2025年大學大四（機械電子工程）機電綜合實訓測試題及答案

（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.以下哪種傳感器常用于測量機械振動（）A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.加速度傳感器D.位移傳感器2.機電一體化系統(tǒng)中，用于實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的是（）A.控制單元B.動力部分C.執(zhí)行機構(gòu)D.檢測傳感部分3.數(shù)控機床的核心部件是（）A.數(shù)控系統(tǒng)B.伺服系統(tǒng)C.機床本體D.刀具4.以下不屬于工業(yè)機器人主要組成部分的是（）A.機械臂B.控制器C.傳感器D.發(fā)動機5.步進電機的步距角精度主要取決于（）A.電機的相數(shù)B.電機的通電方式C.電機的制造工藝D.控制脈沖的頻率6.在機電系統(tǒng)設(shè)計中，可靠性設(shè)計主要考慮的是（）A.系統(tǒng)的性能指標B.系統(tǒng)的使用壽命C.系統(tǒng)的成本D.系統(tǒng)的可維護性7.液壓傳動系統(tǒng)中，控制油液壓力的元件是（）A.油泵B.溢流閥C.換向閥D.液壓缸8.機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計流程一般不包括以下哪個階段（）A.方案設(shè)計B.詳細設(shè)計C.生產(chǎn)制造D.概念設(shè)計9.以下哪種編程語言常用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)（）A.C語言B.Java語言C.PLC編程語言D.Python語言10.智能控制系統(tǒng)的特點不包括（）A.自學習能力B.自適應(yīng)能力C.自組織能力D.固定不變的控制策略第II卷（非選擇題共70分）（一）填空題（共10分）答題要求：本大題共5小題，每小題2分。請在橫線上填寫正確答案。1.機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素是機械本體、動力部分、執(zhí)行機構(gòu)、________和________。2.傳感器的靜態(tài)特性指標主要有線性度、靈敏度、________和________。3.工業(yè)機器人的編程方式主要有________編程和________編程。4.數(shù)控系統(tǒng)的插補算法主要有________插補和________插補。5.機電一體化產(chǎn)品設(shè)計的基本原則是________、________、可靠性、經(jīng)濟性和創(chuàng)新性。（二）簡答題（共20分）答題要求：本大題共4小題，每小題5分。簡要回答問題。1.簡述機電一體化系統(tǒng)中機械本體的作用。2.說明傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的主要功能。3.簡述工業(yè)機器人示教編程的基本步驟。4.在機電一體化產(chǎn)品設(shè)計中，如何考慮系統(tǒng)的安全性？（三）分析題（共20分）答題要求：本大題共2小題，每小題10分。分析以下問題并作答。1.某機電一體化系統(tǒng)中，采用直流電動機作為動力源。已知電動機的額定功率為5kW，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，效率為85%。若系統(tǒng)需要輸出的功率為4kW，求電動機此時的轉(zhuǎn)速和電流。（提示：可根據(jù)功率公式P=UI和轉(zhuǎn)速公式n=60f/p進行計算，其中U為電壓，I為電流，f為頻率，p為極對數(shù)）2.分析一個簡單的機電一體化控制系統(tǒng)，如自動洗衣機的控制系統(tǒng)，闡述其工作原理和控制過程。（四）設(shè)計題（共10分）答題要求：本大題共1小題，10分。根據(jù)給定條件進行設(shè)計。設(shè)計一個基于PLC的三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路，要求具有過載保護和短路保護功能。請畫出電氣原理圖，并說明控制過程。（五）綜合應(yīng)用題（共10分）答題要求：本大題共1小題，10分。結(jié)合實際應(yīng)用進行綜合分析和解答。某工廠生產(chǎn)一種小型機械產(chǎn)品，需要設(shè)計一個機電一體化的裝配生產(chǎn)線。請闡述該生產(chǎn)線的總體設(shè)計思路，包括機械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、檢測與反饋環(huán)節(jié)等方面，并說明如何提高生產(chǎn)線的效率和質(zhì)量。答案：1.C2.B3.A4.D5.C6.B7.B8.D9.C10.D1.控制單元、檢測傳感部分2.遲滯、重復(fù)性3.示教、離線4.脈沖增量、數(shù)據(jù)采樣5.機電互補、功能替代1.機械本體是機電一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐部件，它為系統(tǒng)的其他組成部分提供安裝和固定的平臺，承受各種外力和載荷，保證系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時還影響系統(tǒng)的運動精度、動態(tài)特性等。2.傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的主要功能包括：獲取系統(tǒng)運行過程中的各種物理量、化學量等信息；將這些信息轉(zhuǎn)換為電信號等便于處理和傳輸?shù)男问剑粸榭刂葡到y(tǒng)提供準確的輸入信號，以便實現(xiàn)對系統(tǒng)的精確控制和監(jiān)測。3.工業(yè)機器人示教編程的基本步驟：首先，操作人員手動操縱機器人，使其到達期望的位置和姿態(tài)，記錄下這些位置點；然后，按照工藝要求依次示教各個動作和軌跡；接著，設(shè)置動作的速度、加速度等參數(shù)；最后，對示教的程序進行檢查和調(diào)試，確保機器人能夠準確執(zhí)行任務(wù)。4.在機電一體化產(chǎn)品設(shè)計中，考慮系統(tǒng)安全性可采取以下措施：設(shè)置多重安全保護裝置，如過載保護、漏電保護、過壓保護等；采用安全可靠的電氣控制系統(tǒng)，防止電氣故障引發(fā)危險；對機械結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，避免運動部件對操作人員造成傷害；設(shè)置緊急停止按鈕等應(yīng)急裝置，以便在突發(fā)情況下能迅速停止系統(tǒng)運行。1.首先根據(jù)功率公式P=UI，可得I=P/U。已知電動機額定功率Pn=5kW，效率η=85%，系統(tǒng)輸出功率P=4kW，則電動機輸入功率P入=P/η=4/0.85≈4.7kW。又因為P入=UI，假設(shè)電壓U=220V，則電流I=P入/U=4700/220≈21.4A。再根據(jù)轉(zhuǎn)速公式n=60f/p，對于直流電動機，轉(zhuǎn)速與功率和負載有關(guān)，在負載變化時，轉(zhuǎn)速會有所波動。根據(jù)功率平衡關(guān)系，可大致估算此時轉(zhuǎn)速會略低于額定轉(zhuǎn)速1500r/min。2.自動洗衣機的控制系統(tǒng)工作原理：通過傳感器檢測衣物重量、水位、水溫等信息，將這些信號傳輸給控制器?？刂破鞲鶕?jù)預(yù)設(shè)的程序，控制進水閥、排水閥、電機等執(zhí)行部件的動作。例如，根據(jù)衣物重量確定合適的水位，根據(jù)水溫選擇合適的洗滌模式?？刂七^程：首先啟動洗衣機，傳感器檢測初始狀態(tài)信息并反饋給控制器，控制器根據(jù)程序發(fā)出指令，打開進水閥進水，達到設(shè)定水位后，啟動電機帶動波輪轉(zhuǎn)動進行洗滌，洗滌過程中根據(jù)需要調(diào)整電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向，洗滌完成后，打開排水閥排水，最后脫水并完成整個洗衣過程。設(shè)計：電氣原理圖如下：主電路中，三相電源經(jīng)空氣開關(guān)接入接觸器主觸頭，接觸器主觸頭再連接到三相異步電動機?？刂齐娐分?，PLC的輸出端連接接觸器線圈，PLC的輸入端連接熱繼電器常閉觸點（用于過載保護）和熔斷器（用于短路保護）?？刂七^程：當按下正轉(zhuǎn)按鈕時，PLC輸出信號使正轉(zhuǎn)接觸器線圈得電，電動機正轉(zhuǎn)；按下反轉(zhuǎn)按鈕，PLC輸出信號使反轉(zhuǎn)接觸器線圈得電，電動機反轉(zhuǎn)。當電動機過載時，熱繼電器動作，其常閉觸點斷開，PLC輸入端信號變化，停止電動機運行。當電路短路時，熔斷器熔斷，切斷電路?？傮w設(shè)計思路：機械結(jié)構(gòu)方面，設(shè)計合理的輸送機構(gòu)、裝配工位等，確保產(chǎn)品能夠順利在各工位流轉(zhuǎn)?？刂葡到y(tǒng)采用PLC或工控機進行集中控制，實現(xiàn)對各執(zhí)行部件