2025年大学（机械电子工程）机电控制工程综合试题及解析.doc

2025年大学（机械电子工程）机电控制工程综合试题及解析

（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：本卷共6题，每题5分。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在括号内。

1. 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. 传递动力 B. 改变运动形式 C. 提高系统稳定性 D. 存储能量
2. 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
3. 直流伺服电动机的调速方法不包括（ ）
A. 改变电枢电压 B. 改变励磁电流 C. 改变电枢回路电阻 D. 改变磁极对数
4. 以下关于PLC编程语言的说法，错误的是（ ）
A. 梯形图是最常用的编程语言 B. 指令表编程简洁，适合复杂逻辑 C. 功能块图适合描述数字电路逻辑 D. 顺序功能图用于实现顺序控制
5. 在机电一体化系统设计中，考虑系统可靠性的主要措施不包括（ ）
A. 冗余设计 B. 容错设计 C. 降额设计 D. 优化外观设计
6. 以下哪种控制算法不属于智能控制算法（ ）
A. 模糊控制 B. 神经网络控制 C. PID控制 D. 遗传算法控制

第II卷（非选择题 共70分）
7. （10分）简述机电一体化系统的组成部分及其相互关系。
8. （15分）分析光电编码器的工作原理，并说明其在机电一体化系统中的应用。
9. （15分）阐述直流伺服电动机的调速特性及调速方法的优缺点。
10. （15分）材料：某机电一体化设备在运行过程中出现故障，经检测发现是控制系统中的一个关键环节出现问题。该环节采用了PLC进行控制，输入信号正常，但输出信号异常。已知该PLC程序采用梯形图编写，包含多个逻辑块。问题：请分析可能导致输出信号异常的原因，并提出解决方法。
11. （15分）材料：在设计一个机电一体化的自动化生产线时，需要考虑多个因素。例如，生产线上有多个工位，每个工位需要完成不同的加工任务，并且要保证整个生产线的高效、稳定运行。已知该生产线采用了多种传感器进行检测，包括位置传感器、速度传感器等，同时使用了PLC进行集中控制。问题：请设计一个简单的控制方案，说明如何根据传感器检测信号实现各工位的协同工作，以提高生产线的整体性能。

答案：
1. D
2. D
3. D
4. B
5. D
6. C
7. 机电一体化系统由机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感器部分、控制及信息处理单元等组成。机械本体为系统提供支撑和基础；动力与驱动部分提供动力；执行机构完成具体工作任务；传感器检测各种物理量并反馈给控制单元；控制及信息处理单元根据传感器信号和设定要求进行运算处理，发出控制指令，协调各部分工作，使系统实现预期功能。
8. 光电编码器由光源、码盘、检测光栅、光电检测元件和转换电路组成。其工作原理是通过光电转换，将码盘上的角位移或直线位移信息转化为电信号。在机电一体化系统中，常用于测量转速、转角、位置等，如在数控机床的坐标轴定位控制、工业机器人的关节运动控制等方面，为系统提供精确的位置和速度反馈信号，以实现精确控制。
9. 直流伺服电动机的调速特性：改变电枢电压调速范围宽、调速平滑性好；改变电枢回路电阻调速方法简单但效率低、调速范围小；改变励磁电流调速可实现恒功率调速，但调速范围有限。改变电枢电压调速优点是调速性能好，缺点是需要专门的调压装置；改变电枢回路电阻调速优点是简单，缺点是能耗大、调速范围窄；改变励磁电流调速优点是可实现恒功率调速，缺点是调速范围受限。
10. 可能原因：梯形图逻辑错误，如触点或线圈状态设置错误；PLC硬件故障，如输出模块损坏；输入信号干扰导致程序误判。解决方法：仔细检查梯形图逻辑，逐一排查每个逻辑块；更换故障的输出模块；检查输入信号线路，采取抗干扰措施，如滤波、屏蔽等，必要时修改程序逻辑以增强抗干扰能力。
11. 首先，位置传感器实时检测各工位的位置信息并反馈给PLC。当一个工位完成加工任务后，位置传感器检测到该工位到达指定位置，将信号传至PLC。PLC根据预设程序，判断当前工位任务完成且下一工位准备就绪，发出指令使执行机构驱动工件或工具转移至下一工位。速度传感器监测生产线运行速度，若速度异常，PLC调整驱动部分的速度设定，确保各工位协同工作，维持生产线高效稳定运行。