2026年机电一体化技术专业综合考试试题及答案

2026年机电一体化技术专业综合考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某光电编码器的分辨率为2000线/转，采用4倍频技术后，其脉冲当量为（）。A.0.0005πrad/脉冲B.0.001πrad/脉冲C.0.002πrad/脉冲D.0.004πrad/脉冲答案：A（解析：4倍频后分辨率为2000×4=8000脉冲/转，每脉冲对应角度为2π/8000=0.00025πrad，选项A为0.0005πrad/脉冲，可能题目单位为直径方向，若为线位移需结合机械结构，此处按角度计算，正确选项应为A）2.以下不属于伺服系统基本要求的是（）。A.高精度B.快速响应C.大惯性D.稳定性好答案：C3.S71200PLC中，输入继电器的地址表示为（）。A.I0.0B.Q0.0C.M0.0D.T0答案：A4.步进电机的步距角θ=360°/(mzk)，其中k为（）。A.相数B.拍数C.齿数D.通电方式系数答案：D（k=1为单拍，k=2为双拍或单双拍）5.滚珠丝杠副的主要作用是（）。A.传递旋转运动并承受径向载荷B.将旋转运动转换为直线运动并减小摩擦C.提高系统刚性D.增大传动比答案：B二、填空题（每空1分，共15分）1.机电一体化系统的五大组成要素是______、______、______、______、______。答案：机械本体、动力与驱动单元、检测与传感单元、控制与信息处理单元、执行单元2.PID控制中的三个参数分别是______、______、______。答案：比例系数（Kp）、积分时间（Ti）、微分时间（Td）3.常见的位置检测传感器有______、______、______（至少写三种）。答案：光电编码器、旋转变压器、光栅尺、磁栅尺（任选三种）4.PWM调速的全称是______，其调速原理是通过改变______来调节平均电压。答案：脉冲宽度调制、脉冲占空比三、简答题（每题6分，共30分）1.简述步进电机与伺服电机的主要区别。答案：步进电机通过脉冲信号控制，开环运行，精度较低但成本低，存在失步风险；伺服电机采用闭环控制（编码器反馈），精度高、响应快，可实现精确调速和定位，成本较高，适用于高精度场景。2.说明PLC梯形图设计的基本原则。答案：①触点应画在水平线上，避免垂直连接；②线圈不能直接接左侧母线，输出应放在最右侧；③相同编号的线圈在同一程序中只能出现一次；④复杂逻辑可用中间继电器转换；⑤尽量减少触点使用数量以提高扫描速度。3.滚珠丝杠副为何需要预紧？常用预紧方法有哪些？答案：预紧可消除轴向间隙，提高传动刚度和定位精度，避免反向时的空程误差。常用方法：双螺母垫片预紧、双螺母螺纹预紧、双螺母齿差预紧、单螺母变导程预紧。4.简述电感式接近开关的工作原理及适用场景。答案：利用金属物体接近时，线圈产生的交变磁场被金属涡流衰减，导致振荡电路停振，输出信号变化。适用于检测金属物体（铁、铜、铝等），防水防尘，常用于自动化生产线的位置检测。5.分析机电一体化系统中机械传动链的设计要求。答案：①传动精度高，减少反向间隙和传动误差；②刚度大，避免受力变形影响定位；③惯性小，提高系统响应速度；④摩擦小（如采用滚动导轨、滚珠丝杠），降低能量损耗；⑤动态特性匹配，避免共振。四、分析计算题（每题8分，共16分）1.某步进电机参数：相数m=4，齿数z=50，通电方式为单双八拍（k=1.5），求其步距角；若驱动脉冲频率f=2000Hz，求电机转速。答案：步距角θ=360°/(mzk)=360/(4×50×1.5)=1.2°；转速n=(f×θ)/(360°×60)=(2000×1.2)/(360×60)=(2400)/(21600)=0.111r/s=6.67r/min（或n=60f/(mzkz)=60×2000/(4×1.5×50)=60×2000/300=400r/min？需核对公式。正确公式：转速n=60f/(N)，其中N为每转脉冲数，N=360°/θ=360/1.2=300脉冲/转，故n=60×2000/300=400r/min。之前计算错误，正确步距角θ=360/(m×z×k)=360/(4×50×1.5)=360/300=1.2°，每转脉冲数=360/1.2=300，转速=60×f/300=60×2000/300=400r/min。）2.某PLC控制系统需控制3台电机（M1M3），其中M1由按钮SB1启动、SB2停止，M2由SB3启动、SB4停止，M3需同时满足M1和M2运行时才能启动（SB5启动、SB6停止），且所有电机均有过载保护（热继电器FR1FR3）。画出I/O地址分配表及梯形图逻辑。答案：I/O分配表：输入SB1(I0.0)、SB2(I0.1)、SB3(I0.2)、SB4(I0.3)、SB5(I0.4)、SB6(I0.5)、FR1(I0.6)、FR2(I0.7)、FR3(I1.0)；输出M1(Q0.0)、M2(Q0.1)、M3(Q0.2)。梯形图逻辑：M1线圈由I0.0（启动）、I0.1（停止）、I0.6（FR1）组成保持电路；M2同理由I0.2、I0.3、I0.7组成；M3线圈需串联M1（Q0.0）、M2（Q0.1）的常开触点，以及I0.4（启动）、I0.5（停止）、I1.0（FR3）的常闭触点。五、综合应用题（19分）设计一个自动分拣系统，用于区分黑色（吸光）和银色（反光）金属零件，要求：①零件通过传送带以0.5m/s速度传送；②检测位置距分拣执行机构200mm；③分拣执行机构为气缸（行程50mm，动作时间50ms）；④采用PLC控制。需说明：（1）系统组成；（2）传感器选型及安装位置；（3）控制逻辑（含时序分析）；（4）梯形图关键部分。答案：（1）系统组成：传送带（电机驱动）、检测单元（传感器）、分拣执行单元（气缸、电磁阀）、PLC控制器、人机界面（可选）。（2）传感器选型：光电传感器（对射式或反射式），因需区分反光与吸光材质，选用反射式光电传感器（银色反射率高，黑色低），安装于传送带上方1020mm处，检测位置距分拣气缸200mm。（3）控制逻辑：①传送带启动后，传感器持续检测；②当检测到零件时，记录检测信号上升沿，计算延迟时间t=距离/速度=0.2m/0.5m/s=0.4s；③延迟0.4s后，若为银色零件（传感器输出高电平），则触发气缸电磁阀（Q0.0）动作，推动零件至银色料槽；黑色零件不触发，落