電氣工程自動化控制練習題姓名_________________________地址_______________________________學號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細閱讀各種題目，在規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的基本組成包括（）

a.控制器、執行器、傳感器

b.電源、控制器、執行器、傳感器

c.控制器、執行器、傳感器、被控對象

d.電源、控制器、執行器、被控對象

2.下列哪種系統屬于開環控制系統（）

a.反饋控制系統

b.開環控制系統

c.半閉環控制系統

d.全閉環控制系統

3.在PID控制系統中，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.下列哪種系統屬于線性系統（）

a.非線性系統

b.線性系統

c.時變系統

d.非時變系統

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的基本組成包括控制器、執行器、傳感器和被控對象。電源雖然為系統提供能量，但不屬于基本組成要素。

2.答案：b

解題思路：開環控制系統是指系統的輸出不反饋到輸入端進行調節的系統。因此，開環控制系統不包含反饋回路。

3.答案：c

解題思路：PID控制系統中，P代表比例（Proportional），即根據當前誤差與設定值的比例來調整控制作用。

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：線性系統是指系統的輸出與輸入之間存在線性關系的系統。線性系統滿足疊加原理和齊次性原理。非線性系統則不滿足這些條件。二、填空題1.電氣工程自動化控制系統主要由控制器、執行器、被控對象等組成。

2.反饋控制系統根據反饋原理來實現對被控對象的有效控制。

3.PID控制系統中，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換成電信號的裝置。

5.線性系統具有疊加性、均勻性和可微分性等性質。

答案及解題思路：

1.答案：控制器、執行器、被控對象

解題思路：電氣工程自動化控制系統是利用電氣和自動化技術對生產過程或設備進行控制的一套系統。它通常由控制器、執行器和被控對象三大基本部分組成。控制器負責根據反饋信息調整執行器的操作，執行器直接作用于被控對象，而被控對象則是系統所控制的主體。

2.答案：反饋原理

解題思路：反饋控制系統是一種常用的自動控制系統，其核心原理是通過將系統的輸出部分反饋至輸入部分，以此來調節系統的行為，實現穩定控制。根據反饋原理，系統的輸出信號被引入以影響系統的控制過程。

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控制根據偏差的幅度進行調節；I控制根據偏差的累積進行調節；D控制根據偏差的變化率進行調節。

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）轉換為電信號，以便于進行測量、處理和控制。

5.答案：疊加性、均勻性、可微分性

解題思路：線性系統具有疊加性和均勻性，意味著多個輸入的響應可以通過疊加各自對應的單一輸入響應來得到；同時線性系統具有可微分性，即系統的輸出可以對其輸入進行微分操作，而不會改變系統的線性特性。這些性質使得線性系統在分析和設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主要由控制器、執行器、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的基本組成部分包括控制器，它根據輸入信號做出決策；執行器，它將控制信號轉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并與設定值比較；被控對象，即受控的物理系統或設備。這四個部分共同構成了一個基本的控制系統。

2.開環控制系統比閉環控制系統更穩定。（）

答案：×

解題思路：開環控制系統沒有反饋回路，其輸出不根據實際輸出與設定值的差異進行修正，因此容易受到外部干擾和被控對象參數變化的影響，穩定性較差。閉環控制系統通過反饋機制可以實時修正偏差，提高系統的穩定性和控制精度。

3.在PID控制系統中，比例控制可以快速消除偏差。（）

答案：×

解題思路：PID控制系統包括比例（P）、積分（I）和微分（D）控制。比例控制只能根據當前偏差進行控制，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系，而是根據一定的轉換函數來表示的。

5.線性系統一定可以精確控制被控對象。（）

答案：×

解題思路：雖然線性系統在某些條件下可以精確控制被控對象，但線性系統也有其局限性。當被控對象特性發生較大變化或系統受到嚴重干擾時，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的控制功能。四、簡答題1.簡述電氣工程自動化控制系統的基本組成及其作用。

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

2.簡述開環控制系統和閉環控制系統的區別。

答：開環控制系統是指控制信號不返回到輸入端的控制系統，而閉環控制系統是指控制信號返回到輸入端的控制系統。區別

（1）開環控制系統沒有反饋環節，系統功能易受外部干擾；閉環控制系統有反饋環節，可以減少外部干擾對系統的影響。

（2）開環控制系統設計簡單，成本較低；閉環控制系統設計復雜，成本較高。

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

3.簡述PID控制系統的原理及其在實際應用中的優勢。

答：PID控制系統是一種經典的控制算法，其原理是通過對被控對象的偏差進行比例（P）、積分（I）和微分（D）運算，得到控制信號，實現對被控對象的控制。在實際應用中，PID控制系統的優勢

（1）控制效果穩定，抗干擾能力強；

（2）易于實現，調整方便；

（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：應用于溫度檢測、熱流檢測等場合；

（2）光傳感器：應用于光電檢測、光強檢測等場合；

（3）壓力傳感器：應用于壓力檢測、流量檢測等場合；

（4）位移傳感器：應用于位移檢測、振動檢測等場合。

5.簡述線性系統的性質及其在實際應用中的意義。

答：線性系統具有以下性質：

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

（2）齊次性：輸入信號乘以一個常數，輸出信號也乘以同一個常數；

（3）線性微分和積分：線性系統滿足線性微分和積分關系。

在實際應用中，線性系統的性質具有重要意義，

（1）便于理論分析，提高控制系統的設計精度；

（2）簡化系統分析，降低設計成本；

（3）提高系統的穩定性和可靠性。

答案及解題思路：

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

解題思路：了解電氣工程自動化控制系統的基本組成及其作用，結合實際應用場景進行分析。

2.答案：開環控制系統沒有反饋環節，系統功能易受外部干擾；閉環控制系統有反饋環節，可以減少外部干擾對系統的影響。

解題思路：對比開環控制系統和閉環控制系統的特點，分析其在實際應用中的優缺點。

3.答案：PID控制系統是一種經典的控制算法，原理是通過對被控對象的偏差進行比例、積分和微分運算，得到控制信號，實現對被控對象的控制。實際應用中，PID控制系統的優勢包括控制效果穩定，抗干擾能力強，易于實現，調整方便，適用范圍廣。

解題思路：掌握PID控制系統的原理和特點，分析其在實際應用中的優勢。

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，分析其在不同應用場合的應用。

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

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

G(s)=2s^25s3

解答：

極點是使得傳遞函數的分子為零的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.計算下列系統的穩態誤差：

系統傳遞函數G(s)=K/s，給定輸入r(t)=3t

解答：

穩態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。

系統的傳遞函數為G(s)=K/s，因此G(0)=K。

所以，穩態誤差ess=1/K。

3.計算下列系統的超調量和上升時間：

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

解答：

超調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)計算超調量：

超調量=e^(ζπ/ω_n)(1cos(ω_nT_r))

由于ζ=1，超調量為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.計算下列系統的傳遞函數：

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

解答：

系統傳遞函數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.計算下列系統的響應時間：

系統傳遞函數G(s)=K/(s1)，給定輸入r(t)=1

解答：

響應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)計算響應時間T_s：

T_s=4ζ/ω_n

T_s=41/0

T_s=∞（無限響應時間）

答案及解題思路：

答案：

1.極點：s1=1,s2=3/2

2.穩態誤差：ess=1/K

3.超調量：100%，上升時間：∞

4.傳遞函數：H(s)=3/(s1)^2

5.響應時間：∞

解題思路：

1.通過求解特征方程找到極點。

2.使用穩態誤差公式和系統輸入的拉普拉斯變換計算穩態誤差。

3.使用系統傳遞函數和初始條件計算超調量和上升時間。

4.使用拉普拉斯變換計算系統的傳遞函數。

5.通過系統傳遞函數和輸入計算響應時間。六、分析題1.分析PID控制系統中比例控制、積分控制和微分控制的作用及在實際應用中的關系。

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

積分控制（I）：作用是消除系統誤差，使系統達到穩態。積分控制對于長期穩定控制效果顯著，但響應速度較慢。

微分控制（D）：作用是預測系統未來的誤差趨勢，對系統進行超調抑制。微分控制可以提高系統的動態功能，減少超調和振蕩。

在實際應用中，比例控制、積分控制和微分控制往往結合使用，以實現更好的控制效果。它們之間的關系是互補的，通過合理配置，可以使控制系統既快速響應，又能穩定運行。

2.分析傳感器在實際應用中可能遇到的干擾及其解決方法。

干擾：傳感器在實際應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：通過環境控制，如使用恒溫箱，或者采用溫度補償技術。

噪聲干擾：提高信號質量，如使用濾波器減少噪聲，或者采用抗噪聲技術。

3.分析線性系統在實際應用中可能遇到的問題及其解決方法。

問題：線性系統在實際應用中可能遇到的問題包括系統不穩定、響應速度慢、精度低等。

解決方法：

系統不穩定：通過調整系統參數，如增加阻尼系數，實現穩定控制。

響應速度慢：優化控制算法，提高系統響應速度。

精度低：采用高精度傳感器和測量設備，或者對系統進行校準。

4.分析電氣工程自動化控制系統在實際應用中的優缺點及其發展趨勢。

優點：

提高生產效率，降低人力成本。

提高產品質量，保證生產過程的穩定性。

實現生產過程的自動化，提高企業的核心競爭力。

缺點：

初始投資成本高。

技術更新快，需要不斷進行技術投入。

系統維護和操作較為復雜。

發展趨勢：

智能化、網絡化、集成化。

高功能、高可靠性、易維護性。

綠色、節能、環保。

5.分析PID控制系統在實際應用中的參數整定方法及注意事項。

參數整定方法：

試湊法：通過調整參數，觀察系統響應，找到合適的參數組合。

ZieglerNichols方法：根據系統響應時間、過沖量等參數，計算出合適的參數。

頻率響應法：通過測量系統的頻率響應，確定最佳參數。

注意事項：

參數整定應在系統穩定運行的情況下進行。

參數整定應考慮系統的實際工作條件。

參數整定過程中，應密切關注系統動態響應，避免系統不穩定。

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控制系統中的三個基本組成部分，它們在實際應用中各有作用，并通過合理的配置實現互補，以達到最佳的控制效果。

2.傳感器在實際應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、環境控制和濾波器等。

3.線性系統在實際應用中可能遇到的問題有系統不穩定、響應速度慢和精度低，解決方法包括調整系統參數、優化控制算法和采用高精度設備等。

4.電氣工程自動化控制系統在實際應用中的優點包括提高生產效率、產品質量和核心競爭力，缺點包括初始投資成本高、技術更新快和維護復雜。發展趨勢是智能化、網絡化、集成化，高功能、高可靠性、易維護性，綠色、節能、環保。

5.PID控制系統在實際應用中的參數整定方法有試湊法、ZieglerNichols方法和頻率響應法，注意事項包括在系統穩定運行時進行參數整定、考慮實際工作條件和密切關注系統動態響應。

解題思路：

1.理解PID控制系統中各控制的作用和關系，結合實際應用場景進行分析。

2.掌握傳感器干擾的類型及其解決方法，能夠根據實際情況選擇合適的解決方案。

3.分析線性系統在實際應用中可能遇到的問題，并針對問題提出相應的解決策略。

4.對電氣工程自動化控制系統的優缺點和發展趨勢進行綜合分析，了解行業動態。

5.熟悉PID控制系統的參數整定方法，注意整定過程中的注意事項，以保證系統穩定運行。

：七、論述題1.論述電氣工程自動化控制系統在現代工業生產中的重要性及其發展趨勢。

答案：電氣工程自動化控制系統在現代工業生產中具有重要性，它提高了生產效率，降低了勞動強度，優化了生產流程，提升了產品質量和可靠性。發展趨勢包括向智能化、集成化、網絡化和自主化方向發展。

解題思路：首先闡述電氣工程自動化控制系統在提高生產效率、降低勞動強度、優化生產流程等方面的作用；其次分析其在提高產品質量和