2025年專業(yè)課機電一體化考卷考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.在機電一體化系統(tǒng)中，用于檢測物體位置或位移的傳感器通常屬于哪種類型？(A)力傳感器(B)壓力傳感器(C)位置傳感器(D)溫度傳感器2.線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是系統(tǒng)的特征方程的所有根位于(A)右半s平面(B)左半s平面(C)虛軸上(D)s平面原點3.步進電機驅(qū)動系統(tǒng)中，步距角的大小主要取決于(A)電源電壓(B)繞組電流(C)驅(qū)動電路(D)電機的勵磁方式及減速比4.在PLC梯形圖中，表示一個常開觸點的符號是(A)——[/——]——(B)——[/——]——(C)——[|——]——(D)——[|——]——5.下列哪種控制算法通常用于系統(tǒng)的溫度控制？(A)比例控制(B)積分控制(C)微分控制(D)比例-積分-微分（PID）控制6.機電一體化系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)通常指的是(A)傳感器(B)控制器(C)驅(qū)動裝置(D)執(zhí)行器7.機械傳動系統(tǒng)中，采用齒輪傳動的主要目的是(A)實現(xiàn)信號的遠距離傳輸(B)實現(xiàn)速度的精確控制(C)提供較大的力矩(D)實現(xiàn)運動的直線變換8.將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為(A)采樣(B)保持(C)量化(D)編碼9.在伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，電流環(huán)通常作為(A)內(nèi)環(huán)(B)中環(huán)(C)外環(huán)(D)內(nèi)外環(huán)之間的輔助環(huán)10.下列哪個不是機電一體化系統(tǒng)的基本組成部分？(A)機械本體(B)驅(qū)動系統(tǒng)(C)傳感器與檢測裝置(D)人機交互界面二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在橫線上）1.機電一體化系統(tǒng)集成了機械、電子、控制、計算機等多種技術(shù)，旨在實現(xiàn)______和______。2.一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)通常表示為G(s)=K/(Ts+1)，其中K代表系統(tǒng)的______，T代表系統(tǒng)的時間常數(shù)。3.傳感器按工作原理可分為電阻式、電感式、電容式、______和光電式等。4.PLC（可編程邏輯控制器）具有可靠性高、編程簡單、易于維護等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。5.在直流伺服電機中，電樞控制方式下，電機轉(zhuǎn)速n主要與電樞電壓Ua和電樞反電動勢常數(shù)Ke成______關(guān)系。6.機械系統(tǒng)中，齒輪減速器的主要作用是降低轉(zhuǎn)速并增大輸出______。7.數(shù)字信號處理器（DSP）在機電一體化系統(tǒng)中常用于實現(xiàn)復雜的______算法。8.為了保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度，需要合理設(shè)計系統(tǒng)的______和______。9.在運動控制中，插補算法用于計算機生成刀具或機器人的______軌跡。10.機電一體化系統(tǒng)中的信息反饋通常是指將______的信號重新送入系統(tǒng)的輸入端。三、判斷題（每小題2分，共10分。請將“正確”或“錯誤”填在題后的括號內(nèi)）1.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)完全取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與外部輸入信號無關(guān)。（）2.液壓傳動系統(tǒng)通常具有較高的功率密度和響應(yīng)速度。（）3.PLC程序執(zhí)行時，梯形圖中的常開觸點閉合，對應(yīng)的線圈必然得電。（）4.速度反饋通常用于提高系統(tǒng)的阻尼比，從而改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（）5.機電一體化系統(tǒng)必然包含機械部分和電子控制部分。（）四、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述PID控制器中比例（P）、積分（I）、微分（D）三項分別起到的作用。2.簡述選擇傳感器時通常需要考慮的主要因素。3.簡述步進電機與伺服電機在控制性能方面的主要區(qū)別。4.簡述機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟或流程。五、計算題（每小題10分，共20分）1.已知一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=5/(2s+1)，當輸入為單位階躍信號r(t)=u(t)時，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出值。2.某直流伺服電機，電樞電阻Ra=1Ω，電樞電感La=0.5H，電樞反電動勢常數(shù)Ke=0.1V·s/rad，電磁力矩常數(shù)Km=0.2N·m/A。假設(shè)電機運行在電樞控制模式下，電樞電壓Ua=10V，負載力矩TL=0.1N·m。忽略電樞電感La的影響，試求電機的穩(wěn)態(tài)輸出轉(zhuǎn)速。六、論述題（10分）試論述機電一體化系統(tǒng)中，機械部分、電子控制部分和驅(qū)動部分之間如何協(xié)同工作以實現(xiàn)預期的控制目標。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.D4.C5.D6.D7.C8.C9.A10.D二、填空題1.高度自動化高精度2.系統(tǒng)增益3.光電式4.可靠性高、編程簡單、易于維護等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。5.正6.扭矩7.控制算法8.穩(wěn)定性精度9.運動軌跡10.輸出三、判斷題1.正確2.正確3.錯誤4.正確5.正確四、簡答題1.比例（P）作用：根據(jù)當前誤差大小進行控制，誤差越大，控制作用越強，提供基本控制能力。積分（I）作用：根據(jù)誤差累積進行控制，消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。微分（D）作用：根據(jù)誤差變化率進行控制，預測未來誤差趨勢，加快響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)阻尼。2.傳感器選擇因素：測量精度、量程范圍、分辨率、響應(yīng)時間、線性度、穩(wěn)定性、靈敏度、抗干擾能力、環(huán)境適應(yīng)性（溫度、濕度、振動等）、成本、接口特性等。3.步進電機：結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、控制方便（開環(huán)）、精度相對較低（存在步失步）、有最大轉(zhuǎn)速和負載限制。伺服電機：控制精度高、響應(yīng)速度快、低速平穩(wěn)、過載能力強、通常需閉環(huán)控制、成本較高。4.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計步驟：需求分析、總體方案設(shè)計（功能、結(jié)構(gòu)、接口）、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、傳感器與檢測裝置選型、執(zhí)行機構(gòu)選型與設(shè)計、控制系統(tǒng)硬件選型與設(shè)計、控制算法設(shè)計與軟件編程、系統(tǒng)集成與調(diào)試、性能測試與優(yōu)化。五、計算題1.解：一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值等于其增益K。由傳遞函數(shù)G(s)=5/(2s+1)可知，增益K=5。因此，穩(wěn)態(tài)輸出值ess=K=5。2.解：忽略電樞電感La影響，電樞電路電壓平衡方程為Ua=RaIa+Keωm。穩(wěn)態(tài)時，電樞電流Ia=(Ua-Keωm)/Ra。穩(wěn)態(tài)輸出轉(zhuǎn)速為ωm。電磁力矩KmIa=TL+Jdm(ωm)/dt，穩(wěn)態(tài)時角加速度為零，有KmIa=TL，即Ia=TL/Km。聯(lián)立上述兩式得：Ua=Ra(TL/Km)+Keωm。解得穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速ωm=(Ua-RaTL/Km)/Ke=(10-1*0.1/0.2)/0.1=(10-0.5)/0.1=9.5/0.1=95rad/s。六、論述題機電一體化系統(tǒng)通過機械部分實現(xiàn)運動形式轉(zhuǎn)換和傳遞，提供系統(tǒng)的基體和執(zhí)行功能；電子控制部分作為系統(tǒng)的“大腦”，接收傳感器反饋的信號，根據(jù)預設(shè)的控制算法進行比較、計算和決策，產(chǎn)生控制指令；驅(qū)動部分（如電機、液壓/氣動裝置）接收控制指令，將電信號或控制信號轉(zhuǎn)換為