2025年高職第二學(xué)年（機(jī)電一體化技術(shù)）機(jī)電一體化系統(tǒng)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40分）本卷共20小題，每題2分。在每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心是（）A.機(jī)械本體B.電子控制系統(tǒng)C.動(dòng)力部分D.執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.以下不屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器作用的是（）A.檢測(cè)信息B.轉(zhuǎn)換信息C.處理信息D.傳遞信息3.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可靠性設(shè)計(jì)主要考慮的因素不包括（）A.環(huán)境適應(yīng)性B.抗干擾能力C.成本控制D.維修性4.滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率一般在（）A.50%-60%B.60%-70%C.70%-80%D.85%-95%5.步進(jìn)電機(jī)的步距角精度主要取決于（）A.電機(jī)的制造精度B.驅(qū)動(dòng)電源的性能C.負(fù)載大小D.運(yùn)行環(huán)境溫度6.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，PID控制器的三個(gè)參數(shù)分別是（）A.比例、積分、微分B.比例、積分、增益C.比例、微分、增益D.積分、微分、增益7.以下哪種傳動(dòng)方式適合高速、高精度的機(jī)電一體化系統(tǒng)（）A.帶傳動(dòng)B.鏈傳動(dòng)C.齒輪傳動(dòng)D.諧波齒輪傳動(dòng)8.機(jī)電一體化系統(tǒng)的接口不包括（）A.人機(jī)接口B.機(jī)電接口C.機(jī)械接口D.電氣接口9.工業(yè)機(jī)器人的手部通常采用（）A.氣動(dòng)手指B.電動(dòng)手指C.液壓手指D.以上都有10.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案設(shè)計(jì)階段不包括（）A.功能分析B.原理方案設(shè)計(jì)C.詳細(xì)設(shè)計(jì)D.可行性分析11.傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)不包括（）A.線性度B.靈敏度C.響應(yīng)時(shí)間D.重復(fù)性12.直流伺服電機(jī)的調(diào)速方法不包括（）A.改變電樞電壓B.改變勵(lì)磁電流C.改變負(fù)載大小D.改變電樞回路電阻13.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，用于能量轉(zhuǎn)換的部分是（）A.動(dòng)力部分B.執(zhí)行機(jī)構(gòu)C.控制部分D.檢測(cè)部分14.以下哪種聯(lián)軸器具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移的能力（）A.剛性聯(lián)軸器B.彈性聯(lián)軸器C.安全聯(lián)軸器D.萬向聯(lián)軸器15.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是對(duì)（）進(jìn)行優(yōu)化。A.性能指標(biāo)B.結(jié)構(gòu)尺寸C.材料選擇D.以上都是16.光柵尺是一種用于測(cè)量（）的傳感器。A.角度B.長(zhǎng)度C.速度D.加速度17.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，PLC主要用于（）A.邏輯控制B.運(yùn)動(dòng)控制C.過程控制D.以上都是18.以下哪種電機(jī)適合作為數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)（）A.步進(jìn)電機(jī)B.直流伺服電機(jī)C.交流伺服電機(jī)D.以上都可以19.機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的（）A.剛性和穩(wěn)定性B.柔性和適應(yīng)性C.美觀性和舒適性D.輕便性和靈活性20.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)建模的方法不包括（）A.物理建模B.數(shù)學(xué)建模C.圖形建模D.經(jīng)驗(yàn)建模第II卷（非選擇題共60分）二、填空題（每題2分，共10分）1.機(jī)電一體化系統(tǒng)的五大組成要素是機(jī)械本體、電子控制系統(tǒng)、動(dòng)力部分、______和______。2.傳感器的輸出信號(hào)通常有______信號(hào)和______信號(hào)兩種。3.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則包括______、______、______、______。4.工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)包括______、______、______、______等。5.滾珠絲杠副的基本導(dǎo)程越大，在同樣的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的移動(dòng)速度越______。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)中電子控制系統(tǒng)的主要功能。2.說明步進(jìn)電機(jī)的工作原理及特點(diǎn)。3.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如何進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)？四、分析題（15分）材料：某機(jī)電一體化系統(tǒng)采用直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，通過滾珠絲杠副帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。已知工作臺(tái)質(zhì)量為500kg，滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為85%，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為10N·m。要求工作臺(tái)能夠以0.5m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)。問題：計(jì)算電機(jī)所需的輸出功率，并分析該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能存在的問題及解決措施。五、設(shè)計(jì)題（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)電一體化系統(tǒng)，用于自動(dòng)控制窗簾的開合。要求：1.描述系統(tǒng)的功能需求和工作原理。2.畫出系統(tǒng)的組成框圖，并說明各部分的作用。3.選擇合適的傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并說明理由。答案：1.B2.C3.C4.D5.A6.A7.D8.C9.D10.C11.C12.C13.A14.B15.D16.B17.D18.C19.A20.C二、1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)部分2.模擬量、數(shù)字量3.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4.自由度、定位精度、重復(fù)定位精度、工作范圍5.快三、1.電子控制系統(tǒng)的主要功能包括：控制機(jī)電一體化系統(tǒng)中各部分的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化；對(duì)傳感器檢測(cè)到的信息進(jìn)行處理和分析，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能控制；與其他系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成化；對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并采取相應(yīng)的措施。2.步進(jìn)電機(jī)的工作原理是：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到脈沖信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（即步距角）。其特點(diǎn)包括：控制精度高；轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比；無累積誤差；停止時(shí)具有自鎖能力；響應(yīng)速度快等。3.進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)可從以下方面入手：選用高可靠性的元器件；采用冗余設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力；進(jìn)行降額設(shè)計(jì)，降低元器件的工作應(yīng)力；優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；加強(qiáng)系統(tǒng)的散熱、防潮、防塵等防護(hù)措施；建立完善的故障診斷和預(yù)警機(jī)制；進(jìn)行可靠性試驗(yàn)和驗(yàn)證，不斷改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。四、首先計(jì)算電機(jī)所需的輸出功率。工作臺(tái)勻速運(yùn)動(dòng)，其所需的力F=mgv/η，其中m=500kg，g=9.8m/s2，v=0.5m/s，η=85%。則F=500×9.8×0.5/0.85≈2882.4N。電機(jī)所需的輸出功率P=Fv=2882.4×0.5=1441.2W。該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能存在的問題及解決措施：滾珠絲杠副可能存在磨損，定期檢查和更換滾珠絲杠副；電機(jī)可能發(fā)熱，加強(qiáng)電機(jī)散熱措施；系統(tǒng)可能存在振動(dòng)，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加減震裝置；傳動(dòng)效率可能降低，定期維護(hù)和調(diào)整傳動(dòng)部件。五、1.系統(tǒng)功能需求：能夠根據(jù)光線強(qiáng)度或時(shí)間自動(dòng)控制窗簾的開合。工作原理：通過光線傳感器檢測(cè)環(huán)境光線強(qiáng)度，將信號(hào)傳送給控制器，控制器根據(jù)設(shè)定的閾值判斷是否需要開合窗簾，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)窗簾軌道上的滑塊移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)窗簾的開合。2.系統(tǒng)組成框圖：包括光線傳感器、控制器、電機(jī)、