2025年電氣自動(dòng)化控制基礎(chǔ)綜合應(yīng)用考核試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在RLC串聯(lián)電路中，當(dāng)電源頻率等于電路固有頻率時(shí)，電路呈現(xiàn)的性質(zhì)為（）。A.感性B.容性C.阻性D.無法確定答案：C解析：串聯(lián)諧振時(shí)，感抗與容抗相等，電抗為零，電路等效為純電阻。2.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s=0.02時(shí)，其運(yùn)行狀態(tài)為（）。A.啟動(dòng)狀態(tài)B.空載狀態(tài)C.額定負(fù)載狀態(tài)D.堵轉(zhuǎn)狀態(tài)答案：C解析：異步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差率通常在0.01~0.05之間，0.02符合額定負(fù)載特征。3.以下哪種傳感器可用于非接觸式測(cè)量物體表面溫度？（）A.熱電偶B.熱電阻C.紅外溫度傳感器D.鉑電阻答案：C解析：紅外傳感器通過接收物體輻射的紅外線實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)溫，其余選項(xiàng)需接觸被測(cè)物體。4.PLC中輸入模塊的作用是（）。A.將外部開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部信號(hào)B.將PLC內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部執(zhí)行信號(hào)C.存儲(chǔ)用戶程序D.實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算答案：A解析：輸入模塊負(fù)責(zé)采集外部開關(guān)量或模擬量信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為PLC可處理的電信號(hào)（如24V直流）。5.某控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線超調(diào)量為30%，調(diào)整時(shí)間為2.5s，該系統(tǒng)屬于（）。A.欠阻尼系統(tǒng)B.過阻尼系統(tǒng)C.臨界阻尼系統(tǒng)D.無阻尼系統(tǒng)答案：A解析：欠阻尼系統(tǒng)階躍響應(yīng)有超調(diào)，過阻尼無超調(diào)，臨界阻尼無超調(diào)且響應(yīng)最快，無阻尼為等幅振蕩。6.三相五線制供電系統(tǒng)中，保護(hù)導(dǎo)體（PE線）的顏色標(biāo)識(shí)為（）。A.黃綠雙色B.藍(lán)色C.黑色D.紅色答案：A解析：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7251.1-2013，PE線必須采用黃綠雙色絕緣層。7.若需要實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制且防止電源短路，應(yīng)在控制電路中加入（）。A.熱繼電器B.互鎖觸點(diǎn)C.時(shí)間繼電器D.熔斷器答案：B解析：正反轉(zhuǎn)接觸器的輔助常閉觸點(diǎn)互鎖，可避免兩者同時(shí)吸合導(dǎo)致電源短路。8.某4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器初始狀態(tài)為0000，經(jīng)過7個(gè)時(shí)鐘脈沖后狀態(tài)為（）。A.0111B.1000C.0110D.1111答案：A解析：4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)范圍0~15，7個(gè)脈沖后數(shù)值為7，對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0111。9.以下哪種控制方式屬于開環(huán)控制？（）A.家用空調(diào)溫度控制B.數(shù)控機(jī)床位置控制C.紅綠燈定時(shí)控制D.汽車巡航控制答案：C解析：開環(huán)控制無反饋環(huán)節(jié)，紅綠燈按預(yù)設(shè)時(shí)間切換，不檢測(cè)當(dāng)前車流量。10.直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串入電阻后，其機(jī)械特性會(huì)（）。A.變硬B.變軟C.不變D.先硬后軟答案：B解析：電樞串電阻會(huì)增大轉(zhuǎn)速降（Δn=IR/KΦ），機(jī)械特性斜率變大，特性變軟。二、填空題（每空1分，共20分）1.基爾霍夫電流定律（KCL）的本質(zhì)是________守恒，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為________。答案：電荷；ΣI入=ΣI出（或?qū)θ我夤?jié)點(diǎn)，電流代數(shù)和為0）2.三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速稱為________，其計(jì)算公式為________（n?=________）。答案：同步轉(zhuǎn)速；60f/p；60f/p（f為電源頻率，p為磁極對(duì)數(shù)）3.PLC的工作周期分為三個(gè)階段：________、________、________。答案：輸入采樣；用戶程序執(zhí)行；輸出刷新4.自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本性能要求可概括為________、________、________。答案：穩(wěn)定性；快速性；準(zhǔn)確性（或穩(wěn)、準(zhǔn)、快）5.傳感器一般由________、________和________三部分組成。答案：敏感元件；轉(zhuǎn)換元件；信號(hào)調(diào)理電路6.晶閘管導(dǎo)通的條件是________和________；關(guān)斷的條件是________。答案：陽(yáng)極加正向電壓；門極加觸發(fā)脈沖；陽(yáng)極電流小于維持電流7.工業(yè)控制中常用的數(shù)字濾波方法有________、________、________（任寫三種）。答案：算術(shù)平均濾波；中值濾波；限幅濾波（或加權(quán)平均濾波、滑動(dòng)平均濾波等）三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述PID控制器中比例（P）、積分（I）、微分（D）環(huán)節(jié)的作用。答案：比例環(huán)節(jié)（P）：成比例地反映系統(tǒng)偏差，偏差越大，控制作用越強(qiáng)，可加快響應(yīng)速度但可能導(dǎo)致超調(diào)；積分環(huán)節(jié)（I）：用于消除穩(wěn)態(tài)誤差，通過累積偏差歷史值，最終使系統(tǒng)無靜差；微分環(huán)節(jié)（D）：反映偏差變化率，提前預(yù)測(cè)偏差變化趨勢(shì)，抑制超調(diào)，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。2.比較繼電器-接觸器控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：繼電器-接觸器控制：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、抗干擾能力強(qiáng)；缺點(diǎn)：接線復(fù)雜、靈活性差、維護(hù)困難、功能擴(kuò)展需硬件改造。PLC控制：優(yōu)點(diǎn)：編程靈活（梯形圖易理解）、功能豐富（可擴(kuò)展通信、PID等）、維護(hù)方便（故障診斷直觀）、可靠性高（內(nèi)部采用軟繼電器）；缺點(diǎn)：初期成本較高、對(duì)編程能力有一定要求。3.說明三相異步電動(dòng)機(jī)Y-Δ降壓?jiǎn)?dòng)的工作原理及適用場(chǎng)景。答案：工作原理：?jiǎn)?dòng)時(shí)定子繞組接成Y形（相電壓為線電壓的1/√3），降低啟動(dòng)電流；待轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)切換為Δ形（相電壓等于線電壓），正常運(yùn)行。適用場(chǎng)景：適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為Δ形連接、且啟動(dòng)負(fù)載較輕的電動(dòng)機(jī)（如風(fēng)機(jī)、水泵），可減小啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。4.列舉三種常見的位置檢測(cè)傳感器，并說明其檢測(cè)原理。答案：（1）光電編碼器：通過光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖，增量式編碼器輸出A/B/Z相脈沖（A、B相差90°用于測(cè)轉(zhuǎn)速和方向，Z相為零位信號(hào)）；（2）接近開關(guān)（電感式）：利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)金屬物體接近感應(yīng)面時(shí)，線圈振蕩電路衰減，輸出開關(guān)信號(hào)；（3）超聲波傳感器：發(fā)射超聲波脈沖，接收被測(cè)物反射回波，通過時(shí)間差（t）計(jì)算距離（d=vt/2，v為聲速）。5.分析直流電動(dòng)機(jī)電樞反應(yīng)的定義及對(duì)電機(jī)運(yùn)行的影響。答案：電樞反應(yīng)：電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的畸變和削弱作用。影響：（1）氣隙磁場(chǎng)畸變，可能導(dǎo)致?lián)Q向器表面電位梯度增大，產(chǎn)生火花；（2）主磁場(chǎng)被削弱（去磁作用），導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速升高（當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電樞反應(yīng)增強(qiáng)，轉(zhuǎn)速下降趨勢(shì)被部分抵消）；（3）嚴(yán)重時(shí)可能引起電機(jī)換向困難，縮短電刷壽命。四、綜合應(yīng)用題（共30分）某工廠需設(shè)計(jì)一套自動(dòng)分揀系統(tǒng)，用于將傳送帶上的金屬件（鐵磁性）和非金屬件（塑料）分開。系統(tǒng)要求：-傳送帶由三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，速度可調(diào)（0~5m/s）；-當(dāng)檢測(cè)到金屬件時(shí)，推料氣缸動(dòng)作（將物體推入金屬料箱），非金屬件直接落入非金屬料箱；-具有急停功能，故障時(shí)聲光報(bào)警；-每天運(yùn)行16小時(shí)，需考慮系統(tǒng)可靠性。請(qǐng)完成以下設(shè)計(jì)：（1）硬件選型（傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、PLC、執(zhí)行元件）（8分）（2）繪制系統(tǒng)控制流程圖（6分）（3）設(shè)計(jì)PLC梯形圖程序（重點(diǎn)體現(xiàn)檢測(cè)、推料、電機(jī)調(diào)速邏輯）（10分）（4）列出系統(tǒng)調(diào)試要點(diǎn)（6分）答案：（1）硬件選型：-傳感器：金屬檢測(cè)選用電感式接近開關(guān)（檢測(cè)鐵磁性物體，響應(yīng)時(shí)間≤1ms）；非金屬無需額外檢測(cè)（或用光電傳感器確認(rèn)物體存在）；-電機(jī)驅(qū)動(dòng)：三相異步電動(dòng)機(jī)（5.5kW，4極）+變頻器（支持0~50Hz調(diào)速，對(duì)應(yīng)0~5m/s）；-PLC：西門子S7-1200（CPU1214C，集成14DI/10DO，擴(kuò)展1路模擬量輸出模塊控制變頻器）；-執(zhí)行元件：推料氣缸（雙作用，行程50mm，帶磁性開關(guān)檢測(cè)氣缸位置）、聲光報(bào)警器（24V直流，紅色燈+蜂鳴器）、急停按鈕（帶自鎖功能）。（2）系統(tǒng)控制流程圖：?jiǎn)?dòng)→電機(jī)低速運(yùn)行（1m/s）→檢測(cè)到物體（光電傳感器動(dòng)作）→金屬檢測(cè)（接近開關(guān)動(dòng)作？）→是金屬→變頻器加速至3m/s（確保推料時(shí)間）→延時(shí)0.5s（物體到達(dá)推料位置）→推料氣缸伸出（Y0置1）→檢測(cè)氣缸到位（磁性開關(guān)動(dòng)作）→氣缸縮回（Y0置0）→變頻器恢復(fù)低速；→非金屬→直接通過→進(jìn)入下一循環(huán)。急停觸發(fā)→電機(jī)停機(jī)、氣缸復(fù)位、聲光報(bào)警。（3）PLC梯形圖程序（關(guān)鍵部分）：-輸入點(diǎn)分配：I0.0（急停按鈕）、I0.1（光電傳感器）、I0.2（金屬接近開關(guān)）、I0.3（氣缸伸出到位）、I0.4（氣缸縮回到位）；-輸出點(diǎn)分配：Q0.0（變頻器啟動(dòng)信號(hào)）、Q0.1（變頻器頻率模擬量輸出）、Q0.2（推料氣缸YV1）、Q0.3（報(bào)警燈）、Q0.4（報(bào)警蜂鳴器）；-程序邏輯：①急停保護(hù)：I0.0常閉觸點(diǎn)串聯(lián)于主電路，斷開時(shí)切斷所有輸出；②物體檢測(cè)：I0.1上升沿觸發(fā)定時(shí)器T37（延時(shí)0.2s消抖），確認(rèn)物體存在；③金屬判斷：T37觸點(diǎn)閉合時(shí)，若I0.2=1（金屬），則置位M0.0（金屬標(biāo)志）；④變頻器調(diào)速：M0.0=1時(shí)，通過模擬量輸出模塊（Q0.1）輸出5V（對(duì)應(yīng)30Hz，3m/s），否則輸出2V（對(duì)應(yīng)10Hz，1m/s）；⑤推料控制：M0.0=1且物體到達(dá)推料位置（通過傳送帶速度和距離計(jì)算延時(shí)T38=0.5s），Q0.2置1；檢測(cè)到I0.3=1（氣缸到位），Q0.2置0，同時(shí)復(fù)位M0.0；⑥故障報(bào)警：若氣缸動(dòng)作后5s未檢測(cè)到I0.3=1（T39=5s），則Q0.3、Q0.4報(bào)警。（4）系統(tǒng)調(diào)試要點(diǎn)：①傳感器校準(zhǔn)：調(diào)整接近開關(guān)感應(yīng)距離（確保50mm內(nèi)可靠檢測(cè)金屬），測(cè)試光電傳感器抗環(huán)境光干擾能力；②變頻器參數(shù)設(shè)置：設(shè)置上限頻率50Hz（對(duì)應(yīng)5m/s）、下限頻率10Hz（對(duì)應(yīng)1m/s）、加減速時(shí)間2s（避免物料