2025年電氣自動化試題及答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.可編程控制器（PLC）中，以下哪種編程語言最為常用（）A.梯形圖語言B.指令表語言C.功能塊圖語言D.結(jié)構(gòu)化文本語言答案：A。梯形圖語言是PLC最常用的編程語言，它形象直觀，類似于繼電器控制電路，易于理解和掌握，被廣大電氣自動化工程師所青睞。指令表語言相對抽象；功能塊圖語言有一定使用場景但普及度不如梯形圖；結(jié)構(gòu)化文本語言多用于復(fù)雜算法編程。2.三相異步電動機的調(diào)速方法不包括（）A.變極調(diào)速B.變頻調(diào)速C.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速D.變電壓調(diào)速答案：D。三相異步電動機常見的調(diào)速方法有變極調(diào)速，通過改變定子繞組的接線方式改變磁極對數(shù)來調(diào)速；變頻調(diào)速，改變電源頻率實現(xiàn)調(diào)速，應(yīng)用廣泛；變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，如繞線式異步電動機通過改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速。而單純變電壓調(diào)速不能實現(xiàn)有效的調(diào)速，一般不將其作為主要的調(diào)速方法。3.在自動控制系統(tǒng)中，積分環(huán)節(jié)的作用是（）A.消除余差B.加快響應(yīng)速度C.減小超調(diào)量D.提高系統(tǒng)穩(wěn)定性答案：A。積分環(huán)節(jié)的主要作用是對誤差進(jìn)行積分，只要存在誤差，積分作用就會不斷積累，直到誤差為零，從而消除系統(tǒng)的余差。微分環(huán)節(jié)可加快響應(yīng)速度；比例微分控制可減小超調(diào)量；合理的控制參數(shù)設(shè)置有助于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，但不是積分環(huán)節(jié)的主要作用。4.以下哪種傳感器可用于測量物體的位移（）A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.光電編碼器D.氣體傳感器答案：C。光電編碼器是一種常見的位移測量傳感器，它可以將角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號。溫度傳感器用于測量溫度；壓力傳感器用于測量壓力；氣體傳感器用于檢測氣體的成分和濃度。5.直流電動機的調(diào)速特性中，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速是通過（）實現(xiàn)的。A.改變電樞電壓B.改變勵磁電流C.改變電樞電阻D.改變電源頻率答案：A。改變電樞電壓調(diào)速時，電動機的磁通不變，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。改變勵磁電流調(diào)速是恒功率調(diào)速；改變電樞電阻調(diào)速會使機械特性變軟，不是理想的調(diào)速方式；直流電動機不存在改變電源頻率調(diào)速。6.可編程控制器的掃描周期包括（）A.輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新B.輸入刷新、程序執(zhí)行、輸出采樣C.輸入采樣、程序采樣、輸出刷新D.輸入刷新、程序刷新、輸出采樣答案：A?？删幊炭刂破鞯墓ぷ鬟^程是周期性循環(huán)掃描，掃描周期主要包括輸入采樣階段，將外部輸入信號狀態(tài)讀入輸入映像寄存器；程序執(zhí)行階段，按照用戶程序進(jìn)行邏輯運算；輸出刷新階段，將運算結(jié)果從輸出映像寄存器送到輸出模塊。7.自動控制系統(tǒng)中，開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別在于（）A.有無反饋環(huán)節(jié)B.控制精度高低C.響應(yīng)速度快慢D.穩(wěn)定性好壞答案：A。開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋環(huán)節(jié)，控制作用直接由輸入信號決定；閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋環(huán)節(jié)，通過將輸出信號反饋到輸入端與給定信號比較，根據(jù)偏差進(jìn)行控制。控制精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，但有無反饋環(huán)節(jié)是開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。8.以下關(guān)于傳感器的說法，錯誤的是（）A.傳感器的精度越高越好B.傳感器應(yīng)具有良好的線性度C.傳感器的響應(yīng)速度要快D.傳感器的可靠性要高答案：A。傳感器的精度應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用需求來選擇，并非越高越好，高精度的傳感器往往成本較高，且在一些對精度要求不高的場合使用高精度傳感器會造成資源浪費。傳感器應(yīng)具有良好的線性度，便于信號處理；響應(yīng)速度快能及時反映被測量的變化；可靠性高可保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。9.三相交流異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速與（）有關(guān)。A.電源頻率和磁極對數(shù)B.電源電壓和磁極對數(shù)C.電源頻率和轉(zhuǎn)差率D.電源電壓和轉(zhuǎn)差率答案：A。三相交流異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）公式為\(n_0=\frac{60f}{p}\)，其中\(zhòng)(f\)是電源頻率，\(p\)是磁極對數(shù)。電源電壓主要影響電動機的轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)差率是同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值與同步轉(zhuǎn)速的比值，不是決定旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的因素。10.在電氣控制電路中，熔斷器的作用是（）A.過載保護(hù)B.短路保護(hù)C.欠壓保護(hù)D.過壓保護(hù)答案：B。熔斷器是一種簡單而有效的短路保護(hù)電器，當(dāng)電路發(fā)生短路時，熔斷器的熔體迅速熔斷，切斷電路，防止電氣設(shè)備損壞。熱繼電器用于過載保護(hù)；接觸器等可實現(xiàn)欠壓保護(hù)；壓敏電阻等可用于過壓保護(hù)。11.以下哪種通信方式適用于長距離、高速率的工業(yè)自動化通信（）A.RS232B.RS485C.CAN總線D.以太網(wǎng)答案：D。以太網(wǎng)具有傳輸速率高、通信距離長、開放性好等優(yōu)點，適用于長距離、高速率的工業(yè)自動化通信。RS232通信距離短，速率相對較低；RS485通信距離較長，但速率不如以太網(wǎng)；CAN總線主要用于汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域的現(xiàn)場通信，速率和通信距離有一定限制。12.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與（）有關(guān)。A.系統(tǒng)的類型和開環(huán)增益B.系統(tǒng)的輸入信號類型C.系統(tǒng)的干擾信號D.以上都是答案：D。自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的類型（如0型、Ⅰ型、Ⅱ型系統(tǒng)）和開環(huán)增益有關(guān)，不同類型系統(tǒng)對不同輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差不同；輸入信號類型（如階躍信號、斜坡信號、拋物線信號）會影響穩(wěn)態(tài)誤差的大?。桓蓴_信號也會使系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。13.直流伺服電動機的調(diào)速性能優(yōu)于交流伺服電動機的主要原因是（）A.直流伺服電動機的調(diào)速范圍寬B.直流伺服電動機的控制方法簡單C.直流伺服電動機的轉(zhuǎn)矩速度特性線性度好D.以上都是答案：D。直流伺服電動機調(diào)速范圍寬，可以在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速；其控制方法相對簡單，通過改變電樞電壓或勵磁電流即可調(diào)速；轉(zhuǎn)矩速度特性線性度好，便于精確控制。交流伺服電動機雖然近年來發(fā)展迅速，但在調(diào)速性能的某些方面仍不如直流伺服電動機。14.可編程控制器的編程語言中，指令表語言類似于（）A.匯編語言B.C語言C.Java語言D.Python語言答案：A。指令表語言類似于匯編語言，它由一系列的指令組成，通過指令代碼來實現(xiàn)邏輯控制。C語言、Java語言和Python語言是高級編程語言，與指令表語言的編程風(fēng)格和應(yīng)用場景有很大不同。15.在工業(yè)自動化中，用于實現(xiàn)設(shè)備之間互操作性的標(biāo)準(zhǔn)是（）A.IEC611313B.ISO9001C.IEEE802.3D.ANSI/ISA88答案：A。IEC611313是可編程控制器編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了多種編程語言和編程規(guī)范，有助于實現(xiàn)不同廠家設(shè)備之間的互操作性。ISO9001是質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.3是以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；ANSI/ISA88是批量控制標(biāo)準(zhǔn)。二、填空題（每題2分，共20分）1.三相異步電動機的額定功率是指電動機在額定運行狀態(tài)下，______軸上輸出的機械功率。答案：轉(zhuǎn)子。三相異步電動機的額定功率是指在額定電壓、額定頻率、額定負(fù)載等額定運行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子軸上輸出的機械功率。2.自動控制系統(tǒng)按給定信號的特征可分為______控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。答案：恒值。恒值控制系統(tǒng)的給定信號是恒定不變的，如恒溫控制系統(tǒng)；隨動控制系統(tǒng)的給定信號是隨時間任意變化的，如雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)；程序控制系統(tǒng)的給定信號是按預(yù)定規(guī)律變化的。3.傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有______、線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等。答案：精度。精度是衡量傳感器測量結(jié)果與被測量真實值接近程度的指標(biāo)，是傳感器重要的靜態(tài)特性指標(biāo)之一，與線性度、靈敏度等共同描述傳感器的靜態(tài)性能。4.可編程控制器的編程語言中，______語言是一種圖形化編程語言，它使用功能塊來表示各種控制功能。答案：功能塊圖。功能塊圖語言以功能塊為基本元素，通過連接功能塊來實現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯，是一種直觀的圖形化編程語言。5.直流電動機的制動方法主要有______制動、反接制動和能耗制動。答案：回饋?；仞佒苿邮钱?dāng)電動機的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速時，電動機將機械能轉(zhuǎn)換為電能回饋給電網(wǎng)；反接制動是改變電動機電源的相序使電動機產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩；能耗制動是將電動機的動能轉(zhuǎn)換為熱能消耗掉。6.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到______后，能夠恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)或跟蹤新的給定值的能力。答案：干擾。系統(tǒng)在運行過程中會受到各種干擾，如負(fù)載變化、電源波動等，穩(wěn)定性好的系統(tǒng)能夠在干擾作用消失后恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，或者在給定值變化時能夠跟蹤新的給定值。7.電氣控制系統(tǒng)中，接觸器的主要作用是______和分?jǐn)嘀麟娐?。答案：接通。接觸器是一種用于頻繁接通和分?jǐn)嘀麟娐返目刂齐娖?，通過電磁力的作用使觸點閉合或斷開，實現(xiàn)對電路的控制。8.工業(yè)以太網(wǎng)采用______拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有較高的可靠性和擴(kuò)展性。答案：星型。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以中央節(jié)點為中心，各個節(jié)點通過電纜連接到中央節(jié)點，當(dāng)某個節(jié)點出現(xiàn)故障時，不會影響其他節(jié)點的正常工作，具有較高的可靠性和擴(kuò)展性。9.可編程控制器的輸入映像寄存器用于存儲______的狀態(tài)。答案：外部輸入信號。在可編程控制器的輸入采樣階段，將外部輸入信號的狀態(tài)讀入輸入映像寄存器，程序執(zhí)行時從輸入映像寄存器讀取輸入信號狀態(tài)進(jìn)行邏輯運算。10.三相交流電路中，線電壓與相電壓的關(guān)系是：在星形連接中，線電壓等于______倍的相電壓。答案：\(\sqrt{3}\)。在三相交流電路的星形連接中，線電壓與相電壓的大小關(guān)系為\(U_{l}=\sqrt{3}U_{p}\)，且線電壓超前相應(yīng)相電壓30°。三、判斷題（每題1分，共10分）1.可編程控制器只能使用梯形圖語言進(jìn)行編程。（）答案：錯誤。可編程控制器有多種編程語言，如梯形圖語言、指令表語言、功能塊圖語言、結(jié)構(gòu)化文本語言和順序功能圖語言等，用戶可以根據(jù)實際需求選擇合適的編程語言。2.三相異步電動機的轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速。（）答案：正確。三相異步電動機之所以稱為“異步”，是因為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是低于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，存在轉(zhuǎn)差率，這樣才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電動機旋轉(zhuǎn)。3.自動控制系統(tǒng)的精度越高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越好。（）答案：錯誤。自動控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性是兩個不同的性能指標(biāo)，精度主要反映系統(tǒng)輸出與給定值的接近程度，穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到干擾后恢復(fù)平衡的能力。精度高并不意味著穩(wěn)定性好，兩者之間沒有必然的因果關(guān)系。4.傳感器的靈敏度越高，其測量范圍就越大。（）答案：錯誤。傳感器的靈敏度是指輸出變化量與輸入變化量的比值，靈敏度高意味著對微小輸入變化有較大的輸出響應(yīng)，但測量范圍與靈敏度沒有直接的對應(yīng)關(guān)系，高靈敏度的傳感器測量范圍不一定大。5.直流電動機的調(diào)速性能比交流電動機好，因此在所有工業(yè)領(lǐng)域都應(yīng)優(yōu)先選用直流電動機。（）答案：錯誤。雖然直流電動機調(diào)速性能好，但它存在電刷和換向器，維護(hù)工作量大，且不適用于易燃易爆等惡劣環(huán)境。交流電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便，在很多工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的電動機。6.可編程控制器的掃描周期越短，系統(tǒng)的響應(yīng)速度就越快。（）答案：正確。掃描周期是可編程控制器完成一次輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新所需的時間，掃描周期越短，系統(tǒng)能夠更及時地響應(yīng)輸入信號的變化，響應(yīng)速度也就越快。7.電氣控制系統(tǒng)中，熱繼電器的作用是短路保護(hù)。（）答案：錯誤。熱繼電器主要用于電動機的過載保護(hù)，當(dāng)電動機過載時，熱繼電器的雙金屬片受熱彎曲，使觸點動作，切斷控制電路。熔斷器用于短路保護(hù)。8.工業(yè)自動化中，CAN總線適用于短距離、低速通信。（）答案：錯誤。CAN總線具有通信距離較長（可達(dá)數(shù)千米）、通信速率較高（最高可達(dá)1Mbps）、抗干擾能力強等優(yōu)點，適用于中等距離和速率的工業(yè)現(xiàn)場通信。9.自動控制系統(tǒng)的開環(huán)增益越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越小。（）答案：正確。對于一定類型的自動控制系統(tǒng)，在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，開環(huán)增益越大，系統(tǒng)對輸入信號的跟蹤能力越強，穩(wěn)態(tài)誤差就越小。但開環(huán)增益過大可能會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。10.傳感器的輸出信號一定是電信號。（）答案：正確。傳感器的作用是將非電物理量轉(zhuǎn)換為電信號，以便后續(xù)的信號處理和控制，所以傳感器的輸出信號通常是電信號。四、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述可編程控制器（PLC）的工作原理。答：可編程控制器采用循環(huán)掃描的工作方式，其工作過程主要包括以下三個階段：輸入采樣階段：PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵俗拥臓顟B(tài)讀入輸入映像寄存器中存儲，在本掃描周期內(nèi)，輸入映像寄存器的內(nèi)容不會隨外部輸入信號的變化而改變。程序執(zhí)行階段：PLC按用戶程序指令存放的先后順序逐條執(zhí)行，從輸入映像寄存器和其他元件映像寄存器中讀取有關(guān)元件的通斷狀態(tài)，進(jìn)行邏輯運算，將運算結(jié)果再寫入有關(guān)的元件映像寄存器中。因此，各元件映像寄存器的內(nèi)容會隨著程序的執(zhí)行而變化。輸出刷新階段：在所有程序執(zhí)行完畢后，將輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過輸出模塊驅(qū)動外部負(fù)載。此時，PLC才對外部輸出信號進(jìn)行實際的控制。這種循環(huán)掃描的工作方式保證了PLC能夠可靠、有序地運行，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化控制。2.分析三相異步電動機的調(diào)速原理，并列舉常見的調(diào)速方法。答：三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為\(n=n_0(1s)=\frac{60f}{p}(1s)\)，其中\(zhòng)(n\)是電動機的轉(zhuǎn)速，\(n_0\)是旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，\(f\)是電源頻率，\(p\)是磁極對數(shù)，\(s\)是轉(zhuǎn)差率。從公式可以看出，要改變電動機的轉(zhuǎn)速，可以通過改變電源頻率\(f\)、磁極對數(shù)\(p\)和轉(zhuǎn)差率\(s\)來實現(xiàn)。常見的調(diào)速方法有：變極調(diào)速：通過改變定子繞組的接線方式，改變磁極對數(shù)\(p\)，從而改變同步轉(zhuǎn)速\(n_0\)，實現(xiàn)調(diào)速。這種調(diào)速方法是有級調(diào)速，調(diào)速范圍有限，但簡單可靠，常用于一些對調(diào)速要求不高的場合，如機床等。變頻調(diào)速：改變電源頻率\(f\)來改變同步轉(zhuǎn)速\(n_0\)，實現(xiàn)平滑調(diào)速。變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、效率高等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最廣泛的調(diào)速方法，適用于各種工業(yè)領(lǐng)域。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：通過改變轉(zhuǎn)差率\(s\)來調(diào)速，例如繞線式異步電動機通過在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻來改變轉(zhuǎn)差率，從而改變轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方法的調(diào)速范圍較小，機械特性較軟，能量損耗較大，一般用于對調(diào)速性能要求不高的場合。3.說明自動控制系統(tǒng)中閉環(huán)控制的基本原理和優(yōu)點。答：閉環(huán)控制的基本原理是：系統(tǒng)通過測量元件（傳感器）對輸出量進(jìn)行測量，將測量結(jié)果反饋到輸入端，與給定信號進(jìn)行比較，得到偏差信號?？刂破鞲鶕?jù)偏差信號進(jìn)行控制運算，產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)改變被控對象的狀態(tài)，使輸出量趨近于給定值。閉環(huán)控制的優(yōu)點主要有：提高控制精度：閉環(huán)控制能夠根據(jù)輸出量的實際情況進(jìn)行實時調(diào)整，不斷減小偏差，從而使系統(tǒng)的輸出更接近給定值，提高了控制精度。例如，在恒溫控制系統(tǒng)中，通過不斷測量實際溫度并與設(shè)定溫度比較，調(diào)整加熱或制冷設(shè)備的功率，使溫度保持在設(shè)定值附近。增強抗干擾能力：當(dāng)系統(tǒng)受到外部干擾時，閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠及時檢測到輸出量的變化，通過調(diào)整控制信號來抵消干擾的影響，使系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。如在電機調(diào)速系統(tǒng)中，負(fù)載變化會影響電機的轉(zhuǎn)速，閉環(huán)控制可以根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化調(diào)整電機的輸入電壓，保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。適應(yīng)性強：閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠自動適應(yīng)被控對象參數(shù)的變化。當(dāng)被控對象的特性發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以通過反饋調(diào)節(jié)來維持良好的控制性能。例如，在化工生產(chǎn)過程中，物料的性質(zhì)可能會發(fā)生變化，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以自動調(diào)整控制參數(shù)，保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運行。五、計算題（10分）一臺三相異步電動機，額定功率\(P_N=15kW\)，額定電壓\(U_N=380V\)，額定轉(zhuǎn)速\(n_N=1460r/min\)，功率因數(shù)\(\cos\varphi_N=0.85\)，效率\(\eta_N=0.9\)。求：1.電動機的額定電流\(I_N\)；2.電動機的同