2025年大学机电技术应用（机电系统设计）试题及答案.doc

2025年大学机电技术应用（机电系统设计）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）
答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共10题，每题3分)
w1. 机电一体化系统中，机械传动部件的作用不包括以下哪一项？（ ）
A. 传递能量
B. 传递运动
C. 提高系统稳定性
D. 改变运动形式
w2. 以下哪种传感器不属于位置传感器？（ ）
A. 光栅尺
B. 磁电式传感器
C. 光电编码器
D. 超声波传感器
w3. 机电一体化系统设计中，优化系统性能的关键环节是（ ）
A. 总体设计
B. 详细设计
C. 接口设计
D. 可靠性设计
w4. 步进电机的步距角精度主要取决于（ ）
A. 电机的制造工艺
B. 驱动电源的性能
C. 负载的大小
D. 控制系统的精度
w5. 在机电一体化系统中，PID控制器属于（ ）
A. 开环控制系统
B. 闭环控制系统
C. 复合控制系统
D. 智能控制系统
w6. 以下哪种传动方式具有传动效率高、结构紧凑的特点？（ ）
A. 带传动
B. 链传动
C. 齿轮传动
D. 蜗杆传动
w7. 机电一体化系统的核心是（ ）
A. 机械本体
B. 传感器
C. 控制器
D. 执行元件
w8. 工业机器人的手臂通常采用（ ）结构。
A. 串联
B. 并联
C. 混联
D. 复合联
w9. 以下哪种材料常用于制造机电一体化系统中的弹性元件？（ ）
A. 铝合金
B. 铜合金
C. 弹簧钢
D. 不锈钢
w10. 机电一体化系统设计时，应遵循的首要原则是（ ）
A. 实用性原则
B. 可靠性原则
C. 经济性原则
D. 创新性原则

第II卷（非选择题 共70分）
w11. （10分）简述机电一体化系统的组成部分及其相互关系。

w12. （15分）说明传感器在机电一体化系统中的作用，并举例说明几种常见传感器的工作原理。

w13. （15分）材料：某机电一体化产品需要实现精确的位置控制，采用步进电机作为执行元件。已知步进电机的步距角为1.8°，要求系统的定位精度达到±0.05mm。问题：若丝杆的导程为5mm，计算需要多少个脉冲才能实现±0.05mm的位移？并简述提高步进电机定位精度的方法。

w14. （15分）材料：在一个自动化生产线上，需要设计一个机电一体化控制系统来控制物料的输送和加工过程。该生产线包括输送带、加工设备和检测装置等。问题：请设计一个简单的控制系统方案，说明系统的组成部分、工作原理以及各部分之间的协调配合。

w15. （15分）材料：某企业计划开发一款新型的机电一体化产品，要求产品具有高效、节能、智能化等特点。问题：请阐述在产品设计过程中，如何综合考虑机械、电子、控制等多方面因素，以实现产品的性能目标，并举例说明可能采用的技术手段。

答案：
w1.C
w2.D
w3.A
w4.A
w5.B
w6.C
w7.C
w8.A
w9.C
w10.A
w11.机电一体化系统由机械本体、传感器、控制器、执行元件和接口等部分组成。机械本体提供支撑和运动基础；传感器检测系统的各种参数；控制器根据传感器信号进行分析处理并发出控制指令；执行元件执行控制器的指令实现相应动作；接口则实现各部分之间的信息传递和匹配。它们相互协作，共同完成系统的功能。
w12.传感器在机电一体化系统中用于检测各种物理量、化学量和生物量等，并将其转换为电信号，为系统提供信息。常见传感器如光电编码器，通过光电转换原理，将轴的旋转角度或速度转换为脉冲信号；应变片利用应变与电阻变化的关系，测量力等物理量引起的应变。
w13.丝杆导程为5mm，步距角为1.8°，则每个脉冲的位移为5×1.8°/360° = 0.025mm。实现±0.05mm位移需要的脉冲数为0.05/0.025 = 2个脉冲。提高步进电机定位精度的方法有：采用细分电路提高步距角分辨率；优化机械传动部件减少传动误差；提高控制系统的精度和稳定性。
w14.控制系统由控制器、传感器、执行器等组成。传感器检测物料位置和加工状态等信号传至控制器，控制器分析处理后发出指令给执行器控制输送带速度、加工设备启停等。例如物料到达指定位置，位置传感器检测到信号传至控制器，控制器控制输送带停止，启动加工设备进行加工，加工完成检测装置检测合格后，控制器控制输送带继续输送成品。
w15.在设计过程中，机械方面要优化结构减轻重量提高效率；电子方面选择高性能芯片和元件实现智能化控制；控制方面采用先进控制算法实现精确控制。如采用新型复合材料制造机械部件减轻重量；利用智能功率模块提高电能转换效率；运用模糊控制算法实现节能和高效运行。