2025年大学大四（机械电子工程）机电综合实训测试题及答案

2025年大学大四（机械电子工程）机电综合实训测试题及答案

（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题后的括号内。1.以下哪种传感器常用于测量机械振动（）A.温度传感器B.压力传感器C.加速度传感器D.位移传感器2.机电一体化系统中，用于实现能量转换的是（）A.控制单元B.动力部分C.执行机构D.检测传感部分3.数控机床的核心部件是（）A.数控系统B.伺服系统C.机床本体D.刀具4.以下不属于工业机器人主要组成部分的是（）A.机械臂B.控制器C.传感器D.发动机5.步进电机的步距角精度主要取决于（）A.电机的相数B.电机的通电方式C.电机的制造工艺D.控制脉冲的频率6.在机电系统设计中，可靠性设计主要考虑的是（）A.系统的性能指标B.系统的使用寿命C.系统的成本D.系统的可维护性7.液压传动系统中，控制油液压力的元件是（）A.油泵B.溢流阀C.换向阀D.液压缸8.机电一体化产品的设计流程一般不包括以下哪个阶段（）A.方案设计B.详细设计C.生产制造D.概念设计9.以下哪种编程语言常用于工业自动化控制系统（）A.C语言B.Java语言C.PLC编程语言D.Python语言10.智能控制系统的特点不包括（）A.自学习能力B.自适应能力C.自组织能力D.固定不变的控制策略第II卷（非选择题共70分）（一）填空题（共10分）答题要求：本大题共5小题，每小题2分。请在横线上填写正确答案。1.机电一体化系统的五大组成要素是机械本体、动力部分、执行机构、________和________。2.传感器的静态特性指标主要有线性度、灵敏度、________和________。3.工业机器人的编程方式主要有________编程和________编程。4.数控系统的插补算法主要有________插补和________插补。5.机电一体化产品设计的基本原则是________、________、可靠性、经济性和创新性。（二）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本体的作用。2.说明传感器在机电一体化系统中的主要功能。3.简述工业机器人示教编程的基本步骤。4.在机电一体化产品设计中，如何考虑系统的安全性？（三）分析题（共20分）答题要求：本大题共2小题，每小题10分。分析以下问题并作答。1.某机电一体化系统中，采用直流电动机作为动力源。已知电动机的额定功率为5kW，额定转速为1500r/min，效率为85%。若系统需要输出的功率为4kW，求电动机此时的转速和电流。（提示：可根据功率公式P=UI和转速公式n=60f/p进行计算，其中U为电压，I为电流，f为频率，p为极对数）2.分析一个简单的机电一体化控制系统，如自动洗衣机的控制系统，阐述其工作原理和控制过程。（四）设计题（共10分）答题要求：本大题共1小题，10分。根据给定条件进行设计。设计一个基于PLC的三相异步电动机正反转控制电路，要求具有过载保护和短路保护功能。请画出电气原理图，并说明控制过程。（五）综合应用题（共10分）答题要求：本大题共1小题，10分。结合实际应用进行综合分析和解答。某工厂生产一种小型机械产品，需要设计一个机电一体化的装配生产线。请阐述该生产线的总体设计思路，包括机械结构、控制系统、检测与反馈环节等方面，并说明如何提高生产线的效率和质量。答案：1.C2.B3.A4.D5.C6.B7.B8.D9.C10.D1.控制单元、检测传感部分2.迟滞、重复性3.示教、离线4.脉冲增量、数据采样5.机电互补、功能替代1.机械本体是机电一体化系统的基础支撑部件，它为系统的其他组成部分提供安装和固定的平台，承受各种外力和载荷，保证系统的整体结构稳定性，同时还影响系统的运动精度、动态特性等。2.传感器在机电一体化系统中的主要功能包括：获取系统运行过程中的各种物理量、化学量等信息；将这些信息转换为电信号等便于处理和传输的形式；为控制系统提供准确的输入信号，以便实现对系统的精确控制和监测。3.工业机器人示教编程的基本步骤：首先，操作人员手动操纵机器人，使其到达期望的位置和姿态，记录下这些位置点；然后，按照工艺要求依次示教各个动作和轨迹；接着，设置动作的速度、加速度等参数；最后，对示教的程序进行检查和调试，确保机器人能够准确执行任务。4.在机电一体化产品设计中，考虑系统安全性可采取以下措施：设置多重安全保护装置，如过载保护、漏电保护、过压保护等；采用安全可靠的电气控制系统，防止电气故障引发危险；对机械结构进行优化设计，避免运动部件对操作人员造成伤害；设置紧急停止按钮等应急装置，以便在突发情况下能迅速停止系统运行。1.首先根据功率公式P=UI，可得I=P/U。已知电动机额定功率Pn=5kW，效率η=85%，系统输出功率P=4kW，则电动机输入功率P入=P/η=4/0.85≈4.7kW。又因为P入=UI，假设电压U=220V，则电流I=P入/U=4700/220≈21.4A。再根据转速公式n=60f/p，对于直流电动机，转速与功率和负载有关，在负载变化时，转速会有所波动。根据功率平衡关系，可大致估算此时转速会略低于额定转速1500r/min。2.自动洗衣机的控制系统工作原理：通过传感器检测衣物重量、水位、水温等信息，将这些信号传输给控制器。控制器根据预设的程序，控制进水阀、排水阀、电机等执行部件的动作。例如，根据衣物重量确定合适的水位，根据水温选择合适的洗涤模式。控制过程：首先启动洗衣机，传感器检测初始状态信息并反馈给控制器，控制器根据程序发出指令，打开进水阀进水，达到设定水位后，启动电机带动波轮转动进行洗涤，洗涤过程中根据需要调整电机转速和转动方向，洗涤完成后，打开排水阀排水，最后脱水并完成整个洗衣过程。设计：电气原理图如下：主电路中，三相电源经空气开关接入接触器主触头，接触器主触头再连接到三相异步电动机。控制电路中，PLC的输出端连接接触器线圈，PLC的输入端连接热继电器常闭触点（用于过载保护）和熔断器（用于短路保护）。控制过程：当按下正转按钮时，PLC输出信号使正转接触器线圈得电，电动机正转；按下反转按钮，PLC输出信号使反转接触器线圈得电，电动机反转。当电动机过载时，热继电器动作，其常闭触点断开，PLC输入端信号变化，停止电动机运行。当电路短路时，熔断器熔断，切断电路。总体设计思路：机械结构方面，设计合理的输送机构、装配工位等，确保产品能够顺利在各工位流转。控制系统采用PLC或工控机进行集中控制，实现对各执行部件