2025年大學第二學年（機電一體化）系統(tǒng)設(shè)計階段測試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共40分）答題要求：本卷共20小題，每小題2分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。請將正確答案的序號填在題后的括號內(nèi)。1.機電一體化系統(tǒng)中，機械傳動部件的作用不包括以下哪一項？（）A.傳遞動力B.改變運動形式C.提高系統(tǒng)穩(wěn)定性D.存儲能量2.以下哪種傳感器不屬于位置傳感器？（）A.光電編碼器B.光柵尺C.熱電偶D.磁電式傳感器3.機電一體化系統(tǒng)的核心是（）A.機械本體B.控制器C.動力源D.執(zhí)行機構(gòu)4.步進電機的步距角精度主要取決于（）A.電機的制造工藝B.控制系統(tǒng)的精度C.負載大小D.電源電壓5.閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，其優(yōu)點是（）A.結(jié)構(gòu)簡單B.成本低C.精度高D.響應(yīng)速度快6.以下哪種控制算法不屬于PID控制算法的改進形式？（）A.模糊PID控制B.自適應(yīng)PID控制C.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制D.比例控制7.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中，可靠性設(shè)計的主要目的是（）A.提高系統(tǒng)的性能B.降低系統(tǒng)的成本C.延長系統(tǒng)的使用壽命D.提高系統(tǒng)的智能化程度8.以下哪種編程語言常用于PLC編程？（）A.C語言B.Java語言C.梯形圖語言D.Python語言9.工業(yè)機器人的手臂通常采用哪種傳動方式？（）A.齒輪傳動B.鏈傳動C.帶傳動D.連桿機構(gòu)10.傳感器的靜態(tài)特性指標不包括以下哪一項？（）A.精度B.重復(fù)性C.響應(yīng)時間D.線性度11.機電一體化系統(tǒng)中，常用的通信接口不包括以下哪一項？（）A.RS-232接口B.USB接口C.以太網(wǎng)接口D.光纖接口12.以下哪種電機屬于直流電機？（）A.步進電機B.伺服電機C.永磁直流電機D.感應(yīng)電機13.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中，優(yōu)化設(shè)計的主要方法不包括以下哪一項？（）A.數(shù)學規(guī)劃法B.遺傳算法C.有限元法D.經(jīng)驗設(shè)計法14.以下哪種設(shè)備不屬于自動化生產(chǎn)線的組成部分？（）A.工業(yè)機器人B.數(shù)控機床C.自動檢測設(shè)備D.計算機15.傳感器的動態(tài)特性指標不包括以下哪一項？（）A.上升時間B.響應(yīng)時間C.超調(diào)量D.靈敏度16.機電一體化系統(tǒng)中，常用的控制器不包括以下哪一項？（）A.單片機B.PLCC.DSPD.傳感器17.以下哪種控制策略不屬于智能控制策略？（）A.模糊控制B.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制C.自適應(yīng)控制D.比例積分控制18.工業(yè)機器人的手部通常采用哪種結(jié)構(gòu)形式？（）A.夾鉗式B.吸盤式C.磁吸式D.以上都是19.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中，總體設(shè)計的主要內(nèi)容不包括以下哪一項？（）A.確定系統(tǒng)的功能和性能要求B.選擇系統(tǒng)的組成部件C.進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計D.編寫系統(tǒng)的軟件程序20.以下哪種傳感器可用于檢測物體的顏色？（）A.光電傳感器B.顏色傳感器C.溫度傳感器D.壓力傳感器第II卷（非選擇題共60分）21.（8分）簡述機電一體化系統(tǒng)的組成要素及其相互關(guān)系。22.（10分）說明步進電機的工作原理，并簡述其特點。23.（12分）在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中，如何進行機械系統(tǒng)的設(shè)計？24.（15分）閱讀以下材料，回答問題。材料：某自動化生產(chǎn)線需要對產(chǎn)品進行檢測和分揀。已知產(chǎn)品的尺寸范圍為長100-120mm，寬50-60mm，高30-40mm。要求檢測精度為±0.1mm，分揀速度為每分鐘50件。現(xiàn)設(shè)計了一套基于機器視覺的檢測和分揀系統(tǒng)，包括工業(yè)相機、光源、圖像處理軟件和分揀機器人。問題：（1）簡述機器視覺檢測系統(tǒng)的工作原理。（2）如何選擇合適的工業(yè)相機和光源？（3）簡述分揀機器人的工作流程。25.（15分）閱讀以下材料，回答問題。材料：某機電一體化系統(tǒng)采用PLC作為控制器，控制一臺三相異步電動機的轉(zhuǎn)速。已知電動機的額定功率為5kW，額定電壓為380V，額定電流為11.6A，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。PLC的輸入輸出模塊采用晶體管輸出方式，控制電路采用繼電器控制。問題：（1）簡述PLC控制系統(tǒng)的組成部分。（2）如何編寫PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)速控制？（3）說明繼電器在控制電路中的作用。答案：1.D2.C3.B4.A5.C6.D7.C8.C9.D10.C11.D12.C13.D14.D15.D16.D17.D18.D19.D20.B21.機電一體化系統(tǒng)由機械本體、動力源、執(zhí)行機構(gòu)、控制器、傳感器和接口等要素組成。機械本體提供支撐和運動基礎(chǔ)；動力源提供能量；執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)各種動作；控制器進行控制決策；傳感器檢測信息；接口實現(xiàn)各部分連接與通信。它們相互協(xié)作，機械本體在動力源驅(qū)動下，由執(zhí)行機構(gòu)完成任務(wù)，控制器依據(jù)傳感器反饋信息進行精準控制，接口確保各要素間有效交互。22.步進電機工作原理：定子繞組按順序通電，使轉(zhuǎn)子齒與定子磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子步進轉(zhuǎn)動。特點：步距角精度較高；控制簡單，易于實現(xiàn)數(shù)字控制；無累積誤差；啟動和停止響應(yīng)快；低速性能好；但效率較低，帶負載能力有限。23.機械系統(tǒng)設(shè)計：確定系統(tǒng)總體布局，考慮各部件安裝與連接；根據(jù)功能要求選擇合適的機械結(jié)構(gòu)，如連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)等；計算機械部件受力與運動參數(shù)，確保強度、剛度和精度；進行機械傳動設(shè)計，選擇傳動方式和傳動比；設(shè)計機械支承部件，保證穩(wěn)定性；考慮機械系統(tǒng)的可靠性、維護性和經(jīng)濟性等。24.（1）機器視覺檢測系統(tǒng)工作原理：工業(yè)相機采集產(chǎn)品圖像，光源提供合適光照，圖像處理軟件對圖像進行分析處理，提取產(chǎn)品尺寸、形狀等特征信息，與標準值比較判斷是否合格。（2）選擇工業(yè)相機：根據(jù)檢測精度、分辨率要求及檢測速度選擇合適型號，考慮像素、幀率等參數(shù)。選擇光源：根據(jù)產(chǎn)品表面特性、顏色等選擇合適光源類型，如環(huán)形光源、條形光源等，確保圖像清晰可辨。（3）分揀機器人工作流程：接收圖像處理軟件給出的產(chǎn)品位置和類型信息，運動到指定位置抓取產(chǎn)品，按指令將產(chǎn)品放置到相應(yīng)分揀區(qū)域。25.（1）PLC控制系統(tǒng)組成：CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、編程設(shè)備等。CPU執(zhí)行程序；輸入模塊采集外部信號；輸出模塊控制外部負載；電源模塊提供電能；編程設(shè)備用于編寫和調(diào)試程序。（2）編寫程序