2026年机电一体化技术综合考试试题及答案

2026年机电一体化技术综合考试试题及答案一、选择题（每题2分，共40分）1.机电一体化系统中，以下哪种传感器可用于检测物体的接近与否（）A.温度传感器B.压力传感器C.接近开关D.加速度传感器答案：C解析：接近开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关，它能检测物体的接近与否。温度传感器用于测量温度，压力传感器用于测量压力，加速度传感器用于测量加速度，所以选C。2.在步进电机控制中，通过改变（）可以控制步进电机的转速。A.脉冲频率B.脉冲个数C.通电顺序D.绕组电阻答案：A解析：步进电机的转速与输入脉冲频率成正比，改变脉冲频率可以控制步进电机的转速；脉冲个数决定电机的转角；通电顺序决定电机的转动方向；绕组电阻主要影响电机的电流和功率等参数，与转速控制无关，所以选A。3.以下哪种传动方式传动效率最高（）A.带传动B.链传动C.齿轮传动D.蜗杆传动答案：C解析：带传动有弹性滑动，传动效率约为0.90.97；链传动存在链节的啮合冲击等，传动效率约为0.920.96；齿轮传动的效率较高，一般可达0.940.99；蜗杆传动由于存在较大的摩擦损失，传动效率一般在0.70.9之间，所以选C。4.可编程控制器（PLC）中，定时器的定时时间由（）决定。A.定时器的编号B.定时器的设定值和时钟脉冲C.输入信号的状态D.输出信号的状态答案：B解析：定时器的定时时间等于定时器的设定值乘以时钟脉冲的周期，定时器编号只是用于区分不同的定时器；输入信号和输出信号状态与定时器的定时时间无关，所以选B。5.直流伺服电机的调速方法不包括（）A.改变电枢电压B.改变励磁磁通C.改变电枢回路电阻D.改变电机极对数答案：D解析：直流伺服电机的调速方法有改变电枢电压调速、改变励磁磁通调速和改变电枢回路电阻调速。改变电机极对数是交流电机的调速方法，直流电机磁极对数是固定的，所以选D。6.以下属于开环控制系统的是（）A.自动洗衣机B.冰箱温度控制系统C.数控机床的进给伺服系统D.工业机器人的运动控制系统答案：A解析：开环控制系统是指系统的输出量对系统的控制作用没有影响的系统。自动洗衣机按照预先设定的程序工作，不检测洗涤效果并进行反馈调整，属于开环控制；冰箱温度控制系统、数控机床的进给伺服系统和工业机器人的运动控制系统都需要根据输出信号进行反馈调节，属于闭环控制系统，所以选A。7.在机电一体化系统中，机械传动的主要功能是（）A.增加功率B.提高效率C.传递转矩和转速，实现运动形式转换D.减小振动答案：C解析：机械传动的主要功能是传递转矩和转速，实现运动形式的转换，如将旋转运动转换为直线运动等。传动过程中会有功率损失，不能增加功率；提高效率是传动系统设计的一个目标，但不是主要功能；减小振动是传动系统设计需要考虑的一个方面，但不是主要功能，所以选C。8.传感器的静态特性指标不包括（）A.灵敏度B.线性度C.响应时间D.重复性答案：C解析：传感器的静态特性指标包括灵敏度、线性度、重复性等。响应时间是传感器的动态特性指标，用于描述传感器对输入信号变化的响应速度，所以选C。9.以下哪种总线常用于工业现场设备之间的通信（）A.USB总线B.CAN总线C.PCI总线D.IEEE1394总线答案：B解析：CAN总线即控制器局域网，具有可靠性高、抗干扰能力强等特点，常用于工业现场设备之间的通信。USB总线主要用于计算机与外部设备的连接；PCI总线用于计算机内部扩展卡与主板的连接；IEEE1394总线常用于高速数据传输，如数码摄像机等设备，所以选B。10.机电一体化产品设计时，应遵循的原则不包括（）A.机电互补原则B.效益最大原则C.优先采用机械结构原则D.自动化与人性化设计相结合原则答案：C解析：机电一体化产品设计应遵循机电互补原则、效益最大原则、自动化与人性化设计相结合原则等。在设计时应综合考虑机械和电子等各方面因素，而不是优先采用机械结构原则，所以选C。11.步进电机的步距角与（）有关。A.电机相数B.通电方式C.转子齿数D.以上都是答案：D解析：步进电机的步距角计算公式为α=360°/（mzk），其中m为电机相数，z为转子齿数，k为通电方式系数，所以步距角与电机相数、通电方式和转子齿数都有关，选D。12.在液压系统中，（）是将机械能转换为液压能的元件。A.液压缸B.液压马达C.液压泵D.溢流阀答案：C解析：液压泵是液压系统的动力元件，它通过电动机等原动机带动，将机械能转换为液压能。液压缸和液压马达是执行元件，分别将液压能转换为直线运动机械能和旋转运动机械能；溢流阀是控制元件，用于调节系统压力，所以选C。13.以下哪种控制算法适用于具有较大纯滞后的系统（）A.比例控制（P）B.积分控制（I）C.微分控制（D）D.史密斯预估控制答案：D解析：史密斯预估控制是一种针对具有纯滞后对象的控制算法，它通过预估纯滞后环节的影响，提前对控制量进行调整，以改善系统的控制性能。比例控制主要用于快速响应误差；积分控制用于消除稳态误差；微分控制用于改善系统的动态响应，对纯滞后系统效果不如史密斯预估控制，所以选D。14.工业机器人的手部通常称为（）A.腕部B.臂部C.终端执行器D.机身答案：C解析：工业机器人的手部通常称为终端执行器，用于完成各种操作任务，如抓取、搬运等。腕部用于调整手部的姿态；臂部用于实现手部的空间位置移动；机身是机器人的基础部分，支撑和连接其他部件，所以选C。15.可编程逻辑控制器（PLC）的编程语言不包括（）A.梯形图语言B.汇编语言C.指令表语言D.功能块图语言答案：B解析：PLC的编程语言常见的有梯形图语言、指令表语言、功能块图语言等。汇编语言是一种面向机器的低级编程语言，一般用于计算机系统编程，不是PLC的常用编程语言，所以选B。16.机电一体化系统中，常用的执行元件不包括（）A.电动机B.液压泵C.传感器D.气缸答案：C解析：执行元件是将控制信号转换为机械运动或其他形式输出的元件，电动机、液压泵、气缸都属于执行元件。传感器是检测元件，用于检测各种物理量并将其转换为电信号，不属于执行元件，所以选C。17.以下哪种电机调速性能最好（）A.直流伺服电机B.步进电机C.交流异步电机D.开关磁阻电机答案：A解析：直流伺服电机具有良好的调速性能，可以在很宽的范围内平滑调速，调速精度高，动态响应快。步进电机主要通过脉冲控制实现步进式运动，调速相对不连续；交流异步电机调速相对较复杂，调速性能不如直流伺服电机；开关磁阻电机调速也有一定局限性，调速性能也不如直流伺服电机，所以选A。18.在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.保证系统在规定条件和时间内完成规定功能D.使系统便于维护答案：C解析：可靠性设计的目的是保证系统在规定的条件和规定的时间内完成规定的功能。提高系统性能、降低成本和便于维护虽然也是系统设计需要考虑的方面，但不是可靠性设计的主要目的，所以选C。19.以下哪种联轴器具有补偿两轴相对位移的能力（）A.凸缘联轴器B.套筒联轴器C.弹性柱销联轴器D.刚性联轴器答案：C解析：弹性柱销联轴器利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴的相对位移，具有一定的缓冲和减振作用。凸缘联轴器、套筒联轴器和刚性联轴器属于刚性联轴器，不具备补偿两轴相对位移的能力，所以选C。20.传感器的精度是指（）A.传感器的输出与输入之间的线性程度B.传感器测量值与真实值之间的接近程度C.传感器对输入信号变化的响应速度D.传感器在相同条件下多次测量同一量时输出值的一致性答案：B解析：传感器的精度是指传感器测量值与真实值之间的接近程度。线性程度是指线性度；对输入信号变化的响应速度是响应时间；多次测量同一量时输出值的一致性是重复性，所以选B。二、简答题（每题10分，共30分）1.简述机电一体化系统的基本组成要素。答案：机电一体化系统由以下基本组成要素构成：（1）机械本体：是系统的基础结构，为其他部件提供支撑和安装空间，如机床的床身、工业机器人的机身等，它应具有足够的强度、刚度和稳定性。（2）动力与驱动部分：为系统提供动力，将电能、液压能等转换为机械能，驱动执行机构运动。常见的动力源有电动机、液压泵等。（3）检测与传感部分：用于检测系统的各种物理量，如位置、速度、温度、压力等，将其转换为电信号反馈给控制部分，以实现对系统的精确控制。例如，编码器用于检测电机的转速和位置，温度传感器用于检测环境温度。（4）控制与信息处理部分：是系统的核心，它根据检测部分反馈的信息，按照预定的控制算法进行分析、计算和决策，发出控制指令给驱动部分，以实现对系统的控制。常见的控制装置有可编程逻辑控制器（PLC）、单片机等。（5）执行机构：根据控制部分的指令，完成特定的机械运动或操作任务，如电动机带动工作台移动，液压缸驱动机械手抓取物体等。2.说明步进电机的工作原理。答案：步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的机电执行元件。其工作原理基于电磁力的作用，以三相步进电机为例说明：（1）定子上有三对磁极，每对磁极上绕有绕组，分别称为A相、B相、C相。转子是一个带齿的铁心。（2）当某一相绕组通电时，就会产生磁场，使转子的齿与该相定子磁极对齐，因为磁力总是使磁通路径磁阻最小。（3）通过按一定顺序依次给各相绕组通电，例如按ABCA的顺序通电，转子就会按照一定的方向一步一步地转动。每输入一个电脉冲，转子就转动一个固定的角度，这个角度称为步距角。（4）改变通电的顺序可以改变转子的转动方向，如按ACBA的顺序通电，转子就会反向转动。同时，改变脉冲的频率可以控制步进电机的转速，脉冲频率越高，步进电机的转速就越快。3.简述PLC的扫描工作方式及特点。答案：（1）扫描工作方式：PLC采用循环扫描的工作方式，其扫描过程一般分为三个阶段：输入采样阶段：PLC在这个阶段首先读取所有输入端子的状态，并将其存入输入映像寄存器中。在后续的程序执行阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器中的内容也不会改变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段。程序执行阶段：PLC按照用户程序的顺序，从第一条指令开始逐条执行，根据输入映像寄存器和其他元件映像寄存器的状态进行逻辑运算，将运算结果存入相应的元件映像寄存器中。输出刷新阶段：在这个阶段，PLC将输出映像寄存器中的内容传送到输出锁存器，通过输出端子驱动外部负载。（2）特点：周期性：PLC按照固定的周期进行扫描，每个扫描周期完成输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，保证了系统运行的稳定性和可重复性。集中采样和集中输出：在每个扫描周期的输入采样阶段集中采集输入信号，在输出刷新阶段集中输出控制信号，避免了输入输出信号的干扰和抖动，提高了系统的抗干扰能力。顺序执行：PLC按照程序的顺序依次执行指令，程序的执行过程是顺序的，易于理解和调试。三、分析计算题（每题15分，共30分）1.某数控机床的进给系统采用步进电机驱动，步进电机的步距角为1.8°，滚珠丝杠的导程为6mm，减速比为2:1。当控制器发出1000个脉冲时，工作台的位移量是多少？答案：（1）首先明确步进电机转角与脉冲数的关系：步进电机的步距角α=1.8°，输入脉冲数n=1000个。步进电机转过的角度θ=n×α=1000×1.8°=1800°。将角度转换为弧度，因为1°=π/180弧度，所以θ=1800×π/180=10π弧度。（2）然后考虑减速比：减速比i=2:1，即电机转速与丝杠转速之比为2:1，那么丝杠的转角θs与电机转角θ的关系为θs=θ/i。所以丝杠的转角θs=10π/2=5π弧度。（3）最后根据丝杠导程计算工作台位移：滚珠丝杠的导程L=6mm，丝杠每转一圈（2π弧度），工作台移动一个导程。设工作台位移为x，根据比例关系可得：x/L=θs/(2π)。将θs=5π弧度，L=6mm代入上式，得到x=L×θs/(2π)=6×5π/(2π)=15mm。所以，当控制器发出1000个脉冲时，工作台的位移量是15mm。2.有一个比例积分（PI）控制器，其比例系数Kp=2，积分时间常数Ti=5s。当输入信号e(t)为幅值是2的阶跃信号时，求控制器的输出u(t)。答案：（1）首先明确比例积分控制器的输出表达式：比例积分（PI）控制器的输出u(t)与输入e(t)的关系为：\(u(t)=K_{p}e(t)+\frac{K_{p}}{T_{i}}\int_{0}^{t}e(\tau)d\tau\)其中\(K_{p}