电气工程自动化控制练习题

电气工程自动化控制练习题姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.电气工程自动化控制系统的基本组成包括（）

a.控制器、执行器、传感器

b.电源、控制器、执行器、传感器

c.控制器、执行器、传感器、被控对象

d.电源、控制器、执行器、被控对象

2.下列哪种系统属于开环控制系统（）

a.反馈控制系统

b.开环控制系统

c.半闭环控制系统

d.全闭环控制系统

3.在PID控制系统中，P表示（）

a.积分

b.微分

c.比例

d.积分与比例

4.下列哪种传感器输出信号与输入信号成正比（）

a.电阻式传感器

b.电容式传感器

c.霍尔式传感器

d.压电式传感器

5.下列哪种系统属于线性系统（）

a.非线性系统

b.线性系统

c.时变系统

d.非时变系统

答案及解题思路：

1.答案：c

解题思路：电气工程自动化控制系统的基本组成包括控制器、执行器、传感器和被控对象。电源虽然为系统提供能量，但不属于基本组成要素。

2.答案：b

解题思路：开环控制系统是指系统的输出不反馈到输入端进行调节的系统。因此，开环控制系统不包含反馈回路。

3.答案：c

解题思路：PID控制系统中，P代表比例（Proportional），即根据当前误差与设定值的比例来调整控制作用。

4.答案：a

解题思路：电阻式传感器输出信号与输入信号成正比，即输入信号的变化会导致电阻值的变化，从而输出与之成比例的电压或电流信号。

5.答案：b

解题思路：线性系统是指系统的输出与输入之间存在线性关系的系统。线性系统满足叠加原理和齐次性原理。非线性系统则不满足这些条件。二、填空题1.电气工程自动化控制系统主要由控制器、执行器、被控对象等组成。

2.反馈控制系统根据反馈原理来实现对被控对象的有效控制。

3.PID控制系统中，P表示比例控制，D表示微分控制，I表示积分控制。

4.传感器是将物理量转换成电信号的装置。

5.线性系统具有叠加性、均匀性和可微分性等性质。

答案及解题思路：

1.答案：控制器、执行器、被控对象

解题思路：电气工程自动化控制系统是利用电气和自动化技术对生产过程或设备进行控制的一套系统。它通常由控制器、执行器和被控对象三大基本部分组成。控制器负责根据反馈信息调整执行器的操作，执行器直接作用于被控对象，而被控对象则是系统所控制的主体。

2.答案：反馈原理

解题思路：反馈控制系统是一种常用的自动控制系统，其核心原理是通过将系统的输出部分反馈至输入部分，以此来调节系统的行为，实现稳定控制。根据反馈原理，系统的输出信号被引入以影响系统的控制过程。

3.答案：比例、微分、积分

解题思路：PID控制器是一种常见的工业控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。P控制根据偏差的幅度进行调节；I控制根据偏差的累积进行调节；D控制根据偏差的变化率进行调节。

4.答案：物理量、电信号

解题思路：传感器是检测装置，它将各种非电物理量（如温度、压力、速度等）转换为电信号，以便于进行测量、处理和控制。

5.答案：叠加性、均匀性、可微分性

解题思路：线性系统具有叠加性和均匀性，意味着多个输入的响应可以通过叠加各自对应的单一输入响应来得到；同时线性系统具有可微分性，即系统的输出可以对其输入进行微分操作，而不会改变系统的线性特性。这些性质使得线性系统在分析和设计时更加简单和方便。三、判断题1.电气工程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。（）

答案：√

解题思路：电气工程自动化控制系统的基本组成部分包括控制器，它根据输入信号做出决策；执行器，它将控制信号转换为对被控对象的物理作用；传感器，它检测被控对象的实际状态并与设定值比较；被控对象，即受控的物理系统或设备。这四个部分共同构成了一个基本的控制系统。

2.开环控制系统比闭环控制系统更稳定。（）

答案：×

解题思路：开环控制系统没有反馈回路，其输出不根据实际输出与设定值的差异进行修正，因此容易受到外部干扰和被控对象参数变化的影响，稳定性较差。闭环控制系统通过反馈机制可以实时修正偏差，提高系统的稳定性和控制精度。

3.在PID控制系统中，比例控制可以快速消除偏差。（）

答案：×

解题思路：PID控制系统包括比例（P）、积分（I）和微分（D）控制。比例控制只能根据当前偏差进行控制，不能消除历史偏差积累的影响，因此不能快速消除偏差。积分控制可以累积偏差，逐渐减小偏差，而微分控制可以预测未来偏差，但比例控制本身不具备快速消除偏差的能力。

4.所有的传感器输出信号都与输入信号成正比。（）

答案：×

解题思路：并非所有传感器输出信号都与输入信号成正比。有些传感器如热电偶、霍尔传感器等，其输出信号与输入物理量之间不是线性关系，而是根据一定的转换函数来表示的。

5.线性系统一定可以精确控制被控对象。（）

答案：×

解题思路：虽然线性系统在某些条件下可以精确控制被控对象，但线性系统也有其局限性。当被控对象特性发生较大变化或系统受到严重干扰时，线性模型可能不再适用，这时精确控制变得困难。实际工程中，往往需要考虑非线性因素，采取非线性控制策略来提高系统的控制功能。四、简答题1.简述电气工程自动化控制系统的基本组成及其作用。

答：电气工程自动化控制系统的基本组成包括传感器、控制器、执行器和被控对象。其中，传感器用于检测被控对象的物理量，控制器根据检测到的信号进行计算处理，并输出控制信号给执行器，执行器再将控制信号转化为物理量，对被控对象进行控制。其作用是实现被控对象的自动控制，提高生产效率，降低能耗，保证生产过程的安全可靠。

2.简述开环控制系统和闭环控制系统的区别。

答：开环控制系统是指控制信号不返回到输入端的控制系统，而闭环控制系统是指控制信号返回到输入端的控制系统。区别

（1）开环控制系统没有反馈环节，系统功能易受外部干扰；闭环控制系统有反馈环节，可以减少外部干扰对系统的影响。

（2）开环控制系统设计简单，成本较低；闭环控制系统设计复杂，成本较高。

（3）开环控制系统适用于对精度要求不高的场合；闭环控制系统适用于对精度要求较高的场合。

3.简述PID控制系统的原理及其在实际应用中的优势。

答：PID控制系统是一种经典的控制算法，其原理是通过对被控对象的偏差进行比例（P）、积分（I）和微分（D）运算，得到控制信号，实现对被控对象的控制。在实际应用中，PID控制系统的优势

（1）控制效果稳定，抗干扰能力强；

（2）易于实现，调整方便；

（3）适用范围广，适用于各种控制对象。

4.简述传感器的分类及其应用场合。

答：传感器按检测原理分类，可分为以下几种：

（1）热传感器：应用于温度检测、热流检测等场合；

（2）光传感器：应用于光电检测、光强检测等场合；

（3）压力传感器：应用于压力检测、流量检测等场合；

（4）位移传感器：应用于位移检测、振动检测等场合。

5.简述线性系统的性质及其在实际应用中的意义。

答：线性系统具有以下性质：

（1）叠加原理：多个输入信号引起的输出响应等于各输入信号单独引起的输出响应之和；

（2）齐次性：输入信号乘以一个常数，输出信号也乘以同一个常数；

（3）线性微分和积分：线性系统满足线性微分和积分关系。

在实际应用中，线性系统的性质具有重要意义，

（1）便于理论分析，提高控制系统的设计精度；

（2）简化系统分析，降低设计成本；

（3）提高系统的稳定性和可靠性。

答案及解题思路：

1.答案：电气工程自动化控制系统的基本组成包括传感器、控制器、执行器和被控对象，作用是实现被控对象的自动控制，提高生产效率，降低能耗，保证生产过程的安全可靠。

解题思路：了解电气工程自动化控制系统的基本组成及其作用，结合实际应用场景进行分析。

2.答案：开环控制系统没有反馈环节，系统功能易受外部干扰；闭环控制系统有反馈环节，可以减少外部干扰对系统的影响。

解题思路：对比开环控制系统和闭环控制系统的特点，分析其在实际应用中的优缺点。

3.答案：PID控制系统是一种经典的控制算法，原理是通过对被控对象的偏差进行比例、积分和微分运算，得到控制信号，实现对被控对象的控制。实际应用中，PID控制系统的优势包括控制效果稳定，抗干扰能力强，易于实现，调整方便，适用范围广。

解题思路：掌握PID控制系统的原理和特点，分析其在实际应用中的优势。

4.答案：传感器按检测原理分类，可分为热传感器、光传感器、压力传感器和位移传感器，应用场合包括温度检测、光电检测、压力检测、位移检测等。

解题思路：了解传感器的分类和特点，分析其在不同应用场合的应用。

5.答案：线性系统具有叠加原理、齐次性和线性微分积分性质，实际应用中，线性系统的性质具有重要意义，如便于理论分析，提高控制系统的设计精度，简化系统分析，降低设计成本，提高系统的稳定性和可靠性。

解题思路：掌握线性系统的性质，分析其在实际应用中的意义。五、计算题1.计算下列传递函数的极点：

G(s)=2s^25s3

解答：

极点是使得传递函数的分子为零的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，极点为s1=1和s2=3/2。

2.计算下列系统的稳态误差：

系统传递函数G(s)=K/s，给定输入r(t)=3t

解答：

稳态误差可以通过以下公式计算：

ess=1/G(0)

对于输入r(t)=3t，其拉普拉斯变换为R(s)=3/s^2。

系统的传递函数为G(s)=K/s，因此G(0)=K。

所以，稳态误差ess=1/K。

3.计算下列系统的超调量和上升时间：

系统传递函数G(s)=10/(s1)，初始条件为x(0)=1，x'(0)=0

解答：

超调量和上升时间可以通过以下步骤计算：

a)计算自然频率ω_n和阻尼比ζ：

G(s)=10/(s1)

ω_n=10，ζ=1

b)计算超调量：

超调量=e^(ζπ/ω_n)(1cos(ω_nT_r))

由于ζ=1，超调量为100%

c)计算上升时间T_r：

T_r=ln(1ζ)/ω_n

T_r=ln(11)/10

T_r=∞（无限上升时间）

4.计算下列系统的传递函数：

系统输入r(t)=e^(t)sin(2t)，输出y(t)=e^(t)sin(2t)

解答：

系统传递函数H(s)可以通过以下公式计算：

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

其中，R(s)是输入的拉普拉斯变换，Y(s)是输出的拉普拉斯变换。

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.计算下列系统的响应时间：

系统传递函数G(s)=K/(s1)，给定输入r(t)=1

解答：

响应时间可以通过以下步骤计算：

a)计算自然频率ω_n和阻尼比ζ：

G(s)=K/(s1)

ω_n=0，ζ=1

b)计算响应时间T_s：

T_s=4ζ/ω_n

T_s=41/0

T_s=∞（无限响应时间）

答案及解题思路：

答案：

1.极点：s1=1,s2=3/2

2.稳态误差：ess=1/K

3.超调量：100%，上升时间：∞

4.传递函数：H(s)=3/(s1)^2

5.响应时间：∞

解题思路：

1.通过求解特征方程找到极点。

2.使用稳态误差公式和系统输入的拉普拉斯变换计算稳态误差。

3.使用系统传递函数和初始条件计算超调量和上升时间。

4.使用拉普拉斯变换计算系统的传递函数。

5.通过系统传递函数和输入计算响应时间。六、分析题1.分析PID控制系统中比例控制、积分控制和微分控制的作用及在实际应用中的关系。

比例控制（P）：作用是使控制系统的输出与误差成比例，即输出控制量与误差的大小成正比。在实际应用中，比例控制可以迅速减小误差，但无法消除稳态误差。

积分控制（I）：作用是消除系统误差，使系统达到稳态。积分控制对于长期稳定控制效果显著，但响应速度较慢。

微分控制（D）：作用是预测系统未来的误差趋势，对系统进行超调抑制。微分控制可以提高系统的动态功能，减少超调和振荡。

在实际应用中，比例控制、积分控制和微分控制往往结合使用，以实现更好的控制效果。它们之间的关系是互补的，通过合理配置，可以使控制系统既快速响应，又能稳定运行。

2.分析传感器在实际应用中可能遇到的干扰及其解决方法。

干扰：传感器在实际应用中可能遇到的干扰包括电磁干扰、热干扰、噪声干扰等。

解决方法：

电磁干扰：采用屏蔽措施，如使用屏蔽电缆、金属屏蔽壳等。

热干扰：通过环境控制，如使用恒温箱，或者采用温度补偿技术。

噪声干扰：提高信号质量，如使用滤波器减少噪声，或者采用抗噪声技术。

3.分析线性系统在实际应用中可能遇到的问题及其解决方法。

问题：线性系统在实际应用中可能遇到的问题包括系统不稳定、响应速度慢、精度低等。

解决方法：

系统不稳定：通过调整系统参数，如增加阻尼系数，实现稳定控制。

响应速度慢：优化控制算法，提高系统响应速度。

精度低：采用高精度传感器和测量设备，或者对系统进行校准。

4.分析电气工程自动化控制系统在实际应用中的优缺点及其发展趋势。

优点：

提高生产效率，降低人力成本。

提高产品质量，保证生产过程的稳定性。

实现生产过程的自动化，提高企业的核心竞争力。

缺点：

初始投资成本高。

技术更新快，需要不断进行技术投入。

系统维护和操作较为复杂。

发展趋势：

智能化、网络化、集成化。

高功能、高可靠性、易维护性。

绿色、节能、环保。

5.分析PID控制系统在实际应用中的参数整定方法及注意事项。

参数整定方法：

试凑法：通过调整参数，观察系统响应，找到合适的参数组合。

ZieglerNichols方法：根据系统响应时间、过冲量等参数，计算出合适的参数。

频率响应法：通过测量系统的频率响应，确定最佳参数。

注意事项：

参数整定应在系统稳定运行的情况下进行。

参数整定应考虑系统的实际工作条件。

参数整定过程中，应密切关注系统动态响应，避免系统不稳定。

答案及解题思路：

答案：

1.比例控制、积分控制和微分控制是PID控制系统中的三个基本组成部分，它们在实际应用中各有作用，并通过合理的配置实现互补，以达到最佳的控制效果。

2.传感器在实际应用中可能遇到的干扰有电磁干扰、热干扰和噪声干扰，解决方法包括采用屏蔽措施、环境控制和滤波器等。

3.线性系统在实际应用中可能遇到的问题有系统不稳定、响应速度慢和精度低，解决方法包括调整系统参数、优化控制算法和采用高精度设备等。

4.电气工程自动化控制系统在实际应用中的优点包括提高生产效率、产品质量和核心竞争力，缺点包括初始投资成本高、技术更新快和维护复杂。发展趋势是智能化、网络化、集成化，高功能、高可靠性、易维护性，绿色、节能、环保。

5.PID控制系统在实际应用中的参数整定方法有试凑法、ZieglerNichols方法和频率响应法，注意事项包括在系统稳定运行时进行参数整定、考虑实际工作条件和密切关注系统动态响应。

解题思路：

1.理解PID控制系统中各控制的作用和关系，结合实际应用场景进行分析。

2.掌握传感器干扰的类型及其解决方法，能够根据实际情况选择合适的解决方案。

3.分析线性系统在实际应用中可能遇到的问题，并针对问题提出相应的解决策略。

4.对电气工程自动化控制系统的优缺点和发展趋势进行综合分析，了解行业动态。

5.熟悉PID控制系统的参数整定方法，注意整定过程中的注意事项，以保证系统稳定运行。

：七、论述题1.论述电气工程自动化控制系统在现代工业生产中的重要性及其发展趋势。

答案：电气工程自动化控制系统在现代工业生产中具有重要性，它提高了生产效率，降低了劳动强度，优化了生产流程，提升了产品质量和可靠性。发展趋势包括向智能化、集成化、网络化和自主化方向发展。

解题思路：首先阐述电气工程自动化控制系统在提高生产效率、降低劳动强度、优化生产流程等方面的作用；其次分析其在提高产品质量和