2025年自動(dòng)化控制工程師職業(yè)資格考試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（共15題，每題2分，共30分。每題只有一個(gè)正確選項(xiàng)）1.下列關(guān)于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的描述中，正確的是（）。A.開(kāi)環(huán)系統(tǒng)無(wú)反饋環(huán)節(jié)，閉環(huán)系統(tǒng)必有反饋環(huán)節(jié)B.開(kāi)環(huán)系統(tǒng)精度一定低于閉環(huán)系統(tǒng)C.閉環(huán)系統(tǒng)無(wú)法應(yīng)對(duì)外部干擾D.開(kāi)環(huán)系統(tǒng)適用于高精度控制場(chǎng)景2.在PID控制中，若比例系數(shù)（Kp）設(shè)置過(guò)大，最可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是（）。A.系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢B.超調(diào)量顯著增大C.穩(wěn)態(tài)誤差無(wú)法消除D.積分飽和現(xiàn)象消失3.某PLC的掃描周期為15ms，其工作過(guò)程依次為（）。A.輸入采樣→用戶程序執(zhí)行→輸出刷新B.用戶程序執(zhí)行→輸入采樣→輸出刷新C.輸入采樣→輸出刷新→用戶程序執(zhí)行D.輸出刷新→用戶程序執(zhí)行→輸入采樣4.工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，用于測(cè)量管道內(nèi)液體流量的傳感器，最常用的類型是（）。A.熱電偶B.壓力變送器C.電磁流量計(jì)D.電感式接近開(kāi)關(guān)5.下列關(guān)于Modbus通信協(xié)議的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.支持RTU和ASCII兩種傳輸模式B.主從通信模式，每個(gè)從機(jī)有唯一地址C.基于TCP/IP的ModbusRTU可直接用于以太網(wǎng)通信D.數(shù)據(jù)幀包含校驗(yàn)碼（如CRC16）6.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為\(G(s)=\frac{4}{s^2+2s+4}\)，其阻尼比（ζ）和無(wú)阻尼自然頻率（ωn）分別為（）。A.ζ=0.5，ωn=2rad/sB.ζ=1，ωn=4rad/sC.ζ=0.25，ωn=2rad/sD.ζ=0.5，ωn=4rad/s7.在PLC編程中，用于實(shí)現(xiàn)“當(dāng)輸入X0為ON且X1為OFF時(shí)，輸出Y0保持ON”的邏輯，應(yīng)選用（）。A.置位指令（SET）B.保持指令（KEEP）C.上升沿檢測(cè)指令（P）D.或邏輯指令（OR）8.工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系中，“工具坐標(biāo)系”的原點(diǎn)通常定義在（）。A.機(jī)器人基座中心B.機(jī)器人末端執(zhí)行器的中心點(diǎn)C.工件安裝平臺(tái)的基準(zhǔn)點(diǎn)D.控制柜的電氣接口位置9.下列抗干擾措施中，針對(duì)“電磁耦合干擾”最有效的是（）。A.信號(hào)線纜與動(dòng)力線纜分開(kāi)走線B.為設(shè)備安裝獨(dú)立接地裝置C.增加電源濾波器D.對(duì)敏感電路進(jìn)行屏蔽處理10.某溫度控制系統(tǒng)的設(shè)定值為80℃，實(shí)際輸出穩(wěn)定在79.5℃，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為（）。A.0.5℃B.-0.5℃C.1℃D.-1℃11.以下關(guān)于DCS（分散控制系統(tǒng)）與PLC（可編程邏輯控制器）的主要區(qū)別，正確的是（）。A.DCS更側(cè)重邏輯控制，PLC更側(cè)重過(guò)程控制B.DCS的分散性體現(xiàn)在硬件分布，PLC的集中性體現(xiàn)在軟件集成C.DCS通常支持冗余配置，PLC一般不支持D.DCS的通信協(xié)議開(kāi)放，PLC的通信協(xié)議封閉12.步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8°，驅(qū)動(dòng)器細(xì)分設(shè)置為8細(xì)分時(shí)，每輸入一個(gè)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為（）。A.0.225°B.0.9°C.1.8°D.14.4°13.工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，4-20mA電流信號(hào)相比0-5V電壓信號(hào)的主要優(yōu)勢(shì)是（）。A.抗干擾能力更強(qiáng)B.傳輸距離更短C.信號(hào)分辨率更高D.無(wú)需電源供電14.在自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析中，若系統(tǒng)的根軌跡全部位于s平面的左半部分，則系統(tǒng)（）。A.穩(wěn)定B.臨界穩(wěn)定C.不穩(wěn)定D.穩(wěn)定性無(wú)法判斷15.某閉環(huán)控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為\(G(s)H(s)=\frac{K}{s(s+1)(s+2)}\)，其臨界穩(wěn)定的開(kāi)環(huán)增益K值為（）。A.2B.4C.6D.8二、多項(xiàng)選擇題（共5題，每題3分，共15分。每題有2-4個(gè)正確選項(xiàng)，錯(cuò)選、漏選均不得分）1.以下屬于數(shù)字量輸入（DI）信號(hào)的有（）。A.按鈕開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)B.溫度傳感器的4-20mA輸出C.接近開(kāi)關(guān)的信號(hào)D.壓力變送器的0-10V輸出2.工業(yè)以太網(wǎng)（如Profinet、EtherNet/IP）的特點(diǎn)包括（）。A.支持實(shí)時(shí)通信B.采用CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制C.可集成IT與OT網(wǎng)絡(luò)D.傳輸速率通常為10Mbps以下3.以下關(guān)于傳感器的描述，正確的是（）。A.熱電偶屬于自發(fā)電型傳感器，無(wú)需外部電源B.光電編碼器可輸出絕對(duì)位置信號(hào)（絕對(duì)式）或增量信號(hào)（增量式）C.超聲波傳感器適用于高精度測(cè)量液體液位D.壓力傳感器的量程選擇應(yīng)覆蓋被測(cè)壓力的120%以上4.PLC程序設(shè)計(jì)中，“結(jié)構(gòu)化編程”的優(yōu)勢(shì)包括（）。A.提高代碼可讀性和可維護(hù)性B.減少內(nèi)存占用C.便于多任務(wù)并行處理D.支持代碼復(fù)用5.以下屬于控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的有（）。A.超調(diào)量（σ%）B.調(diào)節(jié)時(shí)間（ts）C.信噪比（SNR）D.穩(wěn)態(tài)誤差（ess）三、判斷題（共10題，每題1分，共10分。正確填“√”，錯(cuò)誤填“×”）1.閉環(huán)控制系統(tǒng)一定包含檢測(cè)裝置和比較環(huán)節(jié)。（）2.積分控制（I）可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，但會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（）3.工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度是指多次定位到同一目標(biāo)點(diǎn)的最大偏差。（）4.ModbusTCP協(xié)議的端口號(hào)默認(rèn)是502。（）5.熱電阻傳感器的輸出信號(hào)與溫度呈線性關(guān)系，適用于高溫測(cè)量（>1000℃）。（）6.PLC的輸入/輸出模塊中，DC24V數(shù)字量輸入模塊可直接接收AC220V信號(hào)。（）7.一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)沒(méi)有超調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)間與時(shí)間常數(shù)成反比。（）8.工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)單端接地，避免形成地環(huán)路干擾。（）9.伺服電機(jī)相比步進(jìn)電機(jī)，具有更高的精度和響應(yīng)速度，但成本較高。（）10.控制系統(tǒng)的根軌跡是開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)隨增益K變化的軌跡。（）四、計(jì)算題（共2題，每題15分，共30分）1.某二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖所示（注：假設(shè)超調(diào)量σ%=25%，峰值時(shí)間tp=0.5s），求：（1）系統(tǒng)的阻尼比ζ和無(wú)阻尼自然頻率ωn；（2）系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；（3）若要求超調(diào)量降至10%，應(yīng)如何調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)？2.某溫度控制系統(tǒng)采用PID控制，已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為\(G(s)=\frac{10}{s(0.5s+1)}\)，要求：（1）計(jì)算系統(tǒng)的臨界比例增益Kc（采用臨界比例度法）；（2）若采用PID控制器，根據(jù)Ziegler-Nichols整定公式，計(jì)算PID參數(shù)（Kp、Ti、Td）。五、綜合分析題（共1題，15分）某工廠需設(shè)計(jì)一條生產(chǎn)線的溫度控制系統(tǒng)，要求控制對(duì)象為反應(yīng)釜內(nèi)的液體溫度（范圍：20-150℃，控制精度±1℃），環(huán)境存在電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)。請(qǐng)完成以下設(shè)計(jì)：（1）選擇合適的溫度傳感器，并說(shuō)明理由；（2）設(shè)計(jì)控制算法（建議PID控制），并說(shuō)明參數(shù)整定的基本步驟；（3）設(shè)計(jì)PLC程序的基本結(jié)構(gòu)（輸入/輸出分配、程序模塊劃分）；（4）提出3項(xiàng)抗干擾措施。2025年自動(dòng)化控制工程師職業(yè)資格考試答案一、單項(xiàng)選擇題1.A2.B3.A4.C5.C6.A7.B8.B9.A10.B11.C12.A13.A14.A15.C二、多項(xiàng)選擇題1.AC2.AC3.AB4.AD5.ABD三、判斷題1.√2.√3.√4.√5.×6.×7.×8.√9.√10.×四、計(jì)算題1.解答：（1）超調(diào)量公式：\(\sigma\%=e^{-\frac{\pi\zeta}{\sqrt{1-\zeta^2}}}\times100\%\)，代入σ%=25%，解得ζ≈0.4。峰值時(shí)間公式：\(t_p=\frac{\pi}{\omega_n\sqrt{1-\zeta^2}}\)，代入tp=0.5s，ζ=0.4，解得ωn≈7.07rad/s。（2）二階系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)為\(G(s)=\frac{\omega_n^2}{s^2+2\zeta\omega_ns+\omega_n^2}\)，代入ζ=0.4，ωn≈7.07rad/s，得\(G(s)=\frac{50}{s^2+5.66s+50}\)（注：ωn2≈50，2ζωn≈5.66）。（3）超調(diào)量與ζ成反比，降低超調(diào)量需增大ζ?？赏ㄟ^(guò)增加系統(tǒng)的阻尼（如增大粘性摩擦系數(shù)）或調(diào)整控制器參數(shù)（如增大比例系數(shù)或引入微分控制）。2.解答：（1）臨界比例度法步驟：將系統(tǒng)閉環(huán)，設(shè)置控制器為純比例（P），逐漸增大Kp直至系統(tǒng)等幅振蕩。開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)\(G(s)=\frac{10Kp}{s(0.5s+1)}\)，閉環(huán)特征方程\(0.5s^2+s+10Kp=0\)。令特征根為純虛數(shù)s=jω，代入得：\(-0.5\omega^2+j\omega+10Kp=0\)。實(shí)部：\(-0.5\omega^2+10Kp=0\)；虛部：\(\omega=0\)（矛盾，說(shuō)明需用勞斯判據(jù)）。勞斯表第一列為0.5,10Kp,1。臨界穩(wěn)定時(shí)，10Kp=0.5×1→Kp=0.05。因此臨界比例增益Kc=0.05。（2）Ziegler-Nichols整定公式（PID）：Kp=0.6Kc=0.03；Ti=0.5T（T為臨界振蕩周期，此處T=2π/ωc，ωc為臨界頻率。由特征方程虛根條件，ωc=√(20Kp)=√(20×0.05)=√1=1rad/s，故T=2π/1=6.28s），因此Ti=0.5×6.28≈3.14s；Td=0.125T=0.125×6.28≈0.785s。五、綜合分析題（1）傳感器選擇：選用Pt100熱電阻（或K型熱電偶）。理由：Pt100測(cè)量精度高（±0.1℃級(jí)），線性度好，適用于20-150℃范圍；反應(yīng)釜環(huán)境無(wú)強(qiáng)腐蝕性時(shí)，熱電阻穩(wěn)定性優(yōu)于熱電偶；若溫度需更高（如>300℃）則選K型熱電偶，但本題范圍適合熱電阻。（2）控制算法設(shè)計(jì)：采用PID控制。參數(shù)整定步驟：①初始參數(shù)設(shè)定：比例系數(shù)Kp取經(jīng)驗(yàn)值（如1-5），積分時(shí)間Ti取較大值（如30s），微分時(shí)間Td取較小值（如5s）；②閉環(huán)運(yùn)行，觀察階躍響應(yīng)：若超調(diào)過(guò)大，減小Kp或增大Ti；若穩(wěn)態(tài)誤差大，減小Ti；若振蕩頻繁，增大Td；③采用臨界比例度法或衰減曲線法精確整定：如通過(guò)臨界比例度法找到臨界Kc和振蕩周期T，再按公式計(jì)算PID參數(shù)。（3）PLC程序結(jié)構(gòu)：輸入/輸出分配：-DI：?jiǎn)?dòng)/停止按鈕（X0/X1）、溫度超限報(bào)警（X2）；-AI：溫度傳感器信號(hào)（AIW0，4-20mA）；-DO：加熱/冷卻接觸器（Y0/Y1）；-AO：調(diào)節(jié)閥開(kāi)度（AQW0，0-10V）。程序模塊劃分：-主程序（OB1）：調(diào)用初始化、數(shù)據(jù)采集、控制算法、輸出驅(qū)動(dòng)模塊；-數(shù)據(jù)采集模塊：讀取AIW0