2025年機(jī)械電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)大賽試卷及答案考試時(shí)長(zhǎng)：120分鐘滿分：100分考核對(duì)象：機(jī)械電子工程及相關(guān)專業(yè)學(xué)生、行業(yè)從業(yè)者題型分值分布：-判斷題（總共10題，每題2分）總分20分-單選題（總共10題，每題2分）總分20分-多選題（總共10題，每題2分）總分20分-案例分析（總共3題，每題6分）總分18分-論述題（總共2題，每題11分）總分22分總分：100分---一、判斷題（每題2分，共20分）1.機(jī)械電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則是模塊化、集成化和智能化。2.伺服電機(jī)在機(jī)械電子系統(tǒng)中主要用于低速、高精度的位置控制。3.PLC（可編程邏輯控制器）在工業(yè)自動(dòng)化中只能進(jìn)行邏輯控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)算。4.傳感器在機(jī)械電子系統(tǒng)中的作用是采集環(huán)境或機(jī)械狀態(tài)信息。5.機(jī)械電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程通常包括需求分析、系統(tǒng)建模、仿真驗(yàn)證和實(shí)物實(shí)現(xiàn)。6.有限元分析（FEA）主要用于機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜態(tài)強(qiáng)度校核。7.CAN總線在汽車電子系統(tǒng)中用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，具有高可靠性和抗干擾能力。8.機(jī)械電子系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)通常通過(guò)冗余備份和故障診斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。9.機(jī)器人關(guān)節(jié)的伺服控制通常采用閉環(huán)控制方式。10.機(jī)械電子系統(tǒng)的能耗優(yōu)化主要通過(guò)提高電機(jī)效率和使用節(jié)能算法實(shí)現(xiàn)。二、單選題（每題2分，共20分）1.下列哪種傳感器主要用于檢測(cè)物體的位移？A.溫度傳感器B.光電編碼器C.壓力傳感器D.濕度傳感器2.機(jī)械電子系統(tǒng)中的“集成化”主要體現(xiàn)在？A.機(jī)械部件的緊湊布局B.電子元件的高度集成C.軟硬件的協(xié)同工作D.系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)3.伺服電機(jī)的反饋控制通常采用？A.電壓控制B.電流控制C.位置/速度反饋D.頻率控制4.PLC在工業(yè)自動(dòng)化中的主要優(yōu)勢(shì)是？A.高速運(yùn)算能力B.強(qiáng)大的邏輯控制能力C.優(yōu)異的信號(hào)處理能力D.低成本設(shè)計(jì)5.機(jī)械電子系統(tǒng)的“模塊化”設(shè)計(jì)主要目的是？A.減少系統(tǒng)復(fù)雜性B.提高系統(tǒng)成本C.增加系統(tǒng)重量D.降低系統(tǒng)可靠性6.有限元分析（FEA）在機(jī)械電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是？A.電路仿真B.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核C.控制算法設(shè)計(jì)D.電機(jī)選型7.CAN總線在汽車電子系統(tǒng)中的主要優(yōu)勢(shì)是？A.高速傳輸B.低成本C.抗干擾能力強(qiáng)D.以上都是8.機(jī)械電子系統(tǒng)的“可靠性”設(shè)計(jì)通常通過(guò)？A.減少系統(tǒng)部件B.提高單個(gè)部件性能C.冗余備份和故障診斷D.簡(jiǎn)化控制邏輯9.機(jī)器人關(guān)節(jié)的伺服控制通常采用？A.開(kāi)環(huán)控制B.閉環(huán)控制C.模糊控制D.預(yù)測(cè)控制10.機(jī)械電子系統(tǒng)的“能耗優(yōu)化”主要通過(guò)？A.提高電機(jī)效率B.使用節(jié)能算法C.減少系統(tǒng)負(fù)載D.以上都是三、多選題（每題2分，共20分）1.機(jī)械電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則包括？A.模塊化B.集成化C.智能化D.可靠性E.低成本2.伺服電機(jī)在機(jī)械電子系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景包括？A.機(jī)器人關(guān)節(jié)控制B.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給控制C.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)D.家電設(shè)備驅(qū)動(dòng)E.傳感器數(shù)據(jù)采集3.PLC在工業(yè)自動(dòng)化中的主要功能包括？A.邏輯控制B.數(shù)據(jù)采集C.運(yùn)算處理D.通信控制E.人機(jī)交互4.機(jī)械電子系統(tǒng)中的傳感器類型包括？A.位置傳感器B.力矩傳感器C.溫度傳感器D.壓力傳感器E.光電傳感器5.機(jī)械電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程通常包括？A.需求分析B.系統(tǒng)建模C.仿真驗(yàn)證D.實(shí)物實(shí)現(xiàn)E.成本核算6.有限元分析（FEA）在機(jī)械電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用包括？A.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核B.熱分析C.流體分析D.模態(tài)分析E.頻率響應(yīng)分析7.CAN總線在汽車電子系統(tǒng)中的應(yīng)用包括？A.車輛控制單元通信B.傳感器數(shù)據(jù)傳輸C.娛樂(lè)系統(tǒng)控制D.車輛診斷E.車載網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展8.機(jī)械電子系統(tǒng)的“可靠性”設(shè)計(jì)方法包括？A.冗余備份B.故障診斷C.系統(tǒng)降級(jí)D.環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)E.維護(hù)優(yōu)化9.機(jī)器人關(guān)節(jié)的伺服控制通常涉及？A.位置控制B.速度控制C.力矩控制D.控制算法E.反饋系統(tǒng)10.機(jī)械電子系統(tǒng)的“能耗優(yōu)化”方法包括？A.高效電機(jī)選型B.節(jié)能算法設(shè)計(jì)C.系統(tǒng)負(fù)載匹配D.能源回收利用E.控制策略優(yōu)化四、案例分析（每題6分，共18分）案例1：工業(yè)機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)某工業(yè)機(jī)械臂用于自動(dòng)化生產(chǎn)線上的工件抓取與放置，要求抓取精度±0.1mm，速度0.5m/s，負(fù)載5kg。系統(tǒng)需采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，PLC控制，并配備力矩傳感器和位置傳感器。請(qǐng)回答：（1）該機(jī)械臂的伺服控制應(yīng)采用何種控制方式？為什么？（2）PLC在該系統(tǒng)中的作用是什么？（3）力矩傳感器和位置傳感器的數(shù)據(jù)如何用于系統(tǒng)優(yōu)化？案例2：汽車電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)某新能源汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用CAN總線通信，包含發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）、電機(jī)控制器（MCU）和電池管理系統(tǒng)（BMS）。系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和故障診斷。請(qǐng)回答：（1）CAN總線的優(yōu)勢(shì)是什么？為什么適合汽車電子系統(tǒng)？（2）若ECU與MCU之間通信中斷，可能的原因有哪些？（3）如何通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提高該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性？案例3：智能家居機(jī)械電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)某智能家居系統(tǒng)包含智能窗簾、自動(dòng)門(mén)鎖和溫控系統(tǒng)，需采用傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過(guò)單片機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。請(qǐng)回答：（1）該系統(tǒng)中的傳感器類型有哪些？各自的作用是什么？（2）若系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，應(yīng)如何設(shè)計(jì)通信模塊？（3）如何通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)降低能耗？五、論述題（每題11分，共22分）論述題1：機(jī)械電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的模塊化與集成化請(qǐng)論述機(jī)械電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中模塊化與集成化的概念、優(yōu)勢(shì)及實(shí)現(xiàn)方法，并結(jié)合實(shí)際案例說(shuō)明其應(yīng)用價(jià)值。論述題2：機(jī)械電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的可靠性設(shè)計(jì)請(qǐng)論述機(jī)械電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可靠性設(shè)計(jì)的重要性，并分析常見(jiàn)的可靠性設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合實(shí)際案例說(shuō)明如何通過(guò)設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)可靠性。---標(biāo)準(zhǔn)答案及解析一、判斷題1.√2.√3.×（PLC可進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算）4.√5.√6.×（FEA可用于動(dòng)態(tài)分析等）7.√8.√9.√10.√解析：-第3題錯(cuò)誤，PLC可進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。-第6題錯(cuò)誤，F(xiàn)EA可用于動(dòng)態(tài)、熱分析等。二、單選題1.B2.C3.C4.B5.A6.B7.D8.C9.B10.D解析：-第1題，光電編碼器用于位移檢測(cè)。-第7題，CAN總線綜合了高速、低成本、抗干擾等優(yōu)勢(shì)。三、多選題1.A,B,C,D2.A,B,C,D3.A,B,C,D,E4.A,B,C,D,E5.A,B,C,D,E6.A,B,D,E7.A,B,D,E8.A,B,D,E9.A,B,C,D,E10.A,B,C,D,E解析：-第1題，模塊化、集成化、智能化、可靠性是核心原則。-第6題，F(xiàn)EA可用于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、模態(tài)分析等。四、案例分析案例1（1）閉環(huán)控制，通過(guò)反饋修正誤差，保證精度。（2）PLC實(shí)現(xiàn)邏輯控制、數(shù)據(jù)采集和通信，協(xié)調(diào)各模塊。（3）力矩傳感器用于防碰撞，位置傳感器用于精確定位，數(shù)據(jù)用于動(dòng)態(tài)調(diào)整。解析：-閉環(huán)控制可實(shí)時(shí)修正誤差，適合高精度要求。-PLC是工業(yè)控制核心，協(xié)調(diào)各模塊。案例2（1）CAN總線優(yōu)勢(shì)：高可靠性、抗干擾、低成本，適合汽車多節(jié)點(diǎn)通信。（2）可能原因：線路故障、ECU/MCU故障、通信協(xié)議錯(cuò)誤。（3）冗余設(shè)計(jì)、故障診斷、通信加密提高可靠性。解析：-CAN總線適合汽車環(huán)境，需考慮故障容忍性。案例3（1）傳感器類型：光敏、溫濕度、人體感應(yīng)，分別用于環(huán)境監(jiān)測(cè)和觸發(fā)。（2）設(shè)計(jì)Wi-Fi或藍(lán)牙通信模塊，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP控制。（3）采用低功耗設(shè)計(jì)、定時(shí)任務(wù)優(yōu)化能耗。解析：-智能家居需低成本、低功耗設(shè)計(jì)。五、論述題論述題1模塊化通過(guò)分解系統(tǒng)為獨(dú)立模塊，降低復(fù)雜度；集成化通過(guò)協(xié)同模塊，提升整體性能。優(yōu)勢(shì)：可擴(kuò)展、易維護(hù)。案例：