2025電氣工程師《自動化》真題解析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、1.已知某單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(s+1)(s+5))，試分析當(dāng)K值增大時，系統(tǒng)穩(wěn)定性將如何變化？簡述原因。2.某二階系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為C(s)/R(s)=ωn2/(s2+2ζωns+ωn2)，其中ωn=10rad/s，ζ=0.2。試求該系統(tǒng)的阻尼比、無阻尼自然頻率、阻尼自然頻率，并計算其最大超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時間ts（取σ=4%）。二、簡述PLC輸入/輸出模塊的選型需要考慮的主要因素，并說明不同類型輸出模塊（如繼電器輸出、晶體管輸出）的特點及適用場景。三、在DCS系統(tǒng)中，什么是冗余設(shè)計？試列舉至少三種DCS系統(tǒng)中常見的冗余配置，并簡述其目的。四、某工業(yè)過程需要控制溫度，采用PID控制器。現(xiàn)場反饋顯示系統(tǒng)響應(yīng)過慢，且存在明顯振蕩。試分析可能的原因，并提出相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整策略（可涉及參數(shù)整定方法或原則）。五、說明工業(yè)以太網(wǎng)在自動化系統(tǒng)中的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線相比，工業(yè)以太網(wǎng)有哪些主要的技術(shù)特點？六、1.什么是傳感器的不靈敏區(qū)？它對測量精度有何影響？2.在過程控制中，為什么常需要對流量信號進行平方根變換處理？請簡述其原理和目的。七、試述伺服系統(tǒng)與普通電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要區(qū)別。在選用伺服驅(qū)動器時，需要考慮哪些關(guān)鍵參數(shù)？八、設(shè)計一個簡單的PLC控制程序，用于實現(xiàn)以下邏輯：當(dāng)啟動按鈕按下后，電機先延時5秒啟動，同時指示燈亮起；運行10分鐘后，電機停止，指示燈熄滅。要求使用基本的PLC指令（如常開觸點、常閉觸點、定時器、線圈等）描述主要邏輯步驟。九、論述在自動化工程項目實施中，進行風(fēng)險評估和故障診斷的重要性，并簡述常用的風(fēng)險評估方法或故障診斷思路。試卷答案一、1.系統(tǒng)穩(wěn)定性會變差，甚至可能失去穩(wěn)定。原因：隨著K值增大，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)在s=0處的極點階數(shù)增加，根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)或勞斯判據(jù)，臨界閉合回路增益會提前達到不穩(wěn)定區(qū)域，導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)特征方程可能出現(xiàn)正實部的根，系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。2.阻尼比ζ=0.2；無阻尼自然頻率ωn=10rad/s；阻尼自然頻率ωd=ωn*sqrt(1-ζ2)=10*sqrt(1-0.22)≈9.625rad/s；最大超調(diào)量Mp=exp(-ζπ/sqrt(1-ζ2))*100%≈exp(-0.2π/sqrt(1-0.22))*100%≈17%；調(diào)節(jié)時間ts≈4/(ζωn)=4/(0.2*10)=0.2s(對應(yīng)σ=4%的經(jīng)驗公式)。二、PLC輸入/輸出模塊選型需考慮：輸入信號類型（數(shù)字量/模擬量，電壓/電流）、信號電平、信號速率、接口類型、負載特性（輸出類型）、容量（點數(shù)）、環(huán)境條件（溫度、濕度、電磁干擾）、成本等。繼電器輸出：無源觸點，適用交流負載或直流負載，開關(guān)容量較大，有機械動作和電氣壽命限制，抗干擾能力一般。晶體管輸出：有源輸出，適用于直流負載，開關(guān)速度快，無機械動作，壽命長，抗干擾能力強，但開關(guān)容量通常較小。三、冗余設(shè)計是指在系統(tǒng)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)使用兩個或多個備份單元，當(dāng)主單元發(fā)生故障時，備份單元能自動或手動切換接替其工作，以保證系統(tǒng)持續(xù)運行。常見的冗余配置有：電源冗余（雙電源輸入）、控制器冗余（主備控制器切換）、網(wǎng)絡(luò)冗余（雙網(wǎng)絡(luò)冗余備份）、I/O冗余（冗余I/O卡或雙通道I/O）、現(xiàn)場儀表/執(zhí)行器冗余等。其目的是提高系統(tǒng)的可靠性、可用性和容錯能力。四、系統(tǒng)響應(yīng)過慢可能原因：PID參數(shù)（特別是積分時間Ti）設(shè)置過大、系統(tǒng)增益過低、存在較大純滯后、受控對象慣性或容量大。存在明顯振蕩可能原因：比例增益K過大、微分時間Td設(shè)置不當(dāng)（過大或過小）、系統(tǒng)阻尼不足。參數(shù)調(diào)整策略：可先嘗試減小比例增益K或積分時間Ti，觀察系統(tǒng)響應(yīng)；若響應(yīng)仍慢，再適當(dāng)調(diào)整；為改善振蕩，可適當(dāng)增大積分時間Ti或減小微分時間Td，并配合比例帶整定；也可考慮采用先比例后積分再微分的整定方法（如Ziegler-Nichols方法或臨界比例度法）。五、工業(yè)以太網(wǎng)優(yōu)勢：傳輸速率高、帶寬寬、傳輸距離遠、遵循通用標(biāo)準（IEEE802.3）、易于實現(xiàn)與IT網(wǎng)絡(luò)的集成、成本相對較低、組網(wǎng)靈活方便。主要技術(shù)特點：基于以太網(wǎng)協(xié)議（TCP/IP或EtherNet/IP等），支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，傳輸介質(zhì)多樣（雙絞線、光纖），通常支持實時以太網(wǎng)協(xié)議（如EtherCAT、Profinet、ModbusTCP）以滿足運動控制等實時性要求，具備網(wǎng)絡(luò)管理和安全功能。六、1.傳感器的不靈敏區(qū)（死區(qū)）是指傳感器在輸入量變化范圍內(nèi)，其輸出量保持不變或變化很小的一個區(qū)域。它會導(dǎo)致測量結(jié)果在某個小范圍內(nèi)不準確，降低了測量的靈敏度和精度，尤其是在測量值接近設(shè)定點或變化較小時的影響更為顯著。2.流量信號通常與管道截面積和流體速度的平方成正比（Q∝A*v2）。為了消除管道截面積A變化的影響，使流量測量值更直接反映流速變化，需要對平方關(guān)系進行逆運算，即進行平方根變換處理。通過變換，輸出的信號能更準確地反映實際流量的大小，提高控制精度。七、伺服系統(tǒng)與普通電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要區(qū)別在于：伺服系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，包含驅(qū)動器、電機和位置/速度傳感器，能精確控制電機的位置、速度或力矩；響應(yīng)速度快，控制精度高；通常采用直流伺服或交流伺服電機。普通電機驅(qū)動系統(tǒng)多為開環(huán)或簡單的閉環(huán)（如僅電流環(huán)），主要實現(xiàn)對電機的啟動、停止、速度粗略控制等，控制精度和響應(yīng)速度相對較低。選用伺服驅(qū)動器時需考慮：最大輸出電流和電壓、控制模式（位置、速度、轉(zhuǎn)矩）、響應(yīng)時間、分辨率、通訊接口類型、防護等級、尺寸和安裝方式、成本等。八、//以下為偽梯形圖邏輯描述或指令序列示意，具體實現(xiàn)取決于PLC編程語言//假設(shè)：啟動按鈕SB1->輸入點I0.0；停止按鈕SB2->輸入點I0.1；電機線圈M1->輸出點Q0.0；指示燈HL->輸出點Q0.1；定時器T0。//啟動邏輯：I0.0上升沿->啟動內(nèi)部繼電器MR1。//延時啟動邏輯：MR1閉合->啟動定時器T0（設(shè)定時間5秒）。//T0完成邏輯：T0閉合->啟動內(nèi)部繼電器MR2。//運行邏輯：MR2閉合且I0.1斷開->Q0.0閉合（電機啟動）,Q0.1閉合（指示燈亮）。//停止邏輯：I0.1閉合->Q0.0斷開（電機停止）,Q0.1斷開（指示燈熄滅）。//綜合邏輯：//Q0.0=(MR1ANDNOTT0)OR(MR2ANDNOTI0.1)//Q0.1=(MR1ANDNOTT0)OR(MR2ANDNOTI0.1)//T0:Timer,ONTime=5s//MR1,MR2:InternalRelays九、自動化工程項目實施中進行風(fēng)險評估和故障診斷非常重要。風(fēng)險評估有助于在項目前期識別潛在的危險源和不利因素（如技術(shù)風(fēng)險、管理風(fēng)險、安全風(fēng)險、進度風(fēng)險、成本風(fēng)險等），分析其發(fā)生的可能性和影響程度，從而制定相應(yīng)的預(yù)防和應(yīng)對措施，降低項目失敗或產(chǎn)生損失的可能性，保障人員安全和財產(chǎn)不受損害。故障診斷是在系統(tǒng)運行中或出現(xiàn)異常時，通過分析現(xiàn)象、收集數(shù)據(jù)