2026年高级维修电工自动控制原理练习题带答案

2026年高级维修电工自动控制原理练习题带答案填空题（每空1分，共30分）1.自动控制系统的基本组成通常包括____、给定元件、比较元件、____、执行元件、被控对象六个部分。2.根据信号传递路径是否存在闭合回路，自动控制系统可分为____控制系统和____控制系统，维修电工日常维护的机床进给伺服系统属于后者。3.某开环直流调速系统的额定转速n_N=1500r/min，开环额定速降Δn_op=120r/min，若要求调速范围D=10、静差率s≤5%，则闭环系统需要达到的额定转速降Δn_cl为____r/min（保留两位小数），对应的闭环系统开环放大倍数K为____（保留一位小数）。4.频域稳定性分析中，相角裕量γ是指系统开环幅频特性等于____dB时，开环相频特性与____°的差值，该值为正表明系统稳定。5.二阶系统的阻尼比ζ在____区间时，阶跃响应为衰减振荡，工程上通常取ζ=____作为最佳阻尼比，此时超调量约为4.3%。6.数控机床常用的半闭环伺服系统，反馈信号通常取自____（填“伺服电机轴端”或“工作台”），相比全闭环系统，其突出优点是____。7.PID控制器中，积分环节的核心作用是____，微分环节的核心作用是____，维修电工调试时若出现系统高频振荡，应适当____（填“增大”或“减小”）微分增益。8.线性定常系统的两个核心特性是____和____，可用于叠加计算多个输入共同作用下的系统响应。9.某单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s(T1s+1)(T2s+1))，则该系统为____型系统，当开环增益K足够大时，对单位阶跃输入的稳态误差为____。10.常用的校正装置中，____校正可提高系统的相角裕量，改善动态性能；____校正可提高系统的稳态精度，通常串接在系统前向通道的低频段。11.维修电工排查反馈控制系统故障时，若断开反馈回路后系统运行恢复正常，说明故障大概率出在____（填“反馈通路”或“前向通路”）。12.三相异步电机的变频调速系统中，基频以下调速需保持____恒定，属于____调速，基频以上调速属于恒功率调速。13.某单位负反馈II型系统，加速度误差系数Ka=20，则对单位加速度输入r(t)=t²/2的稳态误差为____。14.奈奎斯特稳定判据中，若开环系统有P个右半平面极点，闭环系统稳定的充要条件是奈奎斯特曲线逆时针包围____点的圈数N等于____。15.步进电机开环位置控制系统的定位精度主要取决于____和传动机构的间隙，若出现丢步故障，排查方向通常为负载转矩过大、____。填空题答案1.测量反馈元件、放大校正元件2.开环、闭环3.7.89、14.24.0、-1805.0<ζ<1、0.7076.伺服电机轴端、调试维护难度低、稳定性好7.消除稳态误差、提前调节抑制超调、减小8.齐次性、叠加性9.I、010.超前、滞后11.反馈通路12.压频比（U/f）、恒转矩13.0.0514.(-1,j0)、P15.步距角、驱动脉冲频率过高单项选择题（每题2分，共30分）1.下列控制系统中属于开环控制系统的是（）A.普通车床的主轴调速系统B.电梯的平层控制系统C.家用变频空调的温度控制系统D.数控机床的半闭环进给系统2.关于二阶欠阻尼系统的动态性能指标，下列说法正确的是（）A.阻尼比越大，超调量越大B.自然振荡频率越高，调节时间越短C.峰值时间仅与阻尼比有关D.静差率越大，系统稳定性越好3.PID控制器调试时，若系统稳态误差始终无法消除，最可能的原因是（）A.比例增益过大B.积分时间常数设置过大甚至未投入积分环节C.微分增益过大D.微分时间常数设置过小4.下列哪种校正方式属于无源校正（）A.比例微分校正B.比例积分校正C.RC滞后校正网络D.基于运算放大器的超前校正5.某单位负反馈I型系统，输入为单位斜坡信号，当增大开环增益K时，系统的（）A.稳态误差减小，稳定性提高B.稳态误差减小，稳定性降低C.稳态误差增大，稳定性提高D.稳态误差增大，稳定性降低6.维修电工排查直流调速系统转速波动故障时，下列故障原因中与反馈环节无关的是（）A.转速编码器接线松动B.编码器电源电压不稳C.电枢回路接触器触点氧化D.反馈滤波电容失效7.关于相角裕量，下列说法正确的是（）A.相角裕量为负时系统稳定B.相角裕量越大，系统超调量越大C.工程上通常将相角裕量设置在30°~60°之间D.相角裕量与系统的稳态性能直接相关8.下列哪种调速方式的调速范围最宽、静差率最小（）A.三相异步电机变极调速B.绕线式异步电机转子串电阻调速C.直流电机电枢串电阻调速D.永磁同步电机矢量控制调速9.开环传递函数的积分环节个数增加，会使系统（）A.稳态误差增大，稳定性提高B.稳态误差减小，稳定性提高C.稳态误差增大，稳定性降低D.稳态误差减小，稳定性降低10.半闭环伺服系统出现定位偏差超差，下列排查顺序符合维修电工现场操作规范的是（）A.先检查负载是否过载，再检查编码器反馈信号，最后检查传动机构间隙B.先检查编码器反馈信号，再检查传动机构间隙，最后检查负载是否过载C.先检查传动机构间隙，再检查负载是否过载，最后检查编码器反馈信号D.先检查控制器参数，再检查电源电压，最后检查负载11.奈奎斯特曲线穿过（-1，j0）点，说明系统处于（）状态A.稳定B.临界稳定C.不稳定D.无法判断12.关于滞后校正的作用，下列说法错误的是（）A.可提高系统的稳态精度B.会使系统的截止频率降低C.可提高系统的响应速度D.会牺牲一定的快速性13.下列信号中属于反馈控制系统给定量的是（）A.变频器输出的频率信号B.温度传感器输出的温度信号C.PLC输出的转速设定值D.伺服电机的实际转速信号14.某二阶系统的阻尼比ζ=0.2，若要将其调整到最佳阻尼比0.707，可采用的校正方式是（）A.超前校正B.滞后校正C.滞后-超前校正D.增加积分环节15.维修电工在调试PLC控制的恒压供水系统时，发现水压总是高于设定值，且无法降低，最不可能的原因是（）A.压力变送器零点漂移B.PID的积分饱和C.水泵出口阀门完全打开卡死D.比例增益设置过小选择题答案1.A2.B3.B4.C5.B6.C7.C8.D9.D10.A11.B12.C13.C14.A15.D判断题（每题1分，共10分，对的打√，错的打×）1.开环控制系统的精度仅取决于给定元件和执行元件的精度，不存在稳定性问题。（）2.二阶系统的超调量仅与阻尼比有关，与自然振荡频率无关。（）3.积分环节的引入可以消除稳态误差，因此积分环节越多，系统性能越好。（）4.全闭环控制系统的精度高于半闭环，因此工业现场应优先选用全闭环系统。（）5.频域分析中，截止频率越高，系统的响应速度越快。（）6.维修电工断开反馈回路检修闭环系统时，需将执行机构的给定值限制在安全范围内，防止飞车。（）7.相位超前校正会使系统的截止频率升高，抗干扰能力下降。（）8.某单位负反馈II型系统，对单位阶跃输入和单位斜坡输入的稳态误差均为0。（）9.变频调速系统中，U/f恒定控制属于矢量控制的一种。（）10.稳态误差系数越大，系统的稳态精度越高。（）判断题答案1.√2.√3.×4.×5.√6.√7.√8.√9.×10.√简答题（每题10分，共40分）1.某维修电工在调试车间的闭环直流调速系统时，发现系统启动时转速直接冲到最高值，触发过压保护停机，请结合自动控制原理分析可能的故障原因，至少列出3种并说明判断依据。2.简述PID控制器中P、I、D三个环节分别对系统动静态性能的影响，维修电工调试时的常规调整顺序是什么？3.某工厂的输送带采用开环步进电机位置控制系统，近期频繁出现定位不准、丢步的故障，请结合开环系统的特点分析可能的原因，列出至少3种排查方向。4.什么是系统的静差率？它和调速范围、额定转速降之间有什么关系？某直流调速系统额定转速n_N=1000r/min，闭环额定速降Δn_cl=10r/min，要求静差率s≤4%，计算该系统允许的最大调速范围（写出计算过程，保留两位小数）。简答题答案1.可能的故障原因及判断依据：（1）转速反馈回路断线或极性接反：反馈信号丢失或变为正反馈，系统偏差信号始终为正向最大值，执行元件输出满额电压，导致转速飞升。判断依据：测量反馈端子电压，若转速上升时反馈电压无变化或与给定电压同相即可确认。（2）给定信号异常：给定电位器损坏、接线错误或PLC模拟量输出模块故障，导致给定值始终为最大值。判断依据：断开负载后测量给定输入端口电压，若电压始终处于满量程最大值即可确认。（3）控制器积分环节饱和：系统之前长时间带最大负载运行，积分累积量过大，启动时积分输出未清零，导致控制器输出最大值。判断依据：查看控制器参数设置，是否配置启动积分清零功能，重启控制器后故障消失即可确认。（4）功率模块触发异常：晶闸管或IGBT驱动电路损坏，始终处于全导通状态，不受控制器输出控制。判断依据：断开控制器输出接线后，功率模块仍有电压输出即可确认。（答出任意3种即可得满分）2.P、I、D环节对性能的影响：（1）比例环节（P）：成比例放大偏差信号，可提高系统响应速度，减小稳态误差，但比例增益过大会导致系统振荡、超调量增大，甚至失稳。（2）积分环节（I）：对偏差信号进行累积运算，最终消除稳态误差，但积分作用过强会增大超调量、延长调节时间，甚至引发积分饱和问题。（3）微分环节（D）：反映偏差信号的变化趋势，可提前施加调节作用，有效抑制超调、缩短调节时间，但微分作用过强会放大高频噪声，降低系统抗干扰能力，甚至引发高频振荡。调试顺序：通常按照“先比例、再积分、最后微分”的顺序调整：首先退出I、D环节，从小到大调整比例增益，直到系统响应速度快、超调量处于可接受范围；之后投入积分环节，从小到大调整积分时间常数，直到稳态误差满足要求，同时兼顾动态性能不出现明显恶化；最后投入微分环节，从小到大调整微分时间常数，进一步减小超调、缩短调节时间，直到系统整体性能达标。3.开环步进系统无位置反馈环节，定位精度完全取决于步距角、驱动脉冲数量和传动机构精度，故障可能原因及排查方向：（1）负载转矩过大或突变：输送带卡滞、物料超重导致负载转矩超过步进电机的最大输出转矩，电机无法跟随脉冲转动出现丢步。排查方向：测量电机运行电流是否超过额定值，检查输送带是否有卡滞、物料是否超重，必要时更换更大转矩的电机或减轻负载。（2）驱动脉冲频率过高：启动频率超过步进电机的空载启动频率，或运行频率超过电机最大运行频率，电机无法响应脉冲指令出现丢步。排查方向：查看控制器的脉冲输出参数，适当降低启动频率和加速斜率，观察故障是否消失。（3）传动机构间隙过大或打滑：减速器齿轮磨损、输送带张紧度不足打滑，导致电机输出的脉冲对应位移无法完全传递到负载，出现定位偏差。排查方向：断电后手动转动输送带，检查传动机构的间隙，调整输送带张紧度，更换磨损的齿轮部件。（4）驱动电源电压不稳：驱动模块输入电源电压过低，导致电机输出转矩不足，无法带动负载出现丢步。排查方向：测量驱动模块的输入电压，检查电源线路是否存在压降过大的问题，更换粗径电源线或增设稳压装置。（答出任意3种即可得满分）4.静差率是指系统带额定负载时的转速降与理想空载转速的比值，反映了负载变化时转速的稳定程度，公式为s=Δn_N/n_0×100%，其中n_0为理想空载转速。三者的关系为：D=(n_N×s)/(Δn_N×(1-s))，其中D为调速范围，n_N为额定转速，Δn_N为额定转速降，s为静差率。计算过程：代入已知数值n_N=1000r/min，Δn_cl=10r/min，s=4%=0.04，可得：D=(1000×0.04)/(10×(1-0.04))=40/(10×0.96)=40/9.6≈4.17即系统允许的最大调速范围约为4.17。综合分析题（每题20分，共40分）1.某车间的恒压供水系统采用PLC+PID+变频器的控制方案，系统为单位负反馈闭环控制系统，给定压力为0.6MPa，压力变送器量程为0~1MPa，输出4~20mA信号，变频器输出频率范围0~50Hz，对应水泵转速0~1450r/min。请完成以下问题：（1）写出该系统的被控对象、给定量、反馈量、执行元件分别是什么？（2）若系统的开环传递函数为G(s)=12/(s(0.2s+1))，判断系统的型别，计算单位阶跃输入、单位斜坡输入下的稳态误差。（3）调试时发现系统压力波动大，超调量达到30%，调节时间长达2分钟，若你是负责调试的高级维修电工，结合自动控制原理说明如何调整PID参数，至少写出2种调整方案。（4）若系统运行中出现压力始终低于设定值0.2MPa左右，无法达到设定值，排查发现压力变送器、接线、变频器均正常，分析可能的控制参数原因并说明解决方法。2.某数控机床的半闭环进给伺服系统采用永磁同步电机+编码器+伺服驱动器的控制方案，系统为位置、速度双闭环控制，已知电机额定转速3000r/min，编码器分辨率为2500线（4倍频后10000脉冲/转），丝杠导程为10mm，伺服系统的速度环开环传递函数为G(s)=20/(s(0.01s+1))。请完成以下问题：（1）计算该系统的脉冲当量（每个脉冲对应的工作台位移量，单位μm）。（2）绘制该双闭环系统的结构框图，标注各环节名称。（3）用劳斯判据判断该速度环系统是否稳定，写出劳斯表计算过程。（4）调试时发现伺服电机运行时出现高频振荡，编码器反馈信号正常，负载无卡滞，分析可能的控制参数原因并说明调整方法。综合分析题答案1.（1）被控对象：车间供水管网；给定量：PLC内部设置的0.6MPa对应的模拟量设定信号；反馈量：压力变送器输出的4~20mA对应实际管网压力的电流信号；执行元件：变频器、水泵驱动电机。（4分）（2）开环传递函数分母中s的幂次为1，因此该系统为I型系统；I型系统对单位阶跃输入的稳态误差e_ss=0；速度误差系数Kv=lim(s→0)sG(s)=lim(s→0)s×12/(s(0.2s+1))=12，因此单位斜坡输入下的稳态误差e_ss=1/Kv=1/12≈0.083。（6分）（3）调整方案：方案一：适当减小比例增益，超调量过大的主要原因通常是比例增益过高，降低比例增益可直接减小超调量，同时适当增大积分时间常数，避免积分作用过强导致超调进一步增大，若需要兼顾调节速度，可适当投入微分环节，利用微分的超前调节作用抑制压力波动。方案二：保留原有比例增益，适当增大微分时间常数，利用微分环节的超前调节作用抑制超调，同时适当增大积分时间常数，避免积分累积过大导致超调量升高，注意微分增益不能设置过大，否则会放大管网压力的高频波动，反而加剧系统振荡。（答出2种合理方案即可得6分）（4）可能的控制参数原因及解决方法：①积分时间常数设置过大，积分作用过弱，无法消除稳态误差：解决方法为适当减小积分时间常数，增强积分作用，直到压力达到设定值。②比例增益设置过小，偏差放大倍数不足，导致稳态误差过大：解决方法为适当增大比例增益，提高偏差信号的放大倍数，减小稳态误差。③PID输出上限设置过低，变频器最高输出频率被限制，水泵转速无法达到