2025年大學(xué)一年級(jí)（機(jī)械電子工程）機(jī)電一體化設(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：本大題共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（）A.齒輪傳動(dòng)B.帶傳動(dòng)C.傳感器D.鏈傳動(dòng)2.以下關(guān)于機(jī)電一體化系統(tǒng)中接口的說法，錯(cuò)誤的是（）A.電氣接口用于實(shí)現(xiàn)電氣信號(hào)的連接與轉(zhuǎn)換B.機(jī)械接口主要用于連接機(jī)械部件C.人機(jī)接口是操作人員與系統(tǒng)交互的通道D.接口只起到連接作用，不影響系統(tǒng)性能3.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)不包括（）A.提高系統(tǒng)性能B.降低成本C.增加系統(tǒng)復(fù)雜性D.提高可靠性4.步進(jìn)電機(jī)的步距角取決于（）A.電機(jī)的相數(shù)B.電機(jī)的通電方式C.電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)D.以上都是5.傳感器的靜態(tài)特性不包括（）A.線性度B.靈敏度C.響應(yīng)時(shí)間D.重復(fù)性6.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，常用的控制算法不包括（）A.PID控制B.模糊控制C.遺傳算法D.牛頓迭代法7.以下哪種電機(jī)不屬于交流電機(jī)（）A.異步電機(jī)B.同步電機(jī)C.直流電機(jī)D.永磁同步電機(jī)8.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮系統(tǒng)的可靠性，以下措施不正確的是（）A.采用冗余設(shè)計(jì)B.增加系統(tǒng)復(fù)雜度C.進(jìn)行可靠性測(cè)試D.選用高質(zhì)量的元器件9.工業(yè)機(jī)器人的手臂屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的（）A.機(jī)械本體B.動(dòng)力部分C.執(zhí)行機(jī)構(gòu)D.控制部分10.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，檢測(cè)與轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的作用是（）A.將輸入的物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)B.對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大處理C.控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作D.實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化第II卷（非選擇題共70分）11.（10分）簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成部分及其作用。12.（15分）說明傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的重要性，并舉例說明一種常用傳感器及其工作原理。13.（15分）分析機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如何進(jìn)行系統(tǒng)的總體布局設(shè)計(jì)。14.（15分）材料：某機(jī)電一體化產(chǎn)品需要實(shí)現(xiàn)精確的位置控制，采用了步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。已知步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8°，絲桿的螺距為5mm。要求該產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)最小0.01mm的位移精度。問題：計(jì)算該系統(tǒng)需要多少個(gè)脈沖才能實(shí)現(xiàn)最小位移精度？15.（15分）材料：在設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)時(shí)，需要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和抗干擾能力。問題：請(qǐng)闡述如何選擇合適的控制算法來滿足這些要求，并說明理由。答案：1.C2.D3.C4.D5.C6.D7.C8.B9.C10.A11.機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由機(jī)械本體、動(dòng)力部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、檢測(cè)與轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)以及接口等組成。機(jī)械本體是系統(tǒng)的支撐和基礎(chǔ)，提供機(jī)械結(jié)構(gòu)。動(dòng)力部分為系統(tǒng)提供動(dòng)力。執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作。控制部分對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)。檢測(cè)與轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)將非電量轉(zhuǎn)換為電量以便處理。接口用于各部分之間的連接與通信。12.傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中至關(guān)重要，它能感知外界信息并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，為系統(tǒng)提供反饋，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化控制。例如光電傳感器，它利用光電器件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。當(dāng)光線照射到光電器件上，其內(nèi)部的電子會(huì)發(fā)生躍遷等現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電流或電壓變化，以此檢測(cè)物體的有無、位置等信息。13.進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮各組成部分的功能和相互關(guān)系。首先確定機(jī)械本體的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，保證其能支撐其他部件。合理安排動(dòng)力部分的位置，便于提供動(dòng)力且不影響整體布局。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布局要滿足動(dòng)作要求且便于安裝和連接?？刂撇糠忠拷盘?hào)源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，減少信號(hào)傳輸干擾。檢測(cè)與轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)要布置在能準(zhǔn)確檢測(cè)的位置。同時(shí)要考慮整體的美觀性、可維護(hù)性等。14.絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周的位移為5mm，步進(jìn)電機(jī)步距角為1.8°，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周需要的脈沖數(shù)為360°÷1.8°=200個(gè)脈沖。實(shí)現(xiàn)最小0.01mm位移精度時(shí)，絲桿需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為0.01mm÷(5mm÷360°)=0.72°。則需要的脈沖數(shù)為0.72°÷1.8°×200=80個(gè)脈沖。15.對(duì)于穩(wěn)定性要求，可選擇PID控制算法。它能根據(jù)系統(tǒng)的偏差進(jìn)行比例、積分、微分調(diào)節(jié)，有效消除穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于響應(yīng)速度要求，可采用一些先進(jìn)的控制算法如模糊控制與P