環(huán)控制系統(tǒng)適用于對精度要求較高的場合。

3.簡述PID控制系統(tǒng)的原理及其在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢。

答：PID控制系統(tǒng)是一種經(jīng)典的控制算法，其原理是通過對被控對象的偏差進(jìn)行比例（P）、積分（I）和微分（D）運算，得到控制信號，實現(xiàn)對被控對象的控制。在實際應(yīng)用中，PID控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）控制效果穩(wěn)定，抗干擾能力強；

（2）易于實現(xiàn)，調(diào)整方便；

（3）適用范圍廣，適用于各種控制對象。

4.簡述傳感器的分類及其應(yīng)用場合。

答：傳感器按檢測原理分類，可分為以下幾種：

（1）熱傳感器：應(yīng)用于溫度檢測、熱流檢測等場合；

（2）光傳感器：應(yīng)用于光電檢測、光強檢測等場合；

（3）壓力傳感器：應(yīng)用于壓力檢測、流量檢測等場合；

（4）位移傳感器：應(yīng)用于位移檢測、振動檢測等場合。

5.簡述線性系統(tǒng)的性質(zhì)及其在實際應(yīng)用中的意義。

答：線性系統(tǒng)具有以下性質(zhì)：

（1）疊加原理：多個輸入信號引起的輸出響應(yīng)等于各輸入信號單獨引起的輸出響應(yīng)之和；

（2）齊次性：輸入信號乘以一個常數(shù)，輸出信號也乘以同一個常數(shù)；

（3）線性微分和積分：線性系統(tǒng)滿足線性微分和積分關(guān)系。

在實際應(yīng)用中，線性系統(tǒng)的性質(zhì)具有重要意義，

（1）便于理論分析，提高控制系統(tǒng)的設(shè)計精度；

（2）簡化系統(tǒng)分析，降低設(shè)計成本；

（3）提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

答案及解題思路：

1.答案：電氣工程自動化控制系統(tǒng)的基本組成包括傳感器、控制器、執(zhí)行器和被控對象，作用是實現(xiàn)被控對象的自動控制，提高生產(chǎn)效率，降低能耗，保證生產(chǎn)過程的安全可靠。

解題思路：了解電氣工程自動化控制系統(tǒng)的基本組成及其作用，結(jié)合實際應(yīng)用場景進(jìn)行分析。

2.答案：開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)功能易受外部干擾；閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋環(huán)節(jié)，可以減少外部干擾對系統(tǒng)的影響。

解題思路：對比開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點，分析其在實際應(yīng)用中的優(yōu)缺點。

3.答案：PID控制系統(tǒng)是一種經(jīng)典的控制算法，原理是通過對被控對象的偏差進(jìn)行比例、積分和微分運算，得到控制信號，實現(xiàn)對被控對象的控制。實際應(yīng)用中，PID控制系統(tǒng)的優(yōu)勢包括控制效果穩(wěn)定，抗干擾能力強，易于實現(xiàn)，調(diào)整方便，適用范圍廣。

解題思路：掌握PID控制系統(tǒng)的原理和特點，分析其在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢。

4.答案：傳感器按檢測原理分類，可分為熱傳感器、光傳感器、壓力傳感器和位移傳感器，應(yīng)用場合包括溫度檢測、光電檢測、壓力檢測、位移檢測等。

解題思路：了解傳感器的分類和特點，分析其在不同應(yīng)用場合的應(yīng)用。

5.答案：線性系統(tǒng)具有疊加原理、齊次性和線性微分積分性質(zhì)，實際應(yīng)用中，線性系統(tǒng)的性質(zhì)具有重要意義，如便于理論分析，提高控制系統(tǒng)的設(shè)計精度，簡化系統(tǒng)分析，降低設(shè)計成本，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

解題思路：掌握線性系統(tǒng)的性質(zhì)，分析其在實際應(yīng)用中的意義。五、計算題1.計算下列傳遞函數(shù)的極點：

G(s)=2s^25s3

解答：

極點是使得傳遞函數(shù)的分子為零的s值。因此，需要解以下方程：

2s^25s3=0

使用求根公式解得：

s=[5±sqrt(5^2423)]/(22)

s=[5±sqrt(2524)]/4

s=[5±1]/4

所以，極點為s1=1和s2=3/2。

2.計算下列系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差：

系統(tǒng)傳遞函數(shù)G(s)=K/s，給定輸入r(t)=3t

解答：

穩(wěn)態(tài)誤差可以通過以下公式計算：

ess=1/G(0)

對于輸入r(t)=3t，其拉普拉斯變換為R(s)=3/s^2。

系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=K/s，因此G(0)=K。

所以，穩(wěn)態(tài)誤差ess=1/K。

3.計算下列系統(tǒng)的超調(diào)量和上升時間：

系統(tǒng)傳遞函數(shù)G(s)=10/(s1)，初始條件為x(0)=1，x'(0)=0

解答：

超調(diào)量和上升時間可以通過以下步驟計算：

a)計算自然頻率ω_n和阻尼比ζ：

G(s)=10/(s1)

ω_n=10，ζ=1

b)計算超調(diào)量：

超調(diào)量=e^(ζπ/ω_n)(1cos(ω_nT_r))

由于ζ=1，超調(diào)量為100%

c)計算上升時間T_r：

T_r=ln(1ζ)/ω_n

T_r=ln(11)/10

T_r=∞（無限上升時間）

4.計算下列系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：

系統(tǒng)輸入r(t)=e^(t)sin(2t)，輸出y(t)=e^(t)sin(2t)

解答：

系統(tǒng)傳遞函數(shù)H(s)可以通過以下公式計算：

H(s)=Y(s)/R(s)

其中，R(s)是輸入的拉普拉斯變換，Y(s)是輸出的拉普拉斯變換。

R(s)=L{e^(t)sin(2t)}=1/(s1)^22/(s1)^2

Y(s)=L{e^(t)sin(2t)}=1/(s1)^22/(s1)^2

因此，H(s)=1/(s1)^22/(s1)^2=3/(s1)^2。

5.計算下列系統(tǒng)的響應(yīng)時間：

系統(tǒng)傳遞函數(shù)G(s)=K/(s1)，給定輸入r(t)=1

解答：

響應(yīng)時間可以通過以下步驟計算：

a)計算自然頻率ω_n和阻尼比ζ：

G(s)=K/(s1)

ω_n=0，ζ=1

b)計算響應(yīng)時間T_s：

T_s=4ζ/ω_n

T_s=41/0

T_s=∞（無限響應(yīng)時間）

答案及解題思路：

答案：

1.極點：s1=1,s2=3/2

2.穩(wěn)態(tài)誤差：ess=1/K

3.超調(diào)量：100%，上升時間：∞

4.傳遞函數(shù)：H(s)=3/(s1)^2

5.響應(yīng)時間：∞

解題思路：

1.通過求解特征方程找到極點。

2.使用穩(wěn)態(tài)誤差公式和系統(tǒng)輸入的拉普拉斯變換計算穩(wěn)態(tài)誤差。

3.使用系統(tǒng)傳遞函數(shù)和初始條件計算超調(diào)量和上升時間。

4.使用拉普拉斯變換計算系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

5.通過系統(tǒng)傳遞函數(shù)和輸入計算響應(yīng)時間。六、分析題1.分析PID控制系統(tǒng)中比例控制、積分控制和微分控制的作用及在實際應(yīng)用中的關(guān)系。

比例控制（P）：作用是使控制系統(tǒng)的輸出與誤差成比例，即輸出控制量與誤差的大小成正比。在實際應(yīng)用中，比例控制可以迅速減小誤差，但無法消除穩(wěn)態(tài)誤差。

積分控制（I）：作用是消除系統(tǒng)誤差，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。積分控制對于長期穩(wěn)定控制效果顯著，但響應(yīng)速度較慢。

微分控制（D）：作用是預(yù)測系統(tǒng)未來的誤差趨勢，對系統(tǒng)進(jìn)行超調(diào)抑制。微分控制可以提高系統(tǒng)的動態(tài)功能，減少超調(diào)和振蕩。

在實際應(yīng)用中，比例控制、積分控制和微分控制往往結(jié)合使用，以實現(xiàn)更好的控制效果。它們之間的關(guān)系是互補的，通過合理配置，可以使控制系統(tǒng)既快速響應(yīng)，又能穩(wěn)定運行。

2.分析傳感器在實際應(yīng)用中可能遇到的干擾及其解決方法。

干擾：傳感器在實際應(yīng)用中可能遇到的干擾包括電磁干擾、熱干擾、噪聲干擾等。

解決方法：

電磁干擾：采用屏蔽措施，如使用屏蔽電纜、金屬屏蔽殼等。

熱干擾：通過環(huán)境控制，如使用恒溫箱，或者采用溫度補償技術(shù)。

噪聲干擾：提高信號質(zhì)量，如使用濾波器減少噪聲，或者采用抗噪聲技術(shù)。

3.分析線性系統(tǒng)在實際應(yīng)用中可能遇到的問題及其解決方法。

問題：線性系統(tǒng)在實際應(yīng)用中可能遇到的問題包括系統(tǒng)不穩(wěn)定、響應(yīng)速度慢、精度低等。

解決方法：

系統(tǒng)不穩(wěn)定：通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，如增加阻尼系數(shù)，實現(xiàn)穩(wěn)定控制。

響應(yīng)速度慢：優(yōu)化控制算法，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。

精度低：采用高精度傳感器和測量設(shè)備，或者對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

4.分析電氣工程自動化控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的優(yōu)缺點及其發(fā)展趨勢。

優(yōu)點：

提高生產(chǎn)效率，降低人力成本。

提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。

實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，提高企業(yè)的核心競爭力。

缺點：

初始投資成本高。

技術(shù)更新快，需要不斷進(jìn)行技術(shù)投入。

系統(tǒng)維護(hù)和操作較為復(fù)雜。

發(fā)展趨勢：

智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化。

高功能、高可靠性、易維護(hù)性。

綠色、節(jié)能、環(huán)保。

5.分析PID控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的參數(shù)整定方法及注意事項。

參數(shù)整定方法：

試湊法：通過調(diào)整參數(shù)，觀察系統(tǒng)響應(yīng)，找到合適的參數(shù)組合。

ZieglerNichols方法：根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)時間、過沖量等參數(shù)，計算出合適的參數(shù)。

頻率響應(yīng)法：通過測量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，確定最佳參數(shù)。

注意事項：

參數(shù)整定應(yīng)在系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況下進(jìn)行。

參數(shù)整定應(yīng)考慮系統(tǒng)的實際工作條件。

參數(shù)整定過程中，應(yīng)密切關(guān)注系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)，避免系統(tǒng)不穩(wěn)定。

答案及解題思路：

答案：

1.比例控制、積分控制和微分控制是PID控制系統(tǒng)中的三個基本組成部分，它們在實際應(yīng)用中各有作用，并通過合理的配置實現(xiàn)互補，以達(dá)到最佳的控制效果。

2.傳感器在實際應(yīng)用中可能遇到的干擾有電磁干擾、熱干擾和噪聲干擾，解決方法包括采用屏蔽措施、環(huán)境控制和濾波器等。

3.線性系統(tǒng)在實際應(yīng)用中可能遇到的問題有系統(tǒng)不穩(wěn)定、響應(yīng)速度慢和精度低，解決方法包括調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)、優(yōu)化控制算法和采用高精度設(shè)備等。

4.電氣工程自動化控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的優(yōu)點包括提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和核心競爭力，缺點包括初始投資成本高、技術(shù)更新快和維護(hù)復(fù)雜。發(fā)展趨勢是智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化，高功能、高可靠性、易維護(hù)性，綠色、節(jié)能、環(huán)保。

5.PID控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的參數(shù)整定方法有試湊法、ZieglerNichols方法和頻率響應(yīng)法，注意事項包括在系統(tǒng)穩(wěn)定運行時進(jìn)行參數(shù)整定、考慮實際工作條件和密切關(guān)注系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)。

解題思路：

1.理解PID控制系統(tǒng)中各控制的作用和關(guān)系，結(jié)合實際應(yīng)用場景進(jìn)行分析。

2.掌握傳感器干擾的類型及其解決方法，能夠根據(jù)實際情況選擇合適的解決方案。

3.分析線性系統(tǒng)在實際應(yīng)用中可能遇到的問題，并針對問題提出相應(yīng)的解決策略。

4.對電氣工程自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點和發(fā)展趨勢進(jìn)行綜合分析，了解行業(yè)動態(tài)。

5.熟悉PID控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法，注意整定過程中的注意事項，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

：七、論述題1.論述電氣工程自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要性及其發(fā)展趨勢。

答案：電氣工程自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有重要性，它提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，優(yōu)化了生產(chǎn)流程，提升了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。發(fā)展趨勢包括向智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化和自主化方向發(fā)展。

解題思路：首先闡述電氣工程自動化控制系統(tǒng)在提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度、優(yōu)化生產(chǎn)流程等方面的作用；其次分析其在提高產(chǎn)品質(zhì)量和