2025年電氣工程師考試沖刺試卷電氣自動化專項模擬訓練考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。下列選項中，只有一項符合題意）1.已知某線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=(s+2)/(s^2+3s+2)，該系統(tǒng)在階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為（）。A.0B.0.5C.1D.22.在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的型別，通常采用的方法是（）。A.增大開環(huán)傳遞函數(shù)中的積分環(huán)節(jié)數(shù)量B.增大開環(huán)傳遞函數(shù)中的比例環(huán)節(jié)增益C.減少系統(tǒng)傳遞函數(shù)中的極點數(shù)量D.增加系統(tǒng)傳遞函數(shù)中的零點數(shù)量3.對于一個具有單位反饋的控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/(s(s+1))，要使系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)傳遞函數(shù)的增益K的取值范圍是（）。A.K>0B.0<K<2C.K<2D.K≤04.在PLC編程中，以下哪種指令通常用于實現(xiàn)兩個輸入信號的“或”邏輯功能？（）A.ANDB.ORC.XORD.NOT5.PLC的掃描工作方式中，掃描周期的長短主要取決于（）。A.程序容量B.CPU處理速度C.輸入/輸出點數(shù)量D.外部設備響應速度6.在直流調(diào)速系統(tǒng)中，采用PWM（脈寬調(diào)制）控制方式的主要目的是（）。A.提高系統(tǒng)的響應速度B.減小系統(tǒng)的諧波干擾C.降低系統(tǒng)的功耗D.增強系統(tǒng)的過載能力7.下列哪種傳感器屬于接觸式位移傳感器？（）A.光電編碼器B.電渦流傳感器C.光纖傳感器D.磁致伸縮傳感器8.在工業(yè)現(xiàn)場總線中，Profibus-DP通常用于（）。A.設備層與現(xiàn)場設備之間的通信B.網(wǎng)絡層與上層控制系統(tǒng)之間的通信C.應用層與中間控制器之間的通信D.物理層與數(shù)據(jù)鏈路層之間的通信9.單片機系統(tǒng)中，定時器/計數(shù)器的主要功能是（）。A.處理中斷請求B.實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行通信C.提供精確的時間基準或計數(shù)功能D.控制外部設備的啟停10.在電力電子變換電路中，將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的電路通常稱為（）。A.整流電路B.逆變電路C.斬波電路D.調(diào)壓電路二、填空題（每題2分，共20分）1.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是系統(tǒng)輸出的______響應與輸入的______響應之比，它是在______條件下定義的。2.根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)，若系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線______臨界點(-1,j0)，則閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。3.PLC程序執(zhí)行過程中，輸入狀態(tài)保持______，輸出狀態(tài)保持______，直到下一個掃描周期開始。4.在PLC梯形圖中，串聯(lián)連接的繼電器觸點表示邏輯______關系，并聯(lián)連接的繼電器觸點表示邏輯______關系。5.傳感器通常由______、______、______和______四部分組成。6.工業(yè)以太網(wǎng)通常采用______協(xié)議作為其數(shù)據(jù)鏈路層標準。7.單片機通常由______、______、______、______和______等部分組成。8.電力電子器件MOSFET通常屬于______控制器件，其導通電阻受______控制。9.在工業(yè)控制系統(tǒng)中，為了消除或減小噪聲干擾，常采用______、______和______等措施。10.繼電接觸器控制系統(tǒng)中的接觸器，除了起到______作用外，還起到______和______作用。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述一階控制系統(tǒng)在階躍輸入下的響應過程及其主要特點。2.簡述PLC相比于繼電接觸器控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點。3.簡述工業(yè)現(xiàn)場總線通信的主要特點及其在自動化系統(tǒng)中的優(yōu)勢。四、計算題（每題10分，共20分）1.某單位反饋二階控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(s+2))，試求：(1)當K=4時，系統(tǒng)的阻尼比ζ和自然頻率ωn是多少？(2)該系統(tǒng)是否穩(wěn)定？請說明理由。(3)若要求系統(tǒng)的阻尼比ζ=0.707，求K的值應為多少？2.有一臺三相異步電動機，額定功率Pn=7.5kW，額定電壓Un=380V，Y連接，額定轉(zhuǎn)速nN=1440r/min。其額定負載時的轉(zhuǎn)矩TN=45.5N·m。試求：(1)該電動機的額定轉(zhuǎn)矩TN對應的轉(zhuǎn)差率sN是多少？(2)若在額定電壓下啟動，其啟動轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN的比值（即啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)）通常在什么范圍？(3)簡述在變頻器拖動下，如何通過改變頻率來控制異步電動機的轉(zhuǎn)速。五、分析題（每題10分，共20分）1.某自動化生產(chǎn)線部分控制流程如下：當按下啟動按鈕SB1后，電動機M1啟動運行；M1運行10秒后，傳送帶B啟動；同時，如果傳感器S1檢測到物品，則電動機M2啟動。當按下停止按鈕SB2后，所有電動機立即停止。請根據(jù)上述描述，畫出該控制流程的簡要邏輯框圖（無需具體PLC指令）。2.在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，傳感器信號的干擾是一個常見問題。請分析常見的傳感器信號干擾類型（至少列舉三種），并針對其中一種干擾類型，提出相應的抑制或抗干擾措施。---試卷答案一、選擇題1.A2.A3.B4.B5.A6.B7.B8.A9.C10.B二、填空題1.零態(tài)；零態(tài)；零初始條件2.不包圍3.不變；變化4.與；或5.敏感元件；轉(zhuǎn)換元件；中間環(huán)節(jié)；顯示儀表（或相應部分）6.IEEE802.37.中央處理器(CPU)；存儲器；輸入接口；輸出接口；定時器/計數(shù)器8.電壓；柵極電壓9.屏蔽；濾波；接地10.控制開關；主觸點通斷；欠壓保護三、簡答題1.解析思路：一階系統(tǒng)階躍響應是指數(shù)過程。輸入為單位階躍信號（R(s)=1/s），系統(tǒng)輸出Laplace變換后為C(s)=G(s)R(s)=K/(Ts+1)*1/s=K/(s(Ts+1))。反變換得到c(t)=K(1-e^(-t/T))，其中K為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)增益（本題為1），T為時間常數(shù)。特點：響應無振蕩，按指數(shù)曲線單調(diào)上升，最終達到穩(wěn)態(tài)值1。上升時間（達到90%穩(wěn)態(tài)值時間）約為3T，調(diào)整時間（進入并保持在穩(wěn)態(tài)值±5%誤差帶內(nèi)時間）約為4T。2.解析思路：PLC優(yōu)點從可靠性、靈活性、功能、成本、維護、擴展性等方面與繼電器對比?？煽啃愿撸簾o觸點，無機械磨損，壽命長。靈活性高：程序可修改，適應性強。功能強：可實現(xiàn)復雜邏輯、定時、計數(shù)及算術運算。成本：初期成本可能高于繼電器，但考慮到體積、功耗、接線工時、維護成本及可靠性，綜合成本可能更低。維護方便：故障診斷方便，程序修改簡單。擴展方便：增加輸入輸出點只需增減模塊，方便。3.解析思路：現(xiàn)場總線特點：雙向、多節(jié)點、數(shù)字、串行通信，可現(xiàn)場編程，支持現(xiàn)場設備互連。優(yōu)勢：減少線路數(shù)量和成本，簡化布線，提高通信速率和可靠性，實現(xiàn)設備層網(wǎng)絡化管理和診斷，便于系統(tǒng)擴展和維護，提高整體自動化水平。四、計算題1.解析思路：(1)二階系統(tǒng)標準形式為G(s)=ωn^2/(s^2+2ζωns+ωn^2)。對比得ωn^2=4，ωn=2rad/s。2ζωn=2，ζ=ωn/2=2/4=0.5。(2)根據(jù)Routh判據(jù)，特征方程為s(s+2)+K=0，即s^2+2s+K=0。系統(tǒng)穩(wěn)定要求根的實部均小于零，即判別式Δ=2^2-4K≥0且K>0。Δ=0時，s=-1，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定；Δ>0時，s=-1±j√(K-1)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。故當K>4時系統(tǒng)不穩(wěn)定。本題K=4，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定（在純虛根情況下）。更嚴謹?shù)卣f，對于二階系統(tǒng)，只要阻尼比ζ非負，系統(tǒng)即穩(wěn)定。本題ζ=0.5>0，系統(tǒng)穩(wěn)定。（注：嚴格speaking,ζ=0時系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，非嚴格意義上穩(wěn)定。但題目問是否穩(wěn)定，按工程常用定義，ζ≥0系統(tǒng)視為穩(wěn)定，除非明確要求小阻尼）。（3）要求ζ=0.707，對應無阻尼振蕩系統(tǒng)或臨界穩(wěn)定系統(tǒng)。對于標準形式，ζ=√2/2=0.707時，系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。此時需要計算使系統(tǒng)具有該阻尼比所需的增益K。根據(jù)ζ=ωn/2，ωn=2ζ=2*0.707=1.414rad/s。ωn^2=1.414^2=2。系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(s+2))，其典型二階部分為K/(s^2+2ζωns)。對比得ωn^2=2，與前面計算一致。所以，要使系統(tǒng)具有ζ=0.707的阻尼比，開環(huán)增益K應保持為4。答案：(1)ωn=2rad/s,ζ=0.5。(2)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定（或穩(wěn)定）。理由：阻尼比ζ=0.5>0。(3)K=4。2.解析思路：(1)異步電動機同步轉(zhuǎn)速ns=60f/p，nN=1440r/min接近1500r/min，故同步轉(zhuǎn)速ns=1500r/min。額定轉(zhuǎn)差率sN=(ns-nN)/ns=(1500-1440)/1500=60/1500=0.04。(2)異步電動機啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN通常在4-7倍之間，具體值與電機類型有關。(3)異步電動機轉(zhuǎn)速n=n_s(1-s)。變頻器通過改變供給電動機的電源頻率f來改變同步轉(zhuǎn)速ns=n_s/p=f/p。在轉(zhuǎn)差率s相對較小的范圍內(nèi)基本不變的情況下，改變頻率f即可平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速ns，從而實現(xiàn)調(diào)速。降低頻率f，同步轉(zhuǎn)速ns降低，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速n也隨之降低；提高頻率f，同步轉(zhuǎn)速ns提高，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速n也隨之提高。五、分析題1.解析思路：根據(jù)控制流程描述，分析邏輯關系。啟動條件：SB1。M1啟動后延時10秒。延時后：B啟動+(S1檢測到物品→M2啟動)。停止條件：SB2。所有動作的停止：立即停止所有。畫邏輯框圖：使用起停塊、定時器塊、常開觸點、與邏輯塊、或邏輯塊。SB1啟動M1，定時器T(10s)接通B啟動線。B啟動線與S1檢測常開觸點串聯(lián)，共同接通M2啟動線。SB2常閉觸點接在M1、B、M2的啟動回路中，實現(xiàn)共同停止。（注：此處無法繪制圖形，僅文字描述邏輯）2.解析思路：干擾類型：電磁