山东省2025年春季高考技能测试自动控制类专业样题.docxVIP

PAGE

1-

山东省2025年春季高考技能测试自动控制类专业样题

一、基础知识与应用题

(1)自动控制系统的基本组成包括控制器、执行器、被控对象和反馈环节。以某炼油厂的温度控制系统为例，该系统采用PID控制器对反应釜的温度进行控制。在实际运行中，通过传感器实时监测反应釜的温度，并将数据反馈给控制器。控制器根据预设的温度值和实际温度值之间的偏差，计算出控制信号，通过执行器调节加热器的功率，实现对反应釜温度的精确控制。据统计，该系统实施后，温度控制精度提高了20%，生产效率提升了15%。

(2)在自动控制系统中，稳态误差是衡量系统性能的重要指标。以某自动化生产线上的速度控制系统为例，该系统采用比例-积分-微分（PID）控制器，对生产线的速度进行控制。在系统调试过程中，通过调整PID参数，使得稳态误差从原来的±5%降低到±2%。具体来说，通过增加积分环节，提高了系统对速度偏差的响应速度；通过增加微分环节，增强了系统对速度变化的预测能力。这一改进使得生产线的速度稳定性得到了显著提升，从而提高了产品质量和生产效率。

(3)在实际应用中，自动控制系统常常需要处理非线性问题。以某电梯控制系统为例，电梯在启动、加速、减速和停止过程中，其运动状态呈现出非线性特性。针对这一问题，设计了一种基于模糊控制器的电梯控制系统。该系统通过模糊逻辑对电梯的运动状态进行识别，并实时调整控制策略，以适应非线性变化。实践表明，该系统在处理非线性问题时，能够有效降低电梯的振动和噪声，提高乘客的乘坐舒适度。此外，通过优化控制算法，电梯的平均运行时间缩短了10%，能源消耗降低了15%。

二、自动控制理论题

(1)在自动控制理论中，传递函数是描述系统动态特性的关键工具。以某化学反应器控制系统为例，该系统的传递函数为G(s)=K/(s+T)，其中K为系统增益，T为时间常数。在实际应用中，通过仿真实验发现，当系统增益K=10，时间常数T=0.5s时，系统的阶跃响应时间约为1s，超调量为5%。为了提高系统的响应速度和稳定性，可以通过增加系统的阻尼比，将传递函数修改为G(s)=K/(s^2+2ζω_ns+ω_n^2)，其中ζ为阻尼比，ω_n为自然频率。仿真结果显示，当阻尼比ζ=0.7，自然频率ω_n=10rad/s时，系统响应时间缩短至0.8s，超调量降至2%。

(2)在自动控制理论中，稳定性分析是评估系统性能的重要环节。以某电力系统稳态调节器为例，该调节器采用比例-积分（PI）控制器对电压进行调节。通过Bode图分析，系统开环传递函数为G(s)=K/(s+T)，其中K为比例增益，T为积分时间常数。在频率范围内，当增益K=10，时间常数T=0.5s时，系统稳定裕度为20dB，相位裕度为45度。为提高系统稳定性，可以通过增加比例增益或减小时间常数来实现。例如，将K增加到15，T减小到0.3s，此时系统稳定裕度提升至25dB，相位裕度增加到50度，从而提高了系统的抗干扰能力。

(3)在自动控制理论中，频率响应是描述系统对不同频率信号响应特性的指标。以某滤波器设计为例，该滤波器采用二阶有源滤波器，其传递函数为G(s)=(s^2+2ζω_ns+ω_n^2)/(s^2+2ζω_ns+ω_n^2+R^2)。在设计过程中，需要确定滤波器的截止频率ω_c、阻尼比ζ和品质因数Q。通过仿真分析，当截止频率ω_c=100Hz，阻尼比ζ=0.707，品质因数Q=10时，滤波器对50Hz的信号衰减达到30dB，对100Hz的信号衰减达到60dB。这种滤波器广泛应用于音频信号处理、通信系统等领域，有效抑制了噪声干扰，提高了信号质量。

三、实际控制系统分析与应用题

(1)在实际控制系统中，对某自动化生产线的速度控制系统进行分析，系统采用矢量控制技术，实现了对电机转速和转矩的精确控制。通过对系统进行建模和仿真，确定了电机模型的参数，包括电磁转矩系数、电感、电阻等。在实际运行中，系统通过实时监测电机的转速和负载，自动调整PWM信号，确保电机在负载变化时保持稳定的转速。分析结果显示，在满载条件下，系统转速波动小于0.5%，转矩波动小于1%，有效提高了生产线的稳定性和生产效率。

(2)对于某城市交通信号控制系统，通过现场数据采集和模型分析，确定了信号灯的控制策略。系统采用自适应控制算法，根据实时交通流量调整信号灯的绿信比。在高峰时段，信号灯优先保证主干道的通行，而在平峰时段，则均衡分配绿灯时间，减少拥堵。通过对系统运行一年的数据进行分析，发现信号灯自适应控制策略使得交通流量提高了15%，平均等待时间减少了10%，有效缓解了城市交通压力。

(3)在某工业过程控制中，对锅炉燃烧控制系统进行了分析。系统采用PID控制器对锅炉出口温度进行控制，同时通过模糊控制策略对燃烧器风门开度进行调节。通过对系统进行实时监