2025年電氣自動(dòng)化專業(yè)考試試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共40分）1.某RC串聯(lián)電路中，R=10kΩ，C=1μF，輸入階躍電壓U=10V，電路的時(shí)間常數(shù)τ為（）。A.0.01sB.0.1sC.1sD.10s2.三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌標(biāo)注“額定電壓380V/220V，接法Y/Δ”，當(dāng)電源電壓為380V時(shí)，正確的接線方式為（）。A.三角形B.星形C.延邊三角形D.雙星形3.PLC的輸入接口電路中，直流輸入模塊通常采用（）隔離方式。A.光電耦合B.變壓器C.電容D.電感4.自動(dòng)控制系統(tǒng)中，積分控制（I環(huán)節(jié)）的主要作用是（）。A.減小穩(wěn)態(tài)誤差B.提高響應(yīng)速度C.抑制高頻噪聲D.改善動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性5.晶閘管導(dǎo)通的必要條件是（）。A.陽極加正向電壓，門極加正向觸發(fā)脈沖B.陽極加反向電壓，門極加正向觸發(fā)脈沖C.陽極加正向電壓，門極加反向觸發(fā)脈沖D.陽極加反向電壓，門極加反向觸發(fā)脈沖6.同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于（）。A.定子結(jié)構(gòu)不同B.轉(zhuǎn)子是否有獨(dú)立勵(lì)磁C.額定功率不同D.冷卻方式不同7.某二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=4/(s2+2s+4)，其阻尼比ζ和無阻尼自然頻率ω?分別為（）。A.ζ=0.5，ω?=2rad/sB.ζ=1，ω?=4rad/sC.ζ=2，ω?=0.5rad/sD.ζ=0.25，ω?=1rad/s8.工業(yè)現(xiàn)場中，用于測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的傳感器通常不包括（）。A.光電編碼器B.霍爾傳感器C.熱電偶D.磁電式轉(zhuǎn)速傳感器9.以下不屬于PLC輸出模塊類型的是（）。A.繼電器輸出B.晶體管輸出C.晶閘管輸出D.電感輸出10.電力電子變換器中，AC-DC變換電路的典型應(yīng)用是（）。A.變頻器B.直流斬波器C.開關(guān)電源D.無功補(bǔ)償裝置11.異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為保持磁通恒定，應(yīng)采用（）控制方式。A.U/f恒定B.恒功率C.恒電流D.恒轉(zhuǎn)矩12.自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析中，根軌跡法主要研究（）對系統(tǒng)極點(diǎn)的影響。A.輸入信號(hào)幅值B.開環(huán)增益C.干擾信號(hào)頻率D.采樣周期13.以下關(guān)于低壓斷路器的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.可實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)B.可實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)C.可頻繁通斷電路D.具有隔離功能14.某三相變壓器的額定容量S?=500kVA，額定電壓U??/U??=10kV/0.4kV，其高壓側(cè)額定電流I??為（）。A.28.87AB.1250AC.50AD.721.7A15.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.路燈定時(shí)開關(guān)D.汽車巡航控制16.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角越小，說明（）。A.定位精度越高B.輸出轉(zhuǎn)矩越大C.響應(yīng)速度越快D.能耗越低17.正弦交流電路中，無功功率Q的單位是（）。A.瓦（W）B.伏安（VA）C.乏（var）D.歐姆（Ω）18.以下關(guān)于PID控制器參數(shù)整定的描述，正確的是（）。A.增大比例系數(shù)Kp會(huì)減小超調(diào)量B.增大積分時(shí)間Ti會(huì)加快消除穩(wěn)態(tài)誤差C.增大微分時(shí)間Td會(huì)抑制高頻噪聲D.實(shí)際應(yīng)用中需綜合調(diào)整三個(gè)參數(shù)19.工業(yè)機(jī)器人中，用于實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器精確定位的核心部件是（）。A.減速器B.伺服電機(jī)C.傳感器D.控制器20.以下哪項(xiàng)不是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)抗干擾的常用措施？（）A.屏蔽電纜B.接地保護(hù)C.增加開關(guān)頻率D.隔離變壓器二、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，適用于________。2.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s定義為________，額定運(yùn)行時(shí)s的范圍通常為________。3.PLC的工作過程分為三個(gè)階段：________、________和輸出刷新。4.自動(dòng)控制系統(tǒng)按給定信號(hào)的類型可分為________系統(tǒng)、________系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。5.電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路需實(shí)現(xiàn)________和________功能，以確保器件可靠導(dǎo)通或關(guān)斷。6.變壓器的主要功能包括________、________和阻抗變換。7.一階RC電路的零輸入響應(yīng)中，電容電壓隨時(shí)間按________規(guī)律衰減，衰減速度由________決定。8.異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法主要有________、________和改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。9.工業(yè)現(xiàn)場總線中，Modbus協(xié)議的兩種傳輸模式為________和________。10.繼電接觸器控制系統(tǒng)中，互鎖的作用是________，通常通過________實(shí)現(xiàn)。三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）1.理想電壓源的端電壓與外電路無關(guān)，輸出電流由外電路決定。（）2.同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率嚴(yán)格成正比，與負(fù)載無關(guān)。（）3.PLC的掃描周期僅取決于用戶程序的長度。（）4.閉環(huán)控制系統(tǒng)的精度主要取決于檢測裝置的精度。（）5.晶閘管一旦導(dǎo)通，門極信號(hào)即可撤除。（）6.變壓器的空載損耗主要是銅損，負(fù)載損耗主要是鐵損。（）7.積分控制（I環(huán)節(jié)）能消除穩(wěn)態(tài)誤差，但會(huì)降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。（）8.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)小于同步轉(zhuǎn)速。（）9.電力電子變換器中，PWM控制的核心是通過調(diào)整脈沖寬度改變輸出平均電壓。（）10.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗對系統(tǒng)壽命無顯著影響。（）四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述PID控制器中比例（P）、積分（I）、微分（D）環(huán)節(jié)的作用及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。2.說明PLC與傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)相比的主要優(yōu)勢。3.分析三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)電流過大的原因及常用的限流啟動(dòng)方法。4.列舉電力電子變換器的四種基本類型，并各舉一例說明其應(yīng)用場景。5.簡述自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義，并說明如何通過伯德圖判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。五、計(jì)算題（每題8分，共40分）1.如圖1所示電路，已知U=20V，R?=5Ω，R?=10Ω，C=0.1F，開關(guān)S閉合前電容未充電。求：（1）開關(guān)閉合瞬間（t=0?）的電容電壓uC(0?)和各支路電流i?(0?)、i?(0?)；（2）電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)（t→∞）時(shí)的uC(∞)和i?(∞)、i?(∞)；（3）寫出uC(t)的表達(dá)式。（圖1：R?與R?并聯(lián)后與C串聯(lián)，電源U通過開關(guān)S接入）2.一臺(tái)三相四極異步電動(dòng)機(jī)，額定頻率f?=50Hz，額定轉(zhuǎn)差率s?=0.03，求：（1）同步轉(zhuǎn)速n?；（2）額定轉(zhuǎn)速n?；（3）若電源頻率降為40Hz（保持U/f恒定），此時(shí)同步轉(zhuǎn)速n?’和額定轉(zhuǎn)速n?’（假設(shè)s?不變）。3.某PLC控制系統(tǒng)需控制3臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3，要求：M1啟動(dòng)后M2才能啟動(dòng)，M2啟動(dòng)后M3才能啟動(dòng)；M3停止后M2才能停止，M2停止后M1才能停止；所有電機(jī)均需過載保護(hù)。試用梯形圖編寫控制程序（需標(biāo)注輸入輸出地址）。4.已知某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/[s(s+1)(s+2)]，求：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍；（2）當(dāng)K=2時(shí)，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（3）若要求系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv≥10，求K的最小值。5.單相橋式全控整流電路接電阻負(fù)載，交流輸入電壓u?=220√2sinωtV，觸發(fā)角α=60°，求：（1）輸出電壓平均值Ud；（2）輸出電流平均值Id（設(shè)負(fù)載電阻R=10Ω）；（3）晶閘管所承受的最大反向電壓URM。六、綜合分析題（每題10分，共20分）1.設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)，要求：（1）系統(tǒng)包含水泵（2臺(tái)，一用一備）、壓力傳感器、變頻器、PLC控制器；（2）實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力實(shí)時(shí)檢測與自動(dòng)調(diào)節(jié)；（3）具備故障報(bào)警（如水泵過載、壓力超限）功能；（4）畫出系統(tǒng)原理框圖，并說明各部分的作用及控制邏輯。2.某工業(yè)生產(chǎn)線需對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確控制，要求調(diào)速范圍寬（10:1）、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)精度高。分析比較異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速、直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速和永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服控制三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，推薦最適合的方案并說明理由。答案一、單項(xiàng)選擇題1-5:BBAAA6-10:BACDC11-15:ABCAC16-20:ACDBC二、填空題1.電荷；任意節(jié)點(diǎn)（或閉合曲面）2.(n?-n)/n?；0.01~0.063.輸入采樣；用戶程序執(zhí)行4.恒值調(diào)節(jié)；隨動(dòng)（或伺服）5.信號(hào)放大；電氣隔離6.電壓變換；電流變換（或能量傳遞）7.指數(shù)；時(shí)間常數(shù)τ=RC8.變極調(diào)速；變頻調(diào)速9.RTU；ASCII10.防止兩個(gè)線圈同時(shí)通電；互鎖觸點(diǎn)（或常閉觸點(diǎn)）三、判斷題1-5:√√×√√6-10:×√√√×四、簡答題1.比例（P）環(huán)節(jié)：成比例反映誤差，快速減小誤差；缺點(diǎn)是無法消除穩(wěn)態(tài)誤差，過大易導(dǎo)致超調(diào)。積分（I）環(huán)節(jié)：累積誤差，消除穩(wěn)態(tài)誤差；缺點(diǎn)是響應(yīng)滯后，可能降低穩(wěn)定性。微分（D）環(huán)節(jié)：預(yù)測誤差變化趨勢，抑制超調(diào)，改善動(dòng)態(tài)性能；缺點(diǎn)是對高頻噪聲敏感，易放大干擾。2.優(yōu)勢：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；（2）編程靈活，可通過軟件修改控制邏輯；（3）功能豐富，支持模擬量處理、通信等；（4）體積小，維護(hù)方便；（5）擴(kuò)展能力強(qiáng)，可連接多種外設(shè)。3.直接啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為0，轉(zhuǎn)差率s=1，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢大，轉(zhuǎn)子電流大，導(dǎo)致定子電流（啟動(dòng)電流）約為額定電流的5-7倍。限流方法：星-三角啟動(dòng)（僅適用于正常運(yùn)行Δ接法的電機(jī)）、自耦變壓器降壓啟動(dòng)、軟啟動(dòng)器（晶閘管調(diào)壓）、變頻啟動(dòng)。4.（1）AC-DC（整流）：如開關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)為直流電；（2）DC-AC（逆變）：如變頻器將直流電轉(zhuǎn)為可調(diào)頻交流電；（3）DC-DC（斬波）：如電動(dòng)汽車電池升壓電路；（4）AC-AC（變頻或變壓）：如交流調(diào)光燈調(diào)節(jié)電壓。5.穩(wěn)定性定義：系統(tǒng)在擾動(dòng)消失后，能恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的能力。伯德圖判斷：若開環(huán)對數(shù)幅頻特性在截止頻率ωc處的對數(shù)相頻特性φ(ωc)>-180°，則系統(tǒng)穩(wěn)定；若φ(ωc)=-180°，臨界穩(wěn)定；若φ(ωc)<-180°，不穩(wěn)定。五、計(jì)算題1.（1）t=0?時(shí)，uC(0?)=0V，i?(0?)=uC(0?)/R?=0A，i?(0?)=U/R?=20/5=4A（2）t→∞時(shí)，電容開路，i?(∞)=0A，i?(∞)=0A，uC(∞)=U=20V（3）τ=R?C=5×0.1=0.5s，uC(t)=20(1-e^(-2t))V（t≥0）2.（1）n?=60f?/p=60×50/2=1500r/min（2）n?=n?(1-s?)=1500×(1-0.03)=1455r/min（3）n?’=60×40/2=1200r/min，n?’=1200×(1-0.03)=1164r/min3.梯形圖設(shè)計(jì)（示例）：輸入：SB1（啟動(dòng)）X0，SB2（停止）X1，F(xiàn)R1（M1過載）X2，F(xiàn)R2（X3），F(xiàn)R3（X4）輸出：KM1（M1）Y0，KM2（Y1），KM3（Y2）控制邏輯：X0→Y0（自鎖）→Y0常閉→Y1啟動(dòng)→Y1常閉→Y2啟動(dòng)；Y2停止→Y1停止→Y1常閉→Y0停止；各FR常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在對應(yīng)線圈回路中。4.（1）特征方程：s3+3s2+2s+K=0，列勞斯表：s3:12s2:3Ks1:(6-K)/30s?:K穩(wěn)定條件：(6-K)/3>0且K>0→0<K<6（2）K=2<6，系統(tǒng)穩(wěn)定（3）Kv=lim(s→0)sG(s)=K/(1×2)=K/2≥10→K≥20（但K=20>6，系統(tǒng)不穩(wěn)定，需重新設(shè)計(jì)）5.（1）Ud=0.9U?(1+cosα)/2=0.9×220×(1+cos60°)/2=0.9×220×1.5/2=148.5V（2）Id=Ud/R=148.5/10=14.85A（3）URM=√2U?=220×1.414≈311V六、綜合分析題1.系統(tǒng)原理框圖：壓力傳感器→PLC→變頻器→水泵電機(jī)→管網(wǎng)（反饋）。各部分作用：（1）壓力傳感器：檢測管網(wǎng)壓力，輸出4-20mA信號(hào)至PLC；（2）PLC：接收壓力信號(hào)，與設(shè)定值比較，輸出控制信號(hào)至變頻器；（3）變頻器：調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，維持壓力恒定；（4）水泵（一用一備）：由變頻器驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水；（5）故障報(bào)警：通過過載繼電器、壓力超限開關(guān)輸入PLC，觸發(fā)聲光報(bào)警?？刂七壿嫞寒?dāng)實(shí)際壓力低于設(shè)定值時(shí)，P