2025年大学（机械电子工程）机电一体化系统设计真题及答案

2025年大学（机械电子工程）机电一体化系统设计真题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______一、单项选择题（总共10题，每题3分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填写在题后的括号内）1.机电一体化系统中，机械传动部件的作用不包括以下哪一项（）A.传递转矩B.改变运动速度C.提高系统稳定性D.改变运动方向2.以下哪种传感器不属于位置传感器（）A.光栅尺B.磁电式传感器C.编码器D.超声波传感器3.机电一体化系统设计中，被控对象的数学模型建立主要是为了（）A.了解系统结构B.分析系统性能C.设计控制器D.以上都是4.步进电机的步距角精度主要取决于（）A.电机的制造工艺B.控制脉冲的频率C.负载大小D.电源电压5.机电一体化系统的核心是（）A.机械本体B.控制器C.动力源D.执行机构6.以下关于PID控制器的说法，错误的是（）A.由比例、积分、微分环节组成B.能快速消除系统稳态误差C.微分环节可改善系统动态性能D.积分环节能提高系统响应速度7.工业机器人的手部通常采用哪种传动方式（）A.齿轮传动B.链传动C.带传动D.连杆机构8.机电一体化系统设计时，考虑系统的可靠性主要是为了（）A.降低成本B.提高系统稳定性C.增加系统功能D.便于维护9.传感器的静态特性不包括（）A.线性度B.灵敏度C.响应时间D.重复性10.机电一体化系统的接口技术主要包括（）A.机械接口B.电气接口C.人机接口D.以上都是二、多项选择题（总共5题，每题4分，每题有两个或两个以上正确答案，请将正确答案填写在题后的括号内，多选、少选、错选均不得分）1.机电一体化系统中常用的驱动元件有（）A.电机B.液压缸C.气缸D.电磁铁2.以下哪些属于机电一体化系统的设计原则（）A.机电互补原则B.功能优化原则C.自动化、省力化原则D.效益最大原则3.传感器的动态特性指标有（）A.上升时间B.响应时间C.超调量D.固有频率E.阻尼比4.机电一体化系统中的计算机控制系统通常由（）组成。A.计算机B.输入输出接口C.被控对象D.传感器5.工业自动化生产线中常用的控制系统有（）A.可编程逻辑控制器（PLC）B.集散控制系统（DCS）C.现场总线控制系统（FCS）D.工业以太网控制系统三、判断题（总共10题，每题2分，请判断下列说法的对错，正确的打“√”，错误的打“×”）1.机电一体化系统就是将机械技术和电子技术简单组合在一起。（）2.开环控制系统没有反馈环节，系统精度较低。（）3.直流伺服电机具有良好的调速性能，可实现无级调速。（）4.传感器的分辨率越高，测量精度就一定越高。（）5.机电一体化系统设计时，只需考虑系统的性能指标，无需考虑成本因素。（）6.步进电机的转速与控制脉冲的频率成正比。（）7.闭环控制系统能够自动补偿干扰对系统输出的影响。（）8.工业机器人的自由度越多，其灵活性越高。（）9.机电一体化系统中的软件设计主要是为了实现系统的控制算法。（）10.传感器的迟滞现象是指传感器在正反行程中输出特性曲线不重合的现象。（）四、简答题（总共3题，每题10分，请简要回答以下问题）1.简述机电一体化系统的组成部分及其功能。2.说明PID控制器在机电一体化系统中的作用及原理。3.举例说明传感器在机电一体化系统中的应用，并阐述其工作原理。五、综合应用题（总共1题，每题20分，请根据以下材料，完成相应的问题）材料：设计一个基于PLC控制的自动送料系统，要求能够实现物料的自动搬运和定位。系统包括送料小车、物料输送带、传感器、电机等设备。送料小车由步进电机驱动，物料输送带由交流电机驱动。传感器用于检测物料的位置和有无。PLC根据传感器的信号控制电机的运行，实现自动送料。问题：1.请画出该自动送料系统的控制原理图。2.简述PLC程序设计的主要步骤和思路。3.说明如何根据系统要求选择合适的传感器和电机。答案：一、单项选择题1.C2.D3.D4.A5.B6.D7.D8.B9.C10.D二、多项选择题1.ABCD2.ABCD3.ABCDE4.ABC5.ABCD三、判断题1.×2.√3.√4.×5.×6.√7.√8.√9.×10.√四、简答题1.机电一体化系统由机械本体、动力源、执行机构、控制器、传感器和接口等部分组成。机械本体是系统的支撑结构；动力源提供能量；执行机构实现各种运动；控制器对系统进行控制和协调；传感器检测各种物理量；接口用于各部分之间的连接和信息交换。2.PID控制器由比例、积分、微分环节组成。比例环节能快速响应偏差，积分环节可消除稳态误差，微分环节能改善系统动态性能。其原理是根据系统输出与给定值的偏差，通过比例、积分、微分运算，调整控制器输出，使系统输出尽快跟踪给定值。3.例如，在自动送料系统中使用光电传感器检测物料位置。工作原理是：当光线照射到物料上，光电传感器接收反射光或穿透光的变化，将光信号转换为电信号，从而检测到物料的位置。五、综合应用题1.控制原理图：PLC输出信号控制步进电机驱动器和交流电机驱动器，步进电机驱动器驱动送料小车，交流电机驱动器驱动物料输送带。传感器信号反馈给PLC，PLC根据反馈信号进行控制。2.主要步骤：确定输入输出信号，编写初始化程序，根据控制要求编写逻辑控制程序，进行程序调试和优化。思路：根据传感器信号判断物料状态和位置