电气工程自动化控制原理题库

电气工程自动化控制原理题库姓名_________________________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主要特点是：

a.人工干预

b.自动运行

c.静态控制

d.动态控制

2.在电气工程自动化控制系统中，下列哪种传感器应用最广泛？

a.温度传感器

b.压力传感器

c.流量传感器

d.声波传感器

3.PID控制算法中，P代表什么？

a.比例

b.积分

c.微分

d.全部都是

4.下列哪种控制策略适用于复杂控制系统的设计？

a.分层控制

b.线性控制

c.非线性控制

d.自适应控制

5.电气工程自动化控制系统中的反馈控制，其目的是：

a.减小系统误差

b.提高系统精度

c.提高系统稳定性

d.a和b

答案及解题思路：

1.答案：b.自动运行

解题思路：电气工程自动化控制系统通过自动化技术，实现对电气设备的自动监控和控制，从而实现生产过程的自动化。因此，其主要特点是自动运行。

2.答案：a.温度传感器

解题思路：温度传感器在电气工程自动化控制系统中应用广泛，因为许多电气设备和系统都与温度有关，如电机、变压器等，因此需要通过温度传感器进行实时监控。

3.答案：a.比例

解题思路：PID控制算法中的P代表比例，即根据误差大小进行控制，使输出信号与误差成正比。

4.答案：a.分层控制

解题思路：分层控制是一种适用于复杂控制系统的设计策略，它将控制系统分为多个层次，实现模块化设计，提高系统的稳定性和可靠性。

5.答案：d.a和b

解题思路：反馈控制通过不断检测系统的输出与期望值之间的差异，并调整控制输入，以达到减小系统误差和提高系统精度的目的。二、填空题1.电气工程自动化控制系统主要由被控对象、控制器、执行机构三大部分组成。

2.在PID控制算法中，T代表积分时间，Tm代表微分时间。

3.在电气工程自动化控制系统中，闭环控制比开环控制具有稳定性和抗干扰性等优点。

4.电气工程自动化控制系统中的调节器，按其结构可分为模拟调节器、数字调节器和混合调节器三种类型。

5.在电气工程自动化控制系统中，控制器的输出信号一般通过传动机构传递给执行机构。

答案及解题思路：

答案：

1.被控对象、控制器、执行机构

2.积分时间、微分时间

3.稳定性、抗干扰性

4.模拟调节器、数字调节器、混合调节器

5.传动机构

解题思路：

1.电气工程自动化控制系统的基本组成部分需要记忆，被控对象是控制对象，控制器负责控制过程，执行机构是实际执行控制指令的部件。

2.PID控制算法中的参数T和Tm分别代表积分和微分的时间常数，这是PID控制参数的基本概念。

3.闭环控制相较于开环控制，由于包含了反馈环节，能够提供系统稳定性和抗干扰能力。

4.调节器的类型根据其结构和工作原理不同，可以分为模拟、数字和混合三种。

5.控制器的输出信号需要通过某种介质或机构传递给执行机构，传动机构是常见的传递介质。三、判断题1.电气工程自动化控制系统只能应用于工业生产领域。（×）

解题思路：电气工程自动化控制系统不仅应用于工业生产领域，还广泛应用于航空航天、交通运输、医疗设备、智能建筑等多个领域。因此，这一说法是错误的。

2.在电气工程自动化控制系统中，开环控制系统比闭环控制系统更加稳定。（×）

解题思路：开环控制系统由于其没有反馈环节，无法根据实际输出调整控制量，因此对系统扰动的适应性较差，稳定性不如闭环控制系统。闭环控制系统可以通过反馈来调节系统，提高稳定性和抗干扰能力。因此，这一说法是错误的。

3.PID控制算法在电气工程自动化控制系统中应用最广泛。（√）

解题思路：PID（比例积分微分）控制算法因其结构简单、参数调整方便、适用范围广等优点，在电气工程自动化控制系统中应用非常广泛。这一说法是正确的。

4.温度传感器在电气工程自动化控制系统中主要用于测量温度。（√）

解题思路：温度传感器是专门用于测量温度的传感器，其工作原理是将温度变化转换为电信号，因此在电气工程自动化控制系统中主要用于测量温度。这一说法是正确的。

5.在电气工程自动化控制系统中，执行机构的响应速度越快，控制效果越好。（×）

解题思路：执行机构的响应速度虽然重要，但并非越快越好。过快的响应可能导致系统过冲，反而影响控制效果。合理的响应速度应考虑系统动态特性和稳定性要求。因此，这一说法是错误的。

答案及解题思路：

答案：

1.×

2.×

3.√

4.√

5.×

解题思路：

对于第一题，考虑了自动化控制系统的广泛应用领域。

第二题分析了开环和闭环控制系统的稳定性差异。

第三题依据PID控制算法的实际应用情况作出判断。

第四题明确了温度传感器的功能。

第五题考虑了执行机构响应速度与控制效果的关系。四、简答题1.简述电气工程自动化控制系统的发展历程。

解题思路：

（1）从早期手动控制到电动控制的发展；

（2）从继电器逻辑控制到可编程逻辑控制器（PLC）的兴起；

（3）从模拟控制到数字控制的转变；

（4）现代智能控制技术的发展，如模糊控制、神经网络控制等。

2.简述电气工程自动化控制系统的组成。

解题思路：

（1）输入单元：传感器、变送器等；

（2）控制单元：PLC、微处理器等；

（3）执行单元：电机、执行器等；

（4）反馈单元：检测元件、反馈回路等；

（5）人机界面：显示屏、操作面板等。

3.简述PID控制算法的基本原理。

解题思路：

PID控制算法是一种常见的控制策略，其基本原理

（1）比例（P）控制：根据偏差的大小直接调整控制量；

（2）积分（I）控制：根据偏差的积分值调整控制量，消除稳态误差；

（3）微分（D）控制：根据偏差的变化率调整控制量，提高系统的响应速度。

4.简述闭环控制与开环控制的区别。

解题思路：

（1）闭环控制：系统中包含反馈回路，控制量与实际输出值有关；

（2）开环控制：系统中没有反馈回路，控制量与实际输出值无关；

（3）闭环控制具有更好的稳定性和抗干扰能力，但系统设计较为复杂；

（4）开环控制设计简单，但稳定性较差，易受外部干扰。

5.简述传感器在电气工程自动化控制系统中的作用。

解题思路：

（1）采集实时数据：传感器能够实时监测系统的各种参数，如温度、压力、流量等；

（2）信号转换：将非电信号转换为电信号，便于后续处理；

（3）提供反馈信息：传感器输出的信号用于反馈到控制单元，实现闭环控制；

（4）提高系统精度：通过精确的传感器数据，提高控制系统的控制精度。

答案及解题思路：

1.电气工程自动化控制系统的发展历程：

早期手动控制到电动控制；

继电器逻辑控制到PLC的兴起；

模拟控制到数字控制的转变；

现代智能控制技术的发展。

2.电气工程自动化控制系统的组成：

输入单元：传感器、变送器；

控制单元：PLC、微处理器；

执行单元：电机、执行器；

反馈单元：检测元件、反馈回路；

人机界面：显示屏、操作面板。

3.PID控制算法的基本原理：

比例（P）控制：根据偏差的大小直接调整控制量；

积分（I）控制：根据偏差的积分值调整控制量，消除稳态误差；

微分（D）控制：根据偏差的变化率调整控制量，提高系统的响应速度。

4.闭环控制与开环控制的区别：

闭环控制：包含反馈回路，控制量与实际输出值有关；

开环控制：无反馈回路，控制量与实际输出值无关；

闭环控制稳定性好，抗干扰能力强，但设计复杂；

开环控制设计简单，但稳定性较差，易受干扰。

5.传感器在电气工程自动化控制系统中的作用：

采集实时数据；

信号转换；

提供反馈信息；

提高系统精度。五、论述题1.结合实际案例，论述电气工程自动化控制系统的设计原则。

案例背景：某钢铁厂炼钢车间自动化控制系统设计。

设计原则：

a.系统的可靠性原则：保证系统在极端条件下仍能稳定运行。

b.系统的灵活性原则：设计时应考虑未来可能的系统扩展和升级。

c.系统的经济性原则：在满足功能要求的前提下，尽可能降低成本。

d.系统的标准化原则：采用标准化的组件和接口，便于维护和升级。

e.系统的易用性原则：操作界面友好，便于操作人员理解和操作。

2.论述电气工程自动化控制系统在工业生产中的重要性。

重要性：

a.提高生产效率：自动化控制系统可实时监控生产过程，减少人工干预，提高生产效率。

b.提高产品质量：自动化控制系统可精确控制生产参数，保证产品质量稳定。

c.降低生产成本：自动化控制系统可减少人工成本，提高能源利用率，降低生产成本。

d.提高安全性：自动化控制系统可实时监测设备状态，预防发生，提高生产安全性。

3.论述电气工程自动化控制系统的安全与可靠性要求。

安全与可靠性要求：

a.系统的实时性：保证控制系统对生产过程的响应时间满足要求。

b.系统的抗干扰性：提高系统在电磁干扰、温度变化等恶劣环境下的稳定性。

c.系统的冗余设计：采用冗余技术，保证系统在关键部件故障时仍能正常运行。

d.系统的故障诊断与处理：具备故障诊断功能，及时发觉并处理故障。

e.系统的网络安全：保证控制系统不受网络攻击，保障生产数据安全。

4.结合实际案例，论述电气工程自动化控制系统的优化方法。

案例背景：某化工企业自动化控制系统优化。

优化方法：

a.优化控制算法：采用先进控制算法，提高系统控制精度和响应速度。

b.优化系统架构：改进系统架构，提高系统可靠性和可扩展性。

c.优化设备选型：选用功能优良、可靠性高的设备，降低故障率。

d.优化操作策略：制定合理的操作策略，降低能耗和提高生产效率。

e.优化维护管理：加强系统维护管理，保证系统长期稳定运行。

5.论述电气工程自动化控制系统在未来发展趋势。

发展趋势：

a.智能化：利用人工智能、大数据等技术，实现自动化控制系统的智能化。

b.网络化：通过物联网技术，实现控制系统与生产设备的互联互通。

c.绿色化：采用节能环保技术，降低生产过程中的能源消耗和污染排放。

d.安全化：加强系统安全防护，提高生产过程的安全性。

答案及解题思路：

1.答案：

设计原则包括可靠性、灵活性、经济性、标准化和易用性。

解题思路：结合实际案例，分析设计原则在案例中的应用，阐述其重要性。

2.答案：

重要性包括提高生产效率、产品质量、降低生产成本和提高安全性。

解题思路：从提高生产效率、产品质量、降低成本和安全性等方面论述自动化控制系统在工业生产中的重要性。

3.答案：

安全与可靠性要求包括实时性、抗干扰性、冗余设计、故障诊断与处理和网络安全。

解题思路：分析自动化控制系统在安全与可靠性方面的具体要求，结合实际案例进行阐述。

4.答案：

优化方法包括优化控制算法、系统架构、设备选型、操作策略和维护管理。

解题思路：结合实际案例，分析自动化控制系统优化的具体方法，阐述其效果。

5.答案：

发展趋势包括智能化、网络化、绿色化和安全化。

解题思路：从智能化、网络化、绿色化和安全化等方面论述自动化控制系统未来的发展趋势。六、应用题1.设计PID控制系统的参数设置方案

控制对象：G(s)=K/(sT)

要求：超调量≤10%，上升时间1秒

2.设计自适应控制系统的控制策略

控制对象：G(s)=K/(sa)

要求：超调量≤15%，调整时间5秒

答案及解题思路：

1.设计PID控制系统的参数设置方案

答案：

设定PID控制器参数为P=1.414K，I=0，D=0.05K/T。

解题思路：

首先确定系统的自然频率ω_n和阻尼比ζ，由传递函数G(s)=K/(sT)可得：

ω_n=1/T，ζ=1

为了满足超调量不超过10%，需要计算临界阻尼比ζ_c，使得ζ_c=110%=0.9。

根据ζ_c和ω_n的关系，可以计算出ω_n的值：

ζ_c=ω_n/√(ω_n^24T^2)=>ω_n=ζ_c√(ω_n^24T^2)

=>0.9=ω_n/√(ω_n^24T^2)=>ω_n=0.9√(ω_n^24T^2)

=>ω_n^2=0.81(ω_n^24T^2)=>ω_n^2=3.24T^2

=>ω_n=√(3.24)T

然后根据ω_n和ζ计算PID参数：

P=K/(2ζω_n)=K/(20.9√(3.24)T)=1.414K

I=0（由于系统没有积分环节，I参数设为0）

D=K/(4ζω_n^2)=K/(40.9(3.24T^2))=0.05K/T

2.设计自适应控制系统的控制策略

答案：

采用自适应律参数调整策略，其中自适应律为：K=K0ε(e(t)/s(t))

解题思路：

系统的传递函数G(s)=K/(sa)表明参数a是不确定的，因此需要一个自适应机制来调整K值。

自适应律中的K0是初始增益，ε是学习率，e(t)是误差信号，s(t)是系统的输出。

当系统输入阶跃信号时，s(t)将根据K值进行调整。如果s(t)的响应超调量或调整时间不符合要求，ε将根据误差信号e(t)调整K值。

为了保证超调量不超过15%，可以设置ε的初始值，使得K值在系统响应时能够快速调整。

当调整时间小于5秒时，自适应律中的ε应该足够小，以避免过度调整，但又要足够大，以保证在短时间内达到期望的响应功能。七、综合题1.某电气工程自动化控制系统组成及其工作原理

（一）系统组成

1.输入环节：传感器

2.前馈环节：放大器

3.反馈环节：PID控制器

4.执行机构：电机

（二）工作原理

1.传感器测量被控制量，并将信号传递给放大器。

2.放大器将传感器信号放大，提高控制精度。

3.放大后的信号传递给PID控制器，PID控制器根据预设参数调整系统输出。

4.系统输出经过执行机构（电机）作用于被控制对象。

5.执行机构驱动执行任务，同时将执行结果反馈给传感器。

6.传感器将反馈信号传递