2025年高职第二学年（机电一体化技术）机电一体化系统设计试题及答案

2025年高职第二学年（机电一体化技术）机电一体化系统设计试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共40分）本卷共20小题，每题2分。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.机电一体化系统的核心是（）A.机械本体B.电子控制系统C.动力部分D.执行机构2.以下不属于机电一体化系统中传感器作用的是（）A.检测信息B.转换信息C.处理信息D.传递信息3.机电一体化系统设计中，可靠性设计主要考虑的因素不包括（）A.环境适应性B.抗干扰能力C.成本控制D.维修性4.滚珠丝杠副的传动效率一般在（）A.50%-60%B.60%-70%C.70%-80%D.85%-95%5.步进电机的步距角精度主要取决于（）A.电机的制造精度B.驱动电源的性能C.负载大小D.运行环境温度6.机电一体化系统中，PID控制器的三个参数分别是（）A.比例、积分、微分B.比例、积分、增益C.比例、微分、增益D.积分、微分、增益7.以下哪种传动方式适合高速、高精度的机电一体化系统（）A.带传动B.链传动C.齿轮传动D.谐波齿轮传动8.机电一体化系统的接口不包括（）A.人机接口B.机电接口C.机械接口D.电气接口9.工业机器人的手部通常采用（）A.气动手指B.电动手指C.液压手指D.以上都有10.机电一体化系统设计的总体方案设计阶段不包括（）A.功能分析B.原理方案设计C.详细设计D.可行性分析11.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12.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.改变负载大小D.改变电枢回路电阻13.机电一体化系统中，用于能量转换的部分是（）A.动力部分B.执行机构C.控制部分D.检测部分14.以下哪种联轴器具有补偿两轴相对位移的能力（）A.刚性联轴器B.弹性联轴器C.安全联轴器D.万向联轴器15.机电一体化系统设计中，优化设计主要是对（）进行优化。A.性能指标B.结构尺寸C.材料选择D.以上都是16.光栅尺是一种用于测量（）的传感器。A.角度B.长度C.速度D.加速度17.机电一体化系统中，PLC主要用于（）A.逻辑控制B.运动控制C.过程控制D.以上都是18.以下哪种电机适合作为数控机床的进给驱动电机（）A.步进电机B.直流伺服电机C.交流伺服电机D.以上都可以19.机电一体化系统的机械结构应具有良好的（）A.刚性和稳定性B.柔性和适应性C.美观性和舒适性D.轻便性和灵活性20.机电一体化系统设计中，系统建模的方法不包括（）A.物理建模B.数学建模C.图形建模D.经验建模第II卷（非选择题共60分）二、填空题（每题2分，共10分）1.机电一体化系统的五大组成要素是机械本体、电子控制系统、动力部分、______和______。2.传感器的输出信号通常有______信号和______信号两种。3.机电一体化系统设计的基本原则包括______、______、______、______。4.工业机器人的主要技术参数包括______、______、______、______等。5.滚珠丝杠副的基本导程越大，在同样的转速下，负载的移动速度越______。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述机电一体化系统中电子控制系统的主要功能。2.说明步进电机的工作原理及特点。3.机电一体化系统设计中，如何进行系统的可靠性设计？四、分析题（15分）材料：某机电一体化系统采用直流伺服电机作为驱动元件，通过滚珠丝杠副带动工作台运动。已知工作台质量为500kg，滚珠丝杠副的传动效率为85%，电机的额定转矩为10N·m。要求工作台能够以0.5m/s的速度匀速运动。问题：计算电机所需的输出功率，并分析该系统在运行过程中可能存在的问题及解决措施。五、设计题（15分）设计一个简单的机电一体化系统，用于自动控制窗帘的开合。要求：1.描述系统的功能需求和工作原理。2.画出系统的组成框图，并说明各部分的作用。3.选择合适的传感器、控制器和执行机构，并说明理由。答案：1.B2.C3.C4.D5.A6.A7.D8.C9.D10.C11.C12.C13.A14.B15.D16.B17.D18.C19.A20.C二、1.执行机构、检测部分2.模拟量、数字量3.机电互补原则、功能优化原则、自动化、省力化原则、效益最大原则4.自由度、定位精度、重复定位精度、工作范围5.快三、1.电子控制系统的主要功能包括：控制机电一体化系统中各部分的运行，实现系统的自动化；对传感器检测到的信息进行处理和分析，以实现系统的智能控制；与其他系统或设备进行通信和协调，实现系统的集成化；对系统的运行状态进行监测和诊断，及时发现故障并采取相应的措施。2.步进电机的工作原理是：当步进驱动器接收到脉冲信号时，驱动步进电机转子转动一个固定的角度（即步距角）。其特点包括：控制精度高；转速与脉冲频率成正比；无累积误差；停止时具有自锁能力；响应速度快等。3.进行系统的可靠性设计可从以下方面入手：选用高可靠性的元器件；采用冗余设计，提高系统的容错能力；进行降额设计，降低元器件的工作应力；优化系统结构，提高系统的稳定性；加强系统的散热、防潮、防尘等防护措施；建立完善的故障诊断和预警机制；进行可靠性试验和验证，不断改进系统设计。四、首先计算电机所需的输出功率。工作台匀速运动，其所需的力F=mgv/η，其中m=500kg，g=9.8m/s²，v=0.5m/s，η=85%。则F=500×9.8×0.5/0.85≈2882.4N。电机所需的输出功率P=Fv=2882.4×0.5=1441.2W。该系统在运行过程中可能存在的问题及解决措施：滚珠丝杠副可能存在磨损，定期检查和更换滚珠丝杠副；电机可能发热，加强电机散热措施；系统可能存在振动，优化系统结构，增加减震装置；传动效率可能降低，定期维护和调整传动部件。五、1.系统功能需求：能够根据光线强度或时间自动控制窗帘的开合。工作原理：通过光线传感器检测环境光线强度，将信号传送给控制器，控制器根据设定的阈值判断是否需要开合窗帘，然后驱动电机带动窗帘轨道上的滑块移动，实现窗帘的开合。2.系统组成框图：包括光线传感器、控制器、电机、