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2025年大学机械设计制造及其自动化（机电控制系统）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
（总共10题，每题3分，每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，请将正确答案填在括号内）

1. 机电控制系统中，反馈环节的主要作用是（ ）
A. 对输入信号进行放大 B. 提高系统的稳定性 C. 将输出信号送回输入端与输入信号比较 D. 改变系统的结构
答案：C

2. 以下哪种控制方式不属于机电控制系统的基本控制方式（ ）
A. 开环控制 B. 闭环控制 C. 复合控制 D. 智能控制
答案：D

3. 机电控制系统中，传感器的作用是（ ）
A. 对被控对象进行控制 B. 将被控量转换为电信号 C. 实现系统的逻辑运算 D. 提供系统的动力
答案：B

4. 步进电机的步距角精度主要取决于（ ）
A. 电机的相数 B. 电机的通电方式 C. 控制脉冲的频率 D. 控制脉冲的数量
答案：B

5. 直流伺服电机的调速方法不包括（ ）
A. 改变电枢电压 B. 改变励磁电流 C. 改变电机的极对数 D. 改变电枢回路电阻
答案：C

6. PID控制器中，积分环节的作用是（ ）
A. 加快系统的响应速度 B. 消除系统的稳态误差 C. 提高系统的稳定性 D. 抑制系统的干扰
答案：B

7. 机电控制系统中，执行元件的作用是（ ）
A. 对被控对象进行控制 B. 将电信号转换为机械能 C. 实现系统的信号处理 D. 提供系统的能源
答案：B

8. 以下哪种传感器不属于位置传感器（ ）
A. 光电编码器 B. 光栅尺 C. 热电偶 D. 磁电式传感器
答案：C

9. 机电控制系统的稳定性是指系统在受到干扰作用后（ ）
A. 能迅速恢复到原来的平衡状态 B. 能保持原有的运动状态 C. 输出量能在一定范围内波动 D. 输出量能不断增大
答案：A

第II卷（非选择题 共70分）

二、填空题（每题3分，共15分）
1. 机电控制系统一般由______环节、______环节、______环节和______环节组成。
答案：控制、检测、执行、被控对象

2. 开环控制系统的特点是系统的输出量对系统的控制作用______影响。
答案：没有

3. 闭环控制系统是根据______信号与______信号比较后的偏差进行控制的。
答案：输出、输入

4. 传感器的静态特性指标主要有______、______、______和______等。
答案：精度、重复性、线性度、灵敏度

5. 直流电动机的调速方法有______调速、______调速和______调速。
答案：电枢电压、电枢回路电阻、弱磁

三、简答题（每题10分，共30分）
1. 简述机电控制系统的组成及各部分的作用。
答案：机电控制系统一般由控制环节、检测环节、执行环节和被控对象组成。控制环节产生控制信号，对系统进行指挥；检测环节将被控量等信号检测出来并反馈给控制环节；执行环节根据控制信号将其转换为机械能等对被控对象进行操作；被控对象是被控制的对象，在执行环节作用下实现预期的运动或工作。

2. 说明PID控制器中比例、积分、微分环节的作用及特点。
答案：比例环节能快速响应偏差，使系统输出迅速跟随输入变化，但不能消除稳态误差。积分环节能消除稳态误差，通过对偏差的积分作用不断调整输出，让系统最终达到无差状态，但会使系统响应速度变慢。微分环节能反映偏差变化的趋势，提前对系统进行调整，加快系统的响应速度，增强系统的稳定性，但对高频干扰敏感。

3. 简述步进电机的工作原理及特点。
答案：步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的执行元件。工作原理是当给步进电机的绕组输入一个电脉冲信号时，电机的转子就转过一个固定的角度。特点有步距角精度高、控制简单、位置控制准确、无累积误差、响应速度快等，但效率较低、带负载能力有限。

四、分析题（每题12分，共24分）
材料：某机电控制系统采用闭环控制方式，被控对象为一个电机，通过控制电机的转速来实现对生产线上产品的输送速度控制。系统中采用了转速传感器检测电机转速，将转速信号反馈给控制器，控制器根据设定转速与反馈转速比较后的偏差进行控制。
1. 分析该系统中传感器、控制器、执行元件分别是什么？
答案：传感器是转速传感器，用于检测电机转速并将其转换为电信号反馈给控制器。控制器根据设定转速与反馈转速的偏差进行控制运算，输出控制信号。执行元件是电机，根据控制器输出的控制信号改变转速，从而实现对产品输送速度的控制。

2. 若系统出现转速波动较大的情况，分析可能的原因及解决措施。
答案：可能原因：传感器精度不够，导致反馈信号不准确；控制器参数设置不合理，如比例、积分、微分系数不合适；电机负载不稳定等。解决措施：更换高精度的转速传感器；重新调整控制器参数，通过实验找到合适的比例、积分、微分系数；检查电机负载情况，确保负载稳定或采取相应的负载调节措施。

五、设计题（1分，共1分）
材料：设计一个简单的机电控制系统，用于控制一个水箱的水位。要求当水位低于下限水位时，水泵自动启动向水箱注水；当水位高于上限水位时，水泵自动停止。
请设计该控制系统的组成框图，并说明各部分的作用。
答案：控制系统组成框图：水位传感器→控制器→继电器→水泵。水位传感器检测水箱水位，将水位信号传送给控制器。控制器根据水位信号与设定的上下限水位比较，当水位低于下限水位时，输出启动信号给继电器；当水位高于上限水位时，输出停止信号给继电器。继电器根据控制器信号控制水泵的启动和停止。