2025年大學(xué)機(jī)械電子工程（機(jī)電一體化）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10小題，每小題3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.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動(dòng)部件不包括以下哪種功能？（）A.傳遞動(dòng)力B.改變運(yùn)動(dòng)形式C.存儲(chǔ)能量D.控制運(yùn)動(dòng)精度2.以下哪種傳感器不屬于位置傳感器？（）A.光柵尺B.光電編碼器C.應(yīng)變片D.磁柵3.步進(jìn)電機(jī)的步距角精度主要取決于（）A.電機(jī)的制造工藝B.驅(qū)動(dòng)電源的性能C.負(fù)載大小D.控制算法4.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可靠性設(shè)計(jì)的核心是（）A.提高系統(tǒng)的平均無(wú)故障工作時(shí)間B.降低系統(tǒng)的成本C.增加系統(tǒng)的功能D.簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.以下哪種控制器不屬于數(shù)字控制器？（）A.單片機(jī)B.PLCC.模擬集成電路D.DSP6.工業(yè)機(jī)器人的手臂在空間運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃主要考慮（）A.速度和加速度的平滑性B.關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍C.負(fù)載的重量D.機(jī)器人的外觀形狀7.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的作用不包括（）A.對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)B.將非電量轉(zhuǎn)換為電量C.實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大與濾波D.直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)8.伺服控制系統(tǒng)中，反饋環(huán)節(jié)的作用是（）A.提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性B.增加系統(tǒng)的輸出功率C.改變系統(tǒng)的輸入信號(hào)D.檢測(cè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)9.以下哪種接口不屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的電氣接口？（）A.RS232接口B.USB接口C.液壓接口D.CAN總線接口10.智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)不包括（）A.具有自學(xué)習(xí)能力B.能適應(yīng)環(huán)境變化C.完全不需要人工干預(yù)D.具有智能決策功能第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（共10分）答題要求：本大題共5小題，每小題2分。請(qǐng)?jiān)跈M線上填上正確答案。1.機(jī)電一體化系統(tǒng)的五大組成要素是機(jī)械本體、______、______、______和______。2.傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有______、______、______、______等。3.直流伺服電機(jī)的調(diào)速方法主要有______調(diào)速、______調(diào)速和______調(diào)速。4.工業(yè)機(jī)器人的編程方式主要有______編程、______編程和______編程。5.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則有______原則、______原則、______原則和______原則。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(wèn)題。1.簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械傳動(dòng)部件的作用。2.說(shuō)明傳感器的分類方法有哪些。3.簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)的工作原理。4.什么是智能控制系統(tǒng)？四、分析題（共20分）材料：某機(jī)電一體化系統(tǒng)采用直流伺服電機(jī)作為執(zhí)行元件，通過(guò)減速器帶動(dòng)工作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)中安裝了光柵尺作為位置傳感器，用于檢測(cè)工作平臺(tái)的位置。已知工作平臺(tái)的質(zhì)量為m=100kg，減速器的傳動(dòng)比為i=10，直流伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為T=5N·m。問(wèn)題1：計(jì)算當(dāng)工作平臺(tái)以加速度a=1m/s2運(yùn)動(dòng)時(shí)，所需的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。（5分）問(wèn)題2：分析光柵尺在該系統(tǒng)中的作用，并說(shuō)明其測(cè)量原理。（5分）問(wèn)題3：若系統(tǒng)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，試分析可能的原因及解決方法。（5分）問(wèn)題4：簡(jiǎn)述該系統(tǒng)中減速器的作用，并說(shuō)明如何選擇合適的減速器。（至少150字）（5分）五、設(shè)計(jì)題（共20分）材料：設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，要求能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，并根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱或制冷設(shè)備，使環(huán)境溫度保持在設(shè)定范圍內(nèi)。問(wèn)題1：簡(jiǎn)述該溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路。（至少150字）（5分）問(wèn)題2：畫出該溫度控制系統(tǒng)的硬件原理圖，包括溫度傳感器、單片機(jī)、控制電路等主要部分。（5分）問(wèn)題3：編寫該溫度控制系統(tǒng)的軟件流程圖，包括溫度采集、比較判斷、控制輸出等主要環(huán)節(jié)。（5分）問(wèn)題4：說(shuō)明如何提高該溫度控制系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。（至少150字）（5分）答案：一、1.C2.C3.A4.A5.C6.A7.D8.A9.C10.C二、1.檢測(cè)與傳感器、信息處理與控制器、執(zhí)行元件、動(dòng)力源2.精度、重復(fù)性、線性度、靈敏度3.電樞電壓、電樞回路電阻、弱磁4.示教、離線、編程5.機(jī)電互補(bǔ)、功能替代、自動(dòng)化、智能化三、1.傳遞動(dòng)力，改變運(yùn)動(dòng)形式，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞和轉(zhuǎn)換，保證系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性。2.按被測(cè)物理量分類、按工作原理分類、按輸出信號(hào)類型分類、按傳感器的構(gòu)成分類等。3.步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線位移的開環(huán)控制電機(jī)。當(dāng)有脈沖信號(hào)輸入時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度，這個(gè)角度稱為步距角。通過(guò)控制脈沖的數(shù)量、頻率和相序，就可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向。4.智能控制系統(tǒng)是指具備一定智能行為的控制系統(tǒng)，它能夠自動(dòng)感知環(huán)境信息，根據(jù)環(huán)境變化和任務(wù)要求，自主地做出決策并采取相應(yīng)的控制行動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的控制目標(biāo)。具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織等能力。四、1.工作平臺(tái)慣性力F=ma=100×1=100N，折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩T1=F×L/i（L為折算長(zhǎng)度，假設(shè)為1m），T1=100×1/10=10N·m，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T2=T1+T=10+5=15N·m。2.光柵尺用于精確檢測(cè)工作平臺(tái)的位置。測(cè)量原理是利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象，當(dāng)光線透過(guò)光柵尺的主光柵和指示光柵時(shí)，會(huì)形成明暗相間的莫爾條紋，條紋的移動(dòng)與工作平臺(tái)的位移成正比，通過(guò)檢測(cè)條紋的移動(dòng)數(shù)量和方向，就能確定工作平臺(tái)的位置。3.可能原因：電機(jī)參數(shù)不合適、傳動(dòng)部件間隙過(guò)大、控制系統(tǒng)增益不當(dāng)?shù)?。解決方法：調(diào)整電機(jī)參數(shù)，檢查傳動(dòng)部件并消除間隙，調(diào)整控制系統(tǒng)增益等。4.減速器的作用是降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，增大輸出轉(zhuǎn)矩，匹配工作平臺(tái)的負(fù)載需求。選擇減速器時(shí)，要根據(jù)工作平臺(tái)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速要求，考慮減速器的傳動(dòng)效率、傳動(dòng)比范圍、承載能力等因素，確保其能夠可靠地傳遞動(dòng)力，滿足系統(tǒng)的工作要求。五、1.總體設(shè)計(jì)思路：采用溫度傳感器實(shí)時(shí)采集環(huán)境溫度信號(hào)，將其送入單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)根據(jù)設(shè)定溫度值與采集到的溫度進(jìn)行比較，若溫度低于設(shè)定值，則控制加熱設(shè)備開啟；若溫度高于設(shè)定值，則控制制冷設(shè)備開啟。通過(guò)不斷循環(huán)監(jiān)測(cè)和控制，使環(huán)境溫度保持在設(shè)定范圍內(nèi)。2.硬件原理圖：溫度傳感器采集溫度信號(hào)后送入單片機(jī)的模擬輸入引腳，單片機(jī)根據(jù)程序判斷后通過(guò)輸出引腳控制繼電器等控制電路，進(jìn)而控制加熱或制冷設(shè)備。3.軟件流程圖：開始后先進(jìn)行溫度采集，然后與設(shè)定值比較，若