机电一体化职业技能鉴定试题及答案

机电一体化职业技能鉴定试题及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填入括号内）1.机电一体化系统通常由哪些基本部分组成？（选择所有正确选项）A.机械部分B.传感检测部分C.驱动执行部分D.控制计算部分E.电力供应部分2.在机电一体化系统中，用于将非电量信号转换为电量信号的是？A.执行元件B.驱动元件C.传感器D.控制器3.下列哪种传感器属于接触式位移传感器？A.光栅传感器B.磁栅传感器C.超声波传感器D.电位器式位移传感器4.PLC（可编程逻辑控制器）在机电一体化系统中通常扮演什么角色？A.执行最终的控制动作B.提供系统的主要计算能力C.检测和采集系统信号D.实现逻辑控制和顺序控制5.在闭环控制系统中，哪个环节负责将期望输出与实际输出进行比较？A.执行元件B.控制器C.传感器D.反馈装置6.用于连接不同标准尺寸的轴以传递扭矩和运动的元件是？A.联轴器B.万向联轴器C.伸缩节D.减速器7.下列哪种电气元件通常用于根据输入信号的高低来接通或断开主电路？A.继电器B.接触器C.电磁阀D.传感器8.在单片机应用中，中断是一种什么机制？A.并行处理方式B.循环执行指令C.异步事件处理方式D.数据存储方式9.伺服电机相比普通电机，其主要特点是什么？A.功率密度大，响应速度快，控制精度高B.结构简单，成本低，转速高C.效率低，体积大，维护复杂D.只能直流供电，不能交流供电10.液压传动系统中的动力元件是指？A.液压泵B.液压缸C.液压阀D.油箱二、判断题（请将“正确”或“错误”填入括号内）1.机电一体化技术是机械技术、电子技术、计算机技术和控制技术的有机结合。（）2.传感器是将电能转换为非电量信号的装置。（）3.可编程逻辑控制器（PLC）通常使用模拟量信号进行高速逻辑运算。（）4.步进电机是一种将数字脉冲信号转换为角位移的执行元件。（）5.闭环控制系统比开环控制系统更稳定，精度更高。（）6.任何类型的轴都可以直接连接传递动力。（）7.气压传动系统的功率密度通常高于液压传动系统。（）8.单片机是一个完整的计算机系统，可以独立完成各种控制任务。（）9.误差是指系统实际输出与期望输出之间的偏差。（）10.机械传动元件如齿轮、皮带等在机电一体化系统中只起到传递运动和动力的作用。（）三、填空题1.机电一体化系统强调的“一体化”主要体现在机械、电子、计算机、控制和_______的有机结合。2.测量位移的传感器主要有_______传感器、_______传感器和光电编码器等。3.PLC程序通常采用_______语言和梯形图语言进行编程。4.常用的驱动元件包括电机、_______和液压/气动元件。5.控制系统的性能指标通常包括稳定性、_______和_______。6.在机械传动中，带传动具有_______、_______的特点，但传动比不准确。7.单片机通常由中央处理器（CPU）、_______、程序存储器（ROM/Flash）和输入/输出接口等组成。8.传感器按被测物理量可分为位移、速度、加速度、_______、温度等传感器。9.液压系统中，控制阀主要分为方向控制阀、_______和压力控制阀。10.反馈控制系统中的“反馈”是指将_______的信号重新送入系统的输入端。四、简答题1.简述传感器在机电一体化系统中的作用及其基本要求。2.简述PLC的主要特点及其在自动化控制系统中的优势。3.解释开环控制系统和闭环控制系统的区别，并各举一个简单的应用实例。4.简述步进电机的工作原理及其主要性能指标。5.简述机电一体化系统设计的一般步骤。五、计算题1.某台数控机床的X轴采用光栅位移传感器，其量程为±10mm，分辨率为0.01mm。当光栅读数从0.00mm变化到+5.23mm时，传感器输出的脉冲数是多少？假设每毫米对应1000个脉冲。2.一个简单的P控制直流电机速度系统，已知电机在无负载时的空载转速为1500rpm，当负载增加时，转速下降到1200rpm。如果设定转速为1600rpm，计算该系统的百分比误差。---（试卷结束）试卷答案一、选择题1.A,B,C,D,E*解析：机电一体化系统是一个复杂的集成系统，通常包含机械结构、传感器用于信息获取、驱动元件用于执行动作、控制器用于决策和运算，以及电力供应系统来提供能量。这些是构成一个完整机电一体化系统的基本要素。2.C*解析：传感器的核心功能是感知被控对象的物理量或状态信息，并将其转换为电信号（如电压、电流、电阻、数字脉冲等），以便后续处理。将非电量转为电量是传感器的典型作用。3.D*解析：电位器式位移传感器通过滑动电刷在电阻轨道上移动，改变电阻值，从而将机械位移转换为与位移量成比例的电压或电阻信号。它是接触式测量。光栅、磁栅是接触式或非接触式位移测量，但原理不同。超声波传感器是利用声波进行非接触式测距。4.D*解析：PLC的主要功能是替代传统的继电器逻辑，实现各种工业控制逻辑，如顺序控制、定时控制、计数控制等。它是机电一体化系统中实现自动化控制的核心部件之一。5.B*解析：闭环控制系统的核心在于反馈。控制器需要接收来自传感器的实际输出信号，并将其与期望输出（参考输入）进行比较，产生误差信号，然后根据误差信号调整控制作用，以减小误差。这个比较过程由控制器完成。6.A*解析：联轴器用于连接同一轴线上两个旋转部件（如电机和减速器，或减速器和执行机构），使它们共同旋转并传递扭矩和运动。它是轴间连接的关键元件。7.B*解析：接触器是一种自动控制电器，利用电磁吸力驱动触点闭合或断开，用于接通或断开主电路（大电流电路），通常由控制电路的低压信号来控制其线圈通断。8.C*解析：中断是指计算机在执行主程序过程中，当出现需要立即处理的紧急事件时，暂停当前程序执行，转而去执行相应的处理程序（中断服务程序），处理完毕后再返回原程序断点继续执行。这是一种重要的异步事件处理机制。9.A*解析：伺服电机是一种高精度的执行元件，具有功率密度大（单位体积或重量输出功率高）、响应速度快、控制精度高（位置、速度、力矩均可精确控制）等特点，适用于要求高精度的自动化控制系统。10.A*解析：液压泵是液压传动系统的动力元件，它将电机或其他原动机输出的机械能转化为液压油的压力能，为系统提供压力油。二、判断题1.正确*解析：机电一体化的核心就是将机械、电子、计算机、控制和传感等不同领域的技術进行有机融合，以实现更高级、更智能的自动化系统。2.错误*解析：传感器的定义是将非电量信号转换为电量信号的装置。反之，将电能转换为非电量的是执行元件（如电机、电磁阀）或电源。3.错误*解析：PLC主要处理的是数字量信号和模拟量信号的采集、处理和输出，其内部运算和逻辑处理是基于数字电路的。虽然可以处理模拟量，但高速逻辑运算是其数字控制的核心。4.正确*解析：步进电机是一种将输入的脉冲电信号直接转换为角位移或线位移的执行元件，每个脉冲通常使电机轴转动一个固定的角度（步距角）。5.正确*解析：闭环控制系统通过反馈环节不断检测实际输出，并与期望输出比较，根据误差进行调整，因此理论上可以克服系统内部参数变化和外部干扰的影响，从而实现更高的稳定性和控制精度。6.错误*解析：轴连接需要考虑轴的直径、长度、材质、精度要求以及传递的扭矩类型和大小。不同类型、尺寸和材质的轴不能随意直接连接，必须使用合适的连接元件（如联轴器、键连接、螺栓连接等）。7.正确*解析：气压传动利用压缩空气作为工作介质，其能量密度（单位质量或体积所具有的能量）相对较低，且空气易被压缩，导致其速度和位置控制精度通常不如液压传动。8.正确*解析：单片机（MicrocontrollerUnit,MCU）集成了计算机的中央处理器、存储器（RAM,ROM/Flash）、定时器/计数器、输入/输出接口等多种功能模块于一体，构成一个紧凑的、可独立完成特定控制任务的计算机系统。9.正确*解析：误差在控制系统中定义为系统实际输出值与期望输出值（或设定值）之间的偏差。它是衡量系统控制性能的重要指标。10.错误*解析：机械传动元件除了传递运动和动力外，还承担着变速、变扭、改变运动形式（如直线变旋转）、传递信息（如同步）等功能。三、填空题1.控制*解析：机电一体化系统集成的不仅仅是硬件，还包括软件和控制策略。控制是实现系统协调运作、完成预定任务的关键。2.电位器式，光栅式(或其他合理答案，如磁栅式)*解析：位移传感器种类繁多，电位器式是早期且常用的接触式模拟量位移传感器。光栅式（包括光栅尺和光码盘）是常见的数字式位移传感器。磁栅式也是另一种接触式数字式位移传感器。3.梯形图*解析：梯形图是PLC最常用、最直观的一种编程语言，其图形符号和逻辑关系与传统的继电器电路图相似，易于电气技术人员理解和掌握。4.电磁阀*解析：电磁阀是利用电磁原理控制流体（液体或气体）通断或流向的执行元件，在机电一体化系统中常用于控制液压、气动系统或执行开关动作。5.精度，响应速度*解析：控制系统的三大性能指标通常指稳定性（系统在受到扰动后恢复原状的能力）、精度（系统输出接近期望值的程度）和响应速度（系统对输入变化的反应速度）。6.传动平稳，噪声小*解析：带传动利用柔性带作为传动媒介，具有传动平稳、无刚性冲击、噪声小、可以过载保护等优点。7.存储器(RAM)*解析：单片机除了CPU外，必须要有存储器来存放运行时的数据（RAM）和程序（ROM/Flash）。8.力(或力矩)*解析：传感器按被测物理量分类非常广泛，常见的有位移、速度、加速度、温度、压力、力、流量、湿度等。9.流量控制阀*解析：液压控制阀主要分为三大类：用于控制液流通断的方向控制阀（如换向阀）、控制系统中液体流量（速度）的流量控制阀（如节流阀、调速阀）和控制系统中液体压力的压力控制阀（如溢流阀、减压阀）。10.实际输出(或系统输出)*解析：反馈控制系统的核心是“反馈”，即将系统的实际输出信号通过传感器检测出来，形成反馈信息，与系统的期望输出（参考输入）进行比较，这个实际输出信号是反馈的基础。四、简答题1.传感器在机电一体化系统中的作用是感知被控对象的特定物理量或状态信息，并将这些信息按一定规律转换成电信号或其他所需形式，以便于后续的测量、处理、传输和控制。它是系统获取信息、实现闭环控制的基础。传感器的基本要求包括：高灵敏度（能检测微小的变化）、高精度（测量结果准确）、良好的线性度、高信噪比（有效信号远大于干扰信号）、宽工作带宽、稳定性好（性能随时间和环境变化小）、可靠性高（寿命长、故障率低）、易于接口和集成等。2.PLC（可编程逻辑控制器）的主要特点包括：编程简单易学，常用梯形图等直观语言；功能完善，指令丰富，可实现逻辑控制、定时、计数、算术运算、数据处理等多种功能；可靠性高，抗干扰能力强，平均无故障时间长；模块化结构，配置灵活，易于扩展；体积小，重量轻，安装方便；具有强大的通信联网能力，易于实现分布式控制。其在自动化控制系统中的优势在于能够方便地替代继电器-接触器控制系统，实现复杂的逻辑控制；编程和维护方便，大大缩短了项目周期；可靠性高，减少了维护工作量；灵活性强，适应工艺变化；易于实现人机界面和与上位计算机的通信。3.开环控制系统是指系统的输出信号不反馈到输入端，控制器根据输入信号直接控制执行元件，对输出结果不进行检测或校正。系统的控制作用仅取决于输入信号和系统内部的传递特性。优点是结构简单、成本较低、稳定性问题较少。缺点是抗干扰能力差，当系统参数发生变化或存在外部扰动时，输出精度难以保证。例如，步进电机控制系统在开环模式下，控制器发出脉冲，电机转动固定的角度，但不对实际转动角度进行检测和校正。闭环控制系统是指系统的输出信号通过传感器检测后，反馈到输入端，与期望输出（参考输入）进行比较，形成误差信号，控制器根据误差信号来调整控制作用，以减小误差，使输出尽可能接近期望值。优点是精度高、抗干扰能力强、稳定性好。缺点是结构复杂、成本高、存在稳定性分析和设计问题。例如，数控机床的伺服控制系统，刀架的实际位置由编码器检测，与指令值比较，误差信号用于调整电机转速，使刀架精确移动到指令位置。4.步进电机的工作原理通常基于电磁原理（如反应式、永磁式、混合式）。它由定子和转子组成，定子上有多个磁极，转子通常是带齿的软磁圆盘。当定子各相绕组按一定的顺序和时刻通电时，会产生旋转的磁场，该磁场会带动转子的齿跟随磁场旋