2025年大学本科（机械电子工程）机电设备控制综合测试题及答案

2025年大学本科（机械电子工程）机电设备控制综合测试题及答案

（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：本大题共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.传递动力B.改变运动形式C.提高系统稳定性D.存储能量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.光电编码器D.超声波传感器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.控制系统的精度C.负载的大小D.电源的稳定性4.闭环控制系统与开环控制系统相比，主要优点是（）A.结构简单B.成本低C.抗干扰能力强D.响应速度快5.直流伺服电机的调速方法不包括（）A.改变电枢电压B.改变励磁电流C.改变电枢回路电阻D.改变电机极对数6.以下哪种控制器不属于数字控制器（）A.单片机B.PLCC.模拟电路控制器D.DSP7.机电一体化系统设计中，可靠性设计的目的是（）A.提高系统的性能B.降低系统的成本C.确保系统在规定条件和时间内完成规定功能D.增加系统的功能8.工业机器人的手部通常由以下哪些部分组成（）A.手指B.手腕C.手臂D.基座9.传感器的静态特性指标不包括（）A.线性度B.灵敏度C.响应时间D.重复性10.以下哪种控制算法不属于智能控制算法（）A.模糊控制B.神经网络控制C.PID控制D.遗传算法第II卷（非选择题共70分）11.（总共三题，每题10分，答题要求：简要回答下列问题）简述机电一体化系统的组成要素。简述传感器的分类方法。简述直流伺服电机的调速特性。12.（总共两题，每题10分，答题要求：分析下列问题）分析开环控制系统和闭环控制系统的特点及应用场合。分析机电一体化系统中机械结构设计的基本原则。13.（总共一题，每题15分，答题要求：计算并回答问题）已知步进电机的步距角为1.8°，脉冲当量为δ=0.01mm，丝杠导程为5mm，求该步进电机驱动的系统的传动比。14.（总共一题，每题15分，答题要求：阅读材料，回答问题）材料：某机电一体化系统采用PLC作为控制器，对一台三相异步电动机进行调速控制。系统要求根据负载的变化自动调整电动机的转速，以保证生产过程的稳定性。PLC通过采集电动机的电流、电压等信号，判断负载情况，并根据预设的控制策略调整变频器的输出频率，从而实现电动机的调速。问题：请分析该系统的控制原理，并说明PLC在其中的作用。15.（总共一题，每题20分，答题要求：阅读材料，回答问题）材料：在某自动化生产线中，使用了工业机器人进行零件的抓取和装配操作。工业机器人的手部采用了夹钳式结构，通过气缸驱动实现手指的开合动作。机器人的控制系统能够根据零件的位置和姿态信息，精确地规划运动轨迹，完成抓取和装配任务。同时，为了保证机器人的安全运行，设置了多种传感器，如光幕传感器、碰撞传感器等，当检测到危险情况时，能够及时停止机器人的运动。问题：请简述该工业机器人的工作过程，并分析传感器在其中的作用。答案：1.D2.D3.A4.C5.D6.C7.C8.A9.C10.C11.机电一体化系统由机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感器、控制器等组成要素构成。传感器可按测量原理分为物理传感器、化学传感器、生物传感器；按被测量分类有位移传感器、速度传感器、温度传感器等；按输出信号类型分为模拟式传感器、数字式传感器等。直流伺服电机调速特性：改变电枢电压可实现平滑调速，调速范围宽；改变励磁电流可在一定程度上调速，但调速范围有限；改变电枢回路电阻调速方法简单，但能耗大，效率低。12.开环控制系统特点：结构简单、成本低、响应速度快，但控制精度低，抗干扰能力差，适用于控制精度要求不高、负载变化较小的场合。闭环控制系统特点：控制精度高，但结构复杂、成本高、调试困难，适用于对控制精度要求较高、负载变化较大的场合。机电一体化系统中机械结构设计基本原则：满足系统功能要求；具有良好的动态性能；便于安装调试和维护；造型美观；减轻重量、降低成本。13.传动比计算公式为：i=θs/θb，其中θs为丝杠导程对应的角度，θb为步进电机步距角。丝杠导程5mm对应的角度θs=360°×5/5=360°，已知步距角θb=1.8°，则传动比i=360°/1.8°=200。14.控制原理：PLC采集电动机电流、电压信号判断负载情况，根据预设策略调整变频器输出频率实现电动机调速。PLC作用：作为控制器，负责采集信号、分析判断负载情况、执行控制策略，协调系统各部分工作，保证系统根据负载变化自动稳定调整电动机转速。15.工作过程：机器人控制系统根据零件位置和姿态信息规划运动轨迹，手部夹钳式结构通过气缸驱