2025年電氣工程師考試沖刺試卷電氣自動化專項強化模擬訓(xùn)練考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、單項選擇題（共10題，每題2分，共20分。下列選項中，只有一項符合題意。）1.在自動控制系統(tǒng)中，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，閉環(huán)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)在s=0處（不包括s=0本身）應(yīng)具有（）個極點。A.0個B.1個C.2個D.至少2個2.一階慣性系統(tǒng)（傳遞函數(shù)為G(s)=K/(Ts+1)）的響應(yīng)速度，通常用（）來衡量。A.上升時間B.超調(diào)量C.調(diào)節(jié)時間D.自然頻率3.對于二階系統(tǒng)，在阻尼比ζ為0.707時，系統(tǒng)處于（）狀態(tài)。A.過阻尼B.臨界阻尼C.欠阻尼D.無阻尼4.在PLC編程中，以下哪種語言屬于國際標(biāo)準(zhǔn)？（）A.梯形圖B.指令表C.結(jié)構(gòu)化文本D.語句列表5.在變頻器控制電機調(diào)速時，V/f控制方式主要適用于（）電機。A.他勵直流B.交流異步C.交流同步D.無刷直流6.CAN總線通常采用（）通信方式。A.令牌傳遞B.總線仲裁C.時隙分配D.鏈?zhǔn)讲樵?.測量轉(zhuǎn)速時，若采用測速發(fā)電機作為傳感器，其輸出通常為（）。A.直流電壓B.交流電壓（與轉(zhuǎn)速成正比）C.脈沖信號（與轉(zhuǎn)速成正比）D.數(shù)字量信號8.功率晶體管IGBT，通常應(yīng)用于（）電力電子電路中。A.低壓、大電流整流B.高壓、小電流逆變C.低壓、小電流開關(guān)D.高壓、大電流逆變或斬波9.在自動化系統(tǒng)中，冗余設(shè)計的目的是（）。A.提高系統(tǒng)效率B.降低系統(tǒng)成本C.提高系統(tǒng)可靠性D.增加系統(tǒng)復(fù)雜性10.下列哪種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議屬于現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)？（）A.Ethernet/IPB.EtherCATC.ModbusTCPD.HTTP二、填空題（共10題，每題1.5分，共15分。請將答案填寫在橫線上。）1.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在______條件下，輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯變換之比。2.根軌跡法是一種根據(jù)開環(huán)系統(tǒng)______參數(shù)的變化，繪制閉環(huán)系統(tǒng)極點軌跡圖的方法。3.在PLC程序中，實現(xiàn)邏輯“與”操作的指令通常是______。4.變頻器實現(xiàn)電機減速時，輸出頻率降低，輸出電壓通常也______（選填：升高、降低、不變）。5.工業(yè)以太網(wǎng)在電氣自動化中主要實現(xiàn)設(shè)備層和______層的通信。6.傳感器是將______的非電量轉(zhuǎn)換成電量信號的裝置。7.在狀態(tài)空間分析中，系統(tǒng)的狀態(tài)變量是能夠完全描述系統(tǒng)______的一組最小數(shù)量的變量。8.對于單位階躍輸入，二階系統(tǒng)超調(diào)量的大小主要取決于______。9.PID控制器中，比例（P）環(huán)節(jié)主要消除______，積分（I）環(huán)節(jié)主要消除______。10.電力電子器件的開關(guān)頻率越高，通常其______越小。三、簡答題（共4題，每題5分，共20分。）1.簡述閉環(huán)控制系統(tǒng)相較于開環(huán)控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點。2.說明PLC編程中，常閉觸點和常開觸點的基本區(qū)別。3.簡述變頻器對交流異步電機進行調(diào)速的基本原理。4.解釋什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通信冗余技術(shù)，并簡述其一種實現(xiàn)方式。四、計算題（共3題，共45分。）1.（15分）已知某閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=10/s(s+2)，試求該系統(tǒng)的阻尼比ζ和自然頻率ωn。若要求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)超調(diào)量σ%≤5%，請判斷該系統(tǒng)是否滿足要求？（計算超調(diào)量公式：σ%=exp(-ζπ/√(1-ζ2))*100%）2.（15分）某PLC系統(tǒng)采用梯形圖邏輯控制一臺電機。梯形圖中，一個常開觸點代表啟動按鈕SB1，一個常閉觸點代表停止按鈕SB2，一個線圈KM代表接觸器。請寫出實現(xiàn)“啟動按鈕按下后電機啟動，按下停止按鈕后電機立即停止，且具有自鎖功能”的梯形圖邏輯描述（用文字描述邏輯關(guān)系，無需畫出圖形）。3.（15分）一臺交流異步電機由變頻器驅(qū)動。已知電機額定功率Pn=7.5kW，額定電壓Un=380V，額定電流In=15A，額定轉(zhuǎn)速nN=1440r/min。現(xiàn)要求通過變頻器將電機運行在1200r/min的轉(zhuǎn)速下，若變頻器采用V/f恒定控制，且在額定轉(zhuǎn)速時V/f=額定電壓/額定頻率（假設(shè)fN=50Hz）。請計算在1200r/min運行時，變頻器輸出的電壓應(yīng)調(diào)整為多少伏？（忽略電機參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化）五、分析題（共1題，共20分。）某自動化生產(chǎn)線包含一個傳送帶和一臺PLC控制的小型加工單元。傳送帶由一臺變頻器驅(qū)動的交流異步電機帶動。加工單元需要根據(jù)傳送帶上的物品位置信號（傳感器信號）來決定是否啟動加工?，F(xiàn)場使用了ModbusTCP網(wǎng)絡(luò)傳輸傳感器信號和PLC控制指令。請分析該自動化系統(tǒng)設(shè)計中涉及的關(guān)鍵自動化技術(shù)點（至少列舉4點，如傳感器類型、PLC功能、網(wǎng)絡(luò)通信方式、控制邏輯等），并簡要說明其作用。試卷答案一、單項選擇題1.D2.A3.B4.C5.B6.B7.C8.D9.C10.B二、填空題1.零初始條件2.開環(huán)傳遞函數(shù)增益3.AND4.降低5.總線6.傳感器輸入7.動態(tài)行為8.阻尼比ζ9.穩(wěn)態(tài)誤差；穩(wěn)態(tài)誤差10.體積（或尺寸、損耗）三、簡答題1.閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)輸出端的反饋信息，自動調(diào)整控制作用，以減小偏差，因此其精度更高；抗干擾能力更強；可以工作在臨界穩(wěn)定或接近臨界穩(wěn)定的高性能狀態(tài)。2.常開觸點在電路中串聯(lián)，只有當(dāng)其對應(yīng)的輸入條件（如線圈得電）滿足時，才接通電路；常閉觸點在電路中串聯(lián)，只有當(dāng)其對應(yīng)的輸入條件不滿足時（如線圈失電），才接通電路。3.變頻器通過調(diào)整加在交流異步電機定子繞組上的交流電壓的頻率和幅值來控制電機的轉(zhuǎn)速。在V/f控制方式下，通過保持電壓與頻率的比值（V/f）恒定，改變頻率f來改變電機轉(zhuǎn)速，改變電壓V來補償磁通變化對轉(zhuǎn)矩的影響。4.通信冗余技術(shù)是指采用備用通信路徑或設(shè)備，當(dāng)主路徑或設(shè)備發(fā)生故障時，能夠自動切換到備用路徑或設(shè)備，以保證通信鏈路的連續(xù)性和可靠性。一種實現(xiàn)方式是使用雙絞線或光纖同時布設(shè)兩條通信線路，并配置具有自動切換功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。四、計算題1.解：系統(tǒng)特征方程為：s(s+2)+10=0，即s2+2s+10=0對比二階系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)形式s2+2ζωns+ωn2=0，得：ωn2=10，故ωn=√10rad/s2ζωn=2，故ζ=1/(2ωn)=1/(2√10)=√10/20≈0.158計算超調(diào)量：σ%=exp(-ζπ/√(1-ζ2))*100%σ%=exp(-0.158π/√(1-0.1582))*100%σ%≈exp(-0.498/0.987)*100%≈exp(-0.504)*100%≈0.605*100%≈60.5%結(jié)論：計算得到的超調(diào)量約為60.5%，遠(yuǎn)大于要求的5%，因此該系統(tǒng)不滿足要求。2.解：該梯形圖邏輯實現(xiàn)的功能是：啟動按鈕SB1接通時，線圈KM得電并自鎖；停止按鈕SB2接通時，線圈KM失電。其邏輯描述如下：當(dāng)SB1閉合（啟動請求）時，若SB2斷開（停止請求未發(fā)出），則KM線圈得電，并自鎖（即使SB1后續(xù)斷開，只要SB2保持?jǐn)嚅_，KM仍保持得電）。當(dāng)SB2閉合（停止請求）時，無論SB1狀態(tài)如何，KM線圈失電，并解鎖（自鎖解除）。3.解：額定運行時：Un=440V(380V是線電壓，額定電壓通常指線電壓)，fN=50HzV/f=Un/fN=440V/50Hz=8.8V/(Hz)要求在1200r/min運行，設(shè)此時輸出頻率為f_out，輸出電壓為V_out。由于采用V/f恒定控制，則有：V_out/f_out=V/ff_out=nN/60=1200r/min/60=20HzV_out=f_out*(V/f)=20Hz*8.8V/(Hz)=176V結(jié)論：在1200r/min運行時，變頻器輸出的電壓應(yīng)調(diào)整為176伏。五、分析題解：該自動化系統(tǒng)設(shè)計中涉及的關(guān)鍵自動化技術(shù)點及其作用如下：1.傳感器技術(shù)：使用傳感器（如光電傳感器、接近開關(guān)等）檢測傳送帶上的物品位置。作用：將物理位置信息轉(zhuǎn)換為電信號，為PLC提供輸入，是實現(xiàn)物料識別和定位控制的感知基礎(chǔ)。2.可編程邏輯控制器（PLC）：PLC接收傳感器信號，根據(jù)預(yù)設(shè)程序邏輯判斷物品位置，并發(fā)出控制指令。作用：作為系統(tǒng)的核心控制器，實現(xiàn)順序控制、邏輯判斷和協(xié)調(diào)管理，控制加工單元的啟停等動作。3.變頻器技術(shù)：變頻器驅(qū)動交流異步電機，通過調(diào)節(jié)輸出頻率控制電機轉(zhuǎn)速，進而控制傳送帶速度。作用：實現(xiàn)對傳送帶速度的精確控制，以適應(yīng)不同生產(chǎn)節(jié)拍或