2025年注冊(cè)電氣工程師考試電氣自動(dòng)化控制專項(xiàng)訓(xùn)練題庫考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.已知某線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=(s+2)/(s^2+3s+2)，其閉環(huán)特征方程的根（極點(diǎn)）為（）。A.s=-1,s=-2B.s=-1,s=-3C.s=-0.5,s=-2D.s=-0.5,s=-32.在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，提高開環(huán)系統(tǒng)頻帶寬度，通常會(huì)導(dǎo)致（）。A.系統(tǒng)穩(wěn)定性降低B.系統(tǒng)穩(wěn)定性提高C.系統(tǒng)響應(yīng)速度不變D.系統(tǒng)抗干擾能力增強(qiáng)3.對(duì)于二階欠阻尼系統(tǒng)，減小阻尼比ζ，將導(dǎo)致（）。A.超調(diào)量σp增大，上升時(shí)間tr縮短B.超調(diào)量σp減小，上升時(shí)間tr縮短C.超調(diào)量σp增大，上升時(shí)間tr延長D.超調(diào)量σp減小，上升時(shí)間tr延長4.在PLC系統(tǒng)中，用于表示輸出點(diǎn)物理狀態(tài)，并且其狀態(tài)由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)的元件是（）。A.輸入繼電器（X）B.輸出繼電器（Y）C.內(nèi)部繼電器（M）D.定時(shí)器（T）5.在直流調(diào)速系統(tǒng)中，V-M（電壓-頻率）控制方式通常適用于（）。A.低速、大轉(zhuǎn)矩恒功率調(diào)速B.中高速、小轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速C.低速、小轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速D.中高速、大轉(zhuǎn)矩恒功率調(diào)速6.下列傳感器中，主要用于檢測物體位移或位置的是（）。A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.光電編碼器D.流量傳感器7.ModbusRTU與ModbusTCP在通信方面的主要區(qū)別在于（）。A.傳輸速率不同B.通信協(xié)議結(jié)構(gòu)不同C.所在的層級(jí)不同D.是否支持面向連接的通信8.在電氣控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)順序控制功能通常采用（）。A.可編程邏輯控制器（PLC）B.繼電器-接觸器控制系統(tǒng)C.直接數(shù)字控制器（DDC）D.專用順序控制器9.安全儀表系統(tǒng)（SIS）的核心要求是（）。A.高速響應(yīng)B.高度可靠C.低壓低功耗D.遠(yuǎn)程監(jiān)控10.對(duì)于一個(gè)典型的過程控制系統(tǒng)，其輸出變量通常是（）。A.操作變量B.干擾變量C.被控變量D.誤差信號(hào)二、填空題（每空1分，共20分）1.描述系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的一種數(shù)學(xué)模型是________模型。2.使系統(tǒng)特征方程的根全部位于s平面左半部的性能稱為________性能。3.在PLC編程中，常使用________指令來實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。4.電力電子器件中的GTO、IGBT屬于________模塊。5.工業(yè)現(xiàn)場總線ProfibusDP主要應(yīng)用于________控制領(lǐng)域。6.在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測量得到的被控變量與設(shè)定值之差稱為________。7.PID控制器中，比例（P）、積分（I）、微分（D）三種作用分別用于克服系統(tǒng)的________、______和________。8.用于將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為________。9.在DCS系統(tǒng)中，通常將負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理和通信的層級(jí)稱為________層。10.選擇PLC輸入/輸出模塊時(shí)，需要考慮其電壓類型（AC/DC）、電壓等級(jí)、______和______。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述根軌跡法在分析控制系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的基本思想。2.簡述PLC相比傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。3.簡述在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中選用傳感器時(shí)需要考慮的主要因素。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+5))。要求系統(tǒng)在階躍輸入下的超調(diào)量σp≤10%，試確定開環(huán)增益K的取值范圍。2.有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率Pn=11kW，額定電壓Un=380V，額定電流In=21.8A，Y連接?，F(xiàn)采用V-M變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)其拖動(dòng)，設(shè)變頻器輸出頻率fn=50Hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子電壓U1=380V。試計(jì)算電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩Te，并簡述該變頻器在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，若要實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，其輸出電壓U1與輸出頻率fn的關(guān)系。五、分析題（每題10分，共20分）1.某工業(yè)過程控制系統(tǒng)，被控變量為溫度T，manipulatedvariable為加熱功率Q。已知該過程具有較大的容量滯后，且溫度對(duì)加熱功率的變化反應(yīng)較慢。試從控制角度分析，若僅采用簡單的P控制器，可能出現(xiàn)的問題，并提出至少一種改進(jìn)方案。2.簡述在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的主要內(nèi)容和潛在問題。---試卷答案一、選擇題1.C2.A3.A4.B5.B6.C7.B8.B9.B10.C二、填空題1.傳遞函數(shù)2.穩(wěn)定性3.聯(lián)鎖4.模塊5.現(xiàn)場總線6.誤差7.滯后、穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)8.模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）9.過程控制10.點(diǎn)數(shù)、容量三、簡答題1.根軌跡法的基本思想是：根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)，繪制系統(tǒng)閉環(huán)特征方程（1+G(s)H(s)=0）根（閉環(huán)極點(diǎn)）在s平面隨某一參數(shù)（通常是開環(huán)增益K）連續(xù)變化時(shí)的軌跡。通過分析根軌跡在s平面上的走向，特別是閉環(huán)極點(diǎn)穿越虛軸的位置，可以直觀地判斷系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并確定系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能（如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等）的影響。2.PLC相比傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要包括：可靠性高（無機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)和磨損）、功能強(qiáng)大（邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)等）、靈活方便（程序可修改、易于擴(kuò)展）、調(diào)試維護(hù)方便（編程方式、故障自診斷）、體積小、功耗低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。3.在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中選用傳感器時(shí)需要考慮的主要因素包括：測量精度（與系統(tǒng)要求匹配）、量程范圍（覆蓋被測變量可能的變化）、響應(yīng)時(shí)間（滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)要求）、線性度、靈敏度、分辨率、重復(fù)性、穩(wěn)定性（長期性能）、抗干擾能力（電磁兼容性、環(huán)境適應(yīng)性）、輸出信號(hào)類型（電壓、電流、數(shù)字等）、接口匹配、成本、安裝維護(hù)方便性等。四、計(jì)算題1.解：系統(tǒng)閉環(huán)特征方程為s^3+6s^2+5s+K=0。根據(jù)題意，σp≤10%，對(duì)應(yīng)ζ≥0.59。二階近似系統(tǒng)阻尼比ζ=6/(sqrt(5*(6^2-4K)))。令ζ=0.59，解得K≈11.76。為留有余量，需取K<11.76。又因?yàn)镵需使系統(tǒng)穩(wěn)定，需滿足K>0。同時(shí)，根軌跡與虛軸的交點(diǎn)為臨界穩(wěn)定點(diǎn)，此時(shí)K=5*(6^2/4)=45。因此，滿足穩(wěn)定性和超調(diào)量要求的K值范圍為0<K<11.76。2.解：電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩Te=9550*Pn/Un=9550*11/380≈285.5Nm。V-M變頻調(diào)速系統(tǒng)中，若要實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，需保持電動(dòng)機(jī)的磁通量基本恒定，因此其輸出電壓U1與輸出頻率fn成比例關(guān)系，即U1/fn=常數(shù)。當(dāng)fn=50Hz,U1=380V時(shí)，該常數(shù)為380/50=7.6V/Hz。因此，在額定狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，變頻器輸出頻率與電壓的關(guān)系為U1=7.6*fn(V)。五、分析題1.解：對(duì)于具有較大容量滯后的溫度系統(tǒng)，其慣性大，響應(yīng)慢。若僅采用P控制器，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)或給定值變化時(shí)，由于存在純滯后時(shí)間，控制器輸出會(huì)先增大（或減小），經(jīng)過一段時(shí)間后，被控變量才開始響應(yīng)。這可能導(dǎo)致在滯后時(shí)間結(jié)束后，控制器輸出已經(jīng)過大（或過?。?，使得被控變量出現(xiàn)較大的超調(diào)或振蕩，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。即P控制器難以有效克服大滯后帶來的問題，容易引起超調(diào)和振蕩。改進(jìn)方案：（1）采用串級(jí)控制：將被控變量（溫度）作為副環(huán)，引入一個(gè)響應(yīng)快的內(nèi)環(huán)控制量（如加熱功率或中間變量），這樣可以有效減小大滯后對(duì)控制性能的影響。（2）采用前饋控制：根據(jù)擾動(dòng)量（如進(jìn)料量變化）或設(shè)定值變化率，提前加入一個(gè)補(bǔ)償作用，以抵消其影響。（3）采用大林（大林算法）或Smith預(yù)估器等針對(duì)大滯后系統(tǒng)的先進(jìn)控制算法。2.解：電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的主要內(nèi)容包括：（1）通信需求分析：確定需要傳輸哪些數(shù)據(jù)（過程數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息、報(bào)警信號(hào)等）、數(shù)據(jù)量、傳輸速率要求、實(shí)時(shí)性要求等。（2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇：根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模、可靠性要求、成本等因素，選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（總線型、星型、環(huán)型等）。（3）通信協(xié)議選擇：根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備類型、功能需求、開放性要求等，選擇合適的通信協(xié)議（如Modbus、Profibus、CANopen、Ethernet/IP、HART等），并考慮協(xié)議的兼容性。（4）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型與配置：選擇合適的網(wǎng)絡(luò)接口、中繼器、交換機(jī)、路由器等，并進(jìn)行參數(shù)配置。（5）網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃與沖突避免：合理規(guī)劃設(shè)備地址，避免地址沖突。（6）網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)：對(duì)于關(guān)鍵應(yīng)用，考慮采用冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以提高可靠性。潛在問題：（1）通信延遲：網(wǎng)絡(luò)傳輸可能引入不可忽略的延遲