机电一体化技术试题库及答案解析

机电一体化技术试题库及答案解析机电一体化技术试卷一、单项选择题（每题2分，共30分）1.以下不属于机电一体化系统的五大组成要素的是（）A.机械本体B.动力系统C.控制系统D.液压系统2.步进电机的转角与（）成正比。A.脉冲频率B.脉冲当量C.脉冲数D.电压3.传感器的输出信号通常为（）A.模拟信号B.数字信号C.电信号D.光信号4.光栅传感器的作用是（）A.测量温度B.测量位移C.测量速度D.测量压力5.可编程序控制器（PLC）的编程语言不包括（）A.梯形图语言B.汇编语言C.指令表语言D.功能块图语言6.以下哪种传动方式的传动效率最高（）A.带传动B.链传动C.齿轮传动D.蜗杆传动7.直流伺服电动机的调速方法不包括（）A.改变电枢电压调速B.改变励磁磁通调速C.改变负载大小调速D.电枢回路串电阻调速8.机电一体化系统中，机械传动的主要功能是（）A.传递转矩和转速B.增加功率C.提高精度D.降低噪声9.以下属于位置控制的是（）A.调速系统B.随动系统C.温度控制系统D.压力控制系统10.光电编码器是一种（）传感器。A.温度B.速度C.位移D.压力11.工业机器人的手部也称为（）A.腕部B.臂部C.末端执行器D.机身12.机电一体化产品中，实现自动控制的核心部件是（）A.传感器B.控制器C.执行机构D.机械本体13.以下哪种电动机适用于高精度的位置控制（）A.直流电动机B.交流电动机C.步进电动机D.伺服电动机14.滚珠丝杠副的主要特点不包括（）A.传动效率高B.运动平稳C.能自锁D.精度高15.以下属于机电一体化系统的环境适应性设计内容的是（）A.防潮设计B.外观设计C.操作界面设计D.结构设计二、多项选择题（每题3分，共15分）1.机电一体化系统的设计方法有（）A.取代法B.整体设计法C.组合法D.分析法2.传感器的静态特性指标包括（）A.灵敏度B.线性度C.迟滞D.重复性3.常见的执行元件有（）A.电动机B.液压泵C.气缸D.继电器4.可编程序控制器（PLC）的输入输出模块类型有（）A.开关量输入模块B.开关量输出模块C.模拟量输入模块D.模拟量输出模块5.工业机器人的坐标形式有（）A.直角坐标型B.圆柱坐标型C.球坐标型D.关节坐标型三、判断题（每题2分，共20分）1.机电一体化系统就是将机械系统和电子系统简单地组合在一起。（）2.步进电机的步距角越小，控制精度越高。（）3.传感器的精度越高越好。（）4.PLC只能实现逻辑控制，不能实现模拟量控制。（）5.带传动具有过载保护作用。（）6.直流伺服电动机的调速范围比交流伺服电动机宽。（）7.滚珠丝杠副的传动效率低于普通丝杠副。（）8.工业机器人的自由度越多，其灵活性和通用性越好。（）9.机电一体化系统的可靠性设计只需要考虑硬件的可靠性。（）10.光栅传感器可以测量直线位移和角位移。（）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述机电一体化系统的五大组成要素及其作用。2.简述步进电机的工作原理。3.简述可编程序控制器（PLC）的工作过程。4.简述工业机器人的组成部分及其功能。五、综合题（15分）设计一个简单的机电一体化系统，用于实现一个小型物料搬运任务。要求：说明系统的总体方案，包括机械结构、传感器、执行机构和控制器的选择，并简要描述系统的工作流程。答案解析一、单项选择题1.答案：D解析：机电一体化系统的五大组成要素为机械本体、动力系统、传感检测部分、信息处理及控制系统、执行机构，液压系统不属于五大组成要素。2.答案：C解析：步进电机的转角与输入的脉冲数成正比，脉冲频率决定电机的转速。3.答案：C解析：传感器的作用是将被测量转换为电信号，以便后续的处理和控制。4.答案：B解析：光栅传感器主要用于测量直线位移或角位移。5.答案：B解析：PLC的编程语言有梯形图语言、指令表语言、功能块图语言等，汇编语言不是PLC的编程语言。6.答案：C解析：齿轮传动的传动效率较高，一般可达95%98%，带传动、链传动、蜗杆传动的效率相对较低。7.答案：C解析：直流伺服电动机的调速方法有改变电枢电压调速、改变励磁磁通调速、电枢回路串电阻调速，改变负载大小不能实现调速。8.答案：A解析：机械传动的主要功能是传递转矩和转速，将动力源的运动和动力传递给执行机构。9.答案：B解析：随动系统是一种位置控制系统，它能使被控对象的位置跟随输入信号的变化而变化。10.答案：C解析：光电编码器可以将角位移或直线位移转换为电信号，用于测量位移。11.答案：C解析：工业机器人的手部也称为末端执行器，用于抓取、搬运或操作工件。12.答案：B解析：控制器是机电一体化产品中实现自动控制的核心部件，它根据传感器的反馈信号，对执行机构进行控制。13.答案：D解析：伺服电动机具有精度高、响应速度快等特点，适用于高精度的位置控制。14.答案：C解析：滚珠丝杠副传动效率高、运动平稳、精度高，但不能自锁。15.答案：A解析：防潮设计属于机电一体化系统的环境适应性设计内容，外观设计、操作界面设计、结构设计不属于环境适应性设计。二、多项选择题1.答案：ABC解析：机电一体化系统的设计方法有取代法、整体设计法、组合法。2.答案：ABCD解析：传感器的静态特性指标包括灵敏度、线性度、迟滞、重复性等。3.答案：ABCD解析：常见的执行元件有电动机、液压泵、气缸、继电器等。4.答案：ABCD解析：PLC的输入输出模块类型有开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块。5.答案：ABCD解析：工业机器人的坐标形式有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型。三、判断题1.答案：×解析：机电一体化系统不是机械系统和电子系统的简单组合，而是有机融合，通过信息的传递和控制，实现系统的整体优化。2.答案：√解析：步进电机的步距角越小，每一个脉冲所对应的转角越小，控制精度越高。3.答案：×解析：传感器的精度应根据实际需求来选择，并非越高越好，高精度的传感器成本也较高。4.答案：×解析：PLC不仅能实现逻辑控制，还能通过模拟量输入输出模块实现模拟量控制。5.答案：√解析：带传动在过载时会发生打滑现象，从而起到过载保护作用。6.答案：×解析：交流伺服电动机的调速范围比直流伺服电动机宽。7.答案：×解析：滚珠丝杠副的传动效率高于普通丝杠副。8.答案：√解析：工业机器人的自由度越多，其运动的灵活性和通用性越好，能完成更复杂的任务。9.答案：×解析：机电一体化系统的可靠性设计需要考虑硬件和软件的可靠性，以及系统的整体可靠性。10.答案：√解析：光栅传感器有直线光栅和圆光栅，分别可以测量直线位移和角位移。四、简答题1.答案：机械本体：是系统的基础，为其他部件提供支撑和安装空间，承受各种载荷，保证系统的稳定性和可靠性。动力系统：为系统提供能量和动力，使系统能够正常运行。传感检测部分：检测系统的各种物理量，如位移、速度、温度、压力等，并将其转换为电信号，为控制系统提供反馈信息。信息处理及控制系统：对传感检测部分传来的信号进行处理和分析，根据控制算法发出控制指令，实现对系统的控制。执行机构：根据控制系统的指令，完成各种动作，如直线运动、旋转运动等，实现系统的功能。2.答案：步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或直线位移的执行元件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（步距角）。通过控制脉冲的数量可以控制电机的转角，通过控制脉冲的频率可以控制电机的转速。步进电机的工作原理基于电磁铁的原理，电机的定子上有多个绕组，通过按一定顺序给绕组通电，产生旋转磁场，使转子跟随磁场转动。3.答案：PLC的工作过程分为三个阶段：输入采样阶段：PLC以扫描方式顺序读入所有输入端子的通断状态，并将其存入输入映像寄存器中。程序执行阶段：PLC按用户程序进行顺序扫描，从第一条指令开始，逐条执行用户程序，根据输入映像寄存器和其他元件的状态，进行逻辑运算，并将运算结果存入输出映像寄存器中。输出刷新阶段：在所有程序执行完毕后，将输出映像寄存器中的状态传送到输出锁存器，通过输出端子驱动外部负载。4.答案：工业机器人由以下部分组成：机械结构：包括机身、臂部、腕部和手部，用于实现机器人的运动和操作。机身是机器人的基础，提供支撑和安装平台；臂部用于实现大范围内的运动；腕部用于调整手部的姿态；手部用于抓取、搬运或操作工件。驱动系统：为机器人的各关节提供动力，使机器人能够运动，常见的驱动方式有电动、液压和气动。控制系统：对机器人的运动和操作进行控制，根据输入的指令和传感器的反馈信息，计算各关节的运动参数，并驱动驱动系统实现相应的运动。传感器系统：用于检测机器人的位置、姿态、速度、力等信息，为控制系统提供反馈，提高机器人的运动精度和操作的可靠性。五、综合题系统总体方案机械结构采用直角坐标型机械结构，由X、Y、Z三个方向的导轨和滑块组成，通过滚珠丝杠副实现直线运动。在Z轴的末端安装一个气动夹爪，用于抓取物料。传感器位置传感器：在X、Y、Z三个方向的导轨上安装光电编码器，用于检测滑块的位置，实现精确的位置控制。接近传感器：在气动夹爪上安装接近传感器，用于检测物料是否被抓取。执行机构电动机：采用步进电动机驱动X、Y、Z三个方向的滚珠丝杠副，实现直线运动。气动系统：采用气动电磁阀控制气动夹爪的开合。控制器选择可编程序控制器（PLC）作为控制器，PLC具有可靠性高、编程简单等优点，能够方便地实现对步进电动机和气动电磁阀的控制。工作流程1.系统启动后，PLC初始化各参数，将机器人移动到初始位置。2.当检测到物料到达指定位置时，PLC控制步进电动机