2025年大學(xué)第四學(xué)年（機(jī)械電子工程）機(jī)電綜合設(shè)計(jì)試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本卷共6小題，每小題5分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。請(qǐng)將正確答案的序號(hào)填在題后的括號(hào)內(nèi)。1.以下關(guān)于機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的描述，錯(cuò)誤的是（）A.應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性B.只需考慮靜態(tài)強(qiáng)度，無需考慮動(dòng)態(tài)特性C.應(yīng)盡量減小質(zhì)量和體積D.要便于安裝、調(diào)整和維護(hù)2.在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，用于檢測(cè)直線位移的傳感器是（）A.光電編碼器B.旋轉(zhuǎn)變壓器C.光柵尺D.霍爾傳感器3.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件的作用是（）A.實(shí)現(xiàn)信息的采集和處理B.將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能C.對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)D.傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)4.以下哪種控制算法不屬于智能控制算法（）A.模糊控制B.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制C.PID控制D.遺傳算法控制5.機(jī)電一體化系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中，不需要考慮的因素是（）A.系統(tǒng)的功能需求B.系統(tǒng)的性能指標(biāo)C.系統(tǒng)的外觀設(shè)計(jì)D.系統(tǒng)的成本和可靠性6.對(duì)于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以下說法正確的是（）A.傳動(dòng)比越大越好B.應(yīng)盡量減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)C.傳動(dòng)效率對(duì)系統(tǒng)性能影響不大D.只需要考慮傳遞動(dòng)力，不需要考慮傳遞運(yùn)動(dòng)精度第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（共20分）答題要求：本大題共5小題，每空2分。請(qǐng)將答案填在題中的橫線上。1.機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由機(jī)械本體、______、______、______、______五部分組成。2.傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有______、______、______、______等。3.機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)元件有______、______、______等。4.智能控制的主要方法有______、______、______、______等。5.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則有______、______、______、______等。三、簡(jiǎn)答題（共20分）答題要求：本大題共4小題，每小題5分。簡(jiǎn)要回答問題。1.簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。2.說明傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用。3.簡(jiǎn)述PID控制的原理及特點(diǎn)。4.機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括哪些？四、綜合分析題（共15分）答題要求：閱讀以下材料，回答問題。材料：某機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)搬運(yùn)和定位。已知該產(chǎn)品需要搬運(yùn)的物料質(zhì)量為5kg，搬運(yùn)速度要求為0.5m/s，定位精度要求為±0.1mm。采用直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，通過絲桿螺母副實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。1.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，說明控制方案及主要控制環(huán)節(jié)的作用。（7分）2.計(jì)算絲桿螺母副的傳動(dòng)比，已知絲桿的導(dǎo)程為5mm，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000r/min。（4分）3.為保證定位精度，需要采取哪些措施？（4分）五、設(shè)計(jì)題（共15分）答題要求：根據(jù)以下設(shè)計(jì)要求，完成機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)包裝機(jī)，用于將產(chǎn)品包裝成盒。產(chǎn)品尺寸為長100mm、寬80mm、高50mm，包裝速度為每分鐘30盒。包裝過程包括產(chǎn)品輸送、裝盒、封口等環(huán)節(jié)。1.簡(jiǎn)述系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路，包括主要組成部分及工作流程。（5分）2.選擇合適的執(zhí)行元件，并說明理由。（4分）3.設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，說明控制方案及主要控制環(huán)節(jié)的功能。（6分）答案：第I卷1.B2.C3.B4.C5.C6.B第II卷二、1.檢測(cè)與傳感器、信息處理與控制單元、驅(qū)動(dòng)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.精度、重復(fù)性、線性度、靈敏度3.直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、液壓馬達(dá)4.模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法控制、專家控制5.機(jī)電互補(bǔ)原則、功能優(yōu)化原則；自動(dòng)化、省力化原則；效益最大原則三、1.具有良好的剛度和精度，滿足系統(tǒng)的工作要求；具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，能夠快速響應(yīng)控制信號(hào)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，便于安裝和維護(hù)；質(zhì)量輕、體積小，降低系統(tǒng)的能耗和成本。2.檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境信息，為控制決策提供依據(jù)；將非電量轉(zhuǎn)換為電量，便于后續(xù)的處理和傳輸；提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和智能化水平。3.PID控制原理是根據(jù)給定值與實(shí)際輸出值的偏差，通過比例、積分、微分三個(gè)環(huán)節(jié)的作用，調(diào)整控制量，使系統(tǒng)輸出趨近于給定值。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可靠性高，適用于各種工業(yè)過程控制。4.確定系統(tǒng)的功能和性能指標(biāo)；進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、檢測(cè)與傳感器、信息處理與控制、驅(qū)動(dòng)與執(zhí)行等部分的設(shè)計(jì)；進(jìn)行系統(tǒng)的總體布局和接口設(shè)計(jì)；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能分析和優(yōu)化。四、1.采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，以直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，通過絲桿螺母副實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。檢測(cè)環(huán)節(jié)采用位移傳感器檢測(cè)物料的位置，將檢測(cè)信號(hào)反饋給控制器。控制器根據(jù)設(shè)定值與反饋值的偏差，通過PID控制算法調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)搬運(yùn)和定位。主要控制環(huán)節(jié)的作用如下：檢測(cè)環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物料位置，為控制提供反饋信號(hào)；控制器根據(jù)反饋信號(hào)進(jìn)行控制決策，發(fā)出控制指令；驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)根據(jù)控制指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物料的搬運(yùn)和定位。2.絲桿螺母副的傳動(dòng)比ｉ＝絲桿導(dǎo)程÷電機(jī)每轉(zhuǎn)移動(dòng)距離。電機(jī)每轉(zhuǎn)移動(dòng)距離＝電機(jī)轉(zhuǎn)速×絲桿導(dǎo)程÷60，已知絲桿導(dǎo)程為5mm，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min，則電機(jī)每轉(zhuǎn)移動(dòng)距離＝1000×5÷60≈83.3mm，傳動(dòng)比ｉ＝5÷83.3≈0.06。3.提高絲桿螺母副的制造精度，減少傳動(dòng)間隙；采用高精度的位移傳感器，提高檢測(cè)精度；優(yōu)化控制系統(tǒng)的參數(shù)，提高控制精度；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)和校準(zhǔn)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。五、1.總體設(shè)計(jì)思路：自動(dòng)包裝機(jī)主要由產(chǎn)品輸送機(jī)構(gòu)、裝盒機(jī)構(gòu)、封口機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成。工作流程為：產(chǎn)品通過輸送機(jī)構(gòu)輸送到裝盒位置，裝盒機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品裝入盒中，然后封口機(jī)構(gòu)對(duì)盒進(jìn)行封口，最后包裝好的產(chǎn)品輸出。2.執(zhí)行元件選擇：產(chǎn)品輸送機(jī)構(gòu)可選用輸送帶，具有輸送平穩(wěn)、速度可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)；裝盒機(jī)構(gòu)可選用氣動(dòng)機(jī)械手，能夠快速準(zhǔn)確地抓取和放置產(chǎn)品；封口機(jī)構(gòu)可選用熱封機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的封口。3.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：采用PLC控制系統(tǒng)，通過傳感器檢測(cè)產(chǎn)品