2025年大学机械电子工程（机电一体化）试题及答案

2025年大学机械电子工程（机电一体化）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本卷共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在题后的括号内。1.机电一体化系统中，机械传动部件不包括以下哪种功能？（）A.传递动力B.改变运动形式C.存储能量D.控制运动精度2.以下哪种传感器不属于位置传感器？（）A.光栅尺B.光电编码器C.应变片D.磁栅3.步进电机的步距角精度主要取决于（）A.电机的制造工艺B.驱动电源的性能C.负载大小D.控制算法4.机电一体化系统设计中，可靠性设计的核心是（）A.提高系统的平均无故障工作时间B.降低系统的成本C.增加系统的功能D.简化系统结构5.以下哪种控制器不属于数字控制器？（）A.单片机B.PLCC.模拟集成电路D.DSP6.工业机器人的手臂在空间运动时，其运动轨迹规划主要考虑（）A.速度和加速度的平滑性B.关节的转角范围C.负载的重量D.机器人的外观形状7.机电一体化系统中，检测与转换技术的作用不包括（）A.对系统运行状态进行监测B.将非电量转换为电量C.实现信号的放大与滤波D.直接驱动执行机构8.伺服控制系统中，反馈环节的作用是（）A.提高系统的稳定性B.增加系统的输出功率C.改变系统的输入信号D.检测系统的输入信号9.以下哪种接口不属于机电一体化系统中常用的电气接口？（）A.RS232接口B.USB接口C.液压接口D.CAN总线接口10.智能控制系统的特点不包括（）A.具有自学习能力B.能适应环境变化C.完全不需要人工干预D.具有智能决策功能第II卷（非选择题共70分）二、填空题（共10分）答题要求：本大题共5小题，每小题2分。请在横线上填上正确答案。1.机电一体化系统的五大组成要素是机械本体、______、______、______和______。2.传感器的静态特性指标主要有______、______、______、______等。3.直流伺服电机的调速方法主要有______调速、______调速和______调速。4.工业机器人的编程方式主要有______编程、______编程和______编程。5.机电一体化系统设计的基本原则有______原则、______原则、______原则和______原则。三、简答题（共20分）答题要求：本大题共4小题，每小题5分。简要回答问题。1.简述机电一体化系统中机械传动部件的作用。2.说明传感器的分类方法有哪些。3.简述步进电机的工作原理。4.什么是智能控制系统？四、分析题（共20分）材料：某机电一体化系统采用直流伺服电机作为执行元件，通过减速器带动工作平台运动。系统中安装了光栅尺作为位置传感器，用于检测工作平台的位置。已知工作平台的质量为m=100kg，减速器的传动比为i=10，直流伺服电机的额定转矩为T=5N·m。问题1：计算当工作平台以加速度a=1m/s²运动时，所需的电机输出转矩。（5分）问题2：分析光栅尺在该系统中的作用，并说明其测量原理。（5分）问题3：若系统出现抖动现象，试分析可能的原因及解决方法。（5分）问题4：简述该系统中减速器的作用，并说明如何选择合适的减速器。（至少150字）（5分）五、设计题（共20分）材料：设计一个基于单片机的温度控制系统，要求能够实时监测环境温度，并根据设定值自动调节加热或制冷设备，使环境温度保持在设定范围内。问题1：简述该温度控制系统的总体设计思路。（至少150字）（5分）问题2：画出该温度控制系统的硬件原理图，包括温度传感器、单片机、控制电路等主要部分。（5分）问题3：编写该温度控制系统的软件流程图，包括温度采集、比较判断、控制输出等主要环节。（5分）问题4：说明如何提高该温度控制系统的控制精度和稳定性。（至少150字）（5分）答案：一、1.C2.C3.A4.A5.C6.A7.D8.A9.C10.C二、1.检测与传感器、信息处理与控制器、执行元件、动力源2.精度、重复性、线性度、灵敏度3.电枢电压、电枢回路电阻、弱磁4.示教、离线、编程5.机电互补、功能替代、自动化、智能化三、1.传递动力，改变运动形式，实现运动的传递和转换，保证系统的运动精度和稳定性。2.按被测物理量分类、按工作原理分类、按输出信号类型分类、按传感器的构成分类等。3.步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的开环控制电机。当有脉冲信号输入时，电机转子就转过一个固定的角度，这个角度称为步距角。通过控制脉冲的数量、频率和相序，就可以控制电机的转动速度、转角和转向。4.智能控制系统是指具备一定智能行为的控制系统，它能够自动感知环境信息，根据环境变化和任务要求，自主地做出决策并采取相应的控制行动，以实现优化的控制目标。具有自学习、自适应、自组织等能力。四、1.工作平台惯性力F=ma=100×1=100N，折算到电机轴上的转矩T1=F×L/i（L为折算长度，假设为1m），T1=100×1/10=10N·m，电机输出转矩T2=T1+T=10+5=15N·m。2.光栅尺用于精确检测工作平台的位置。测量原理是利用光栅的莫尔条纹现象，当光线透过光栅尺的主光栅和指示光栅时，会形成明暗相间的莫尔条纹，条纹的移动与工作平台的位移成正比，通过检测条纹的移动数量和方向，就能确定工作平台的位置。3.可能原因：电机参数不合适、传动部件间隙过大、控制系统增益不当等。解决方法：调整电机参数，检查传动部件并消除间隙，调整控制系统增益等。4.减速器的作用是降低电机转速，增大输出转矩，匹配工作平台的负载需求。选择减速器时，要根据工作平台的负载转矩、转速要求，考虑减速器的传动效率、传动比范围、承载能力等因素，确保其能够可靠地传递动力，满足系统的工作要求。五、1.总体设计思路：采用温度传感器实时采集环境温度信号，将其送入单片机进行处理。单片机根据设定温度值与采集到的温度进行比较，若温度低于设定值，则控制加热设备开启；若温度高于设定值，则控制制冷设备开启。通过不断循环监测和控制，使环境温度保持在设定范围内。2.硬件原理图：温度传感器采集温度信号后送入单片机的模拟输入引脚，单片机根据程序判断后通过输出引脚控制继电器等控制电路，进而控制加热或制冷设备。3.软件流程图：开始后先进行温度采集，然后与设定值比较，若