机械工程自动化系统设计知识点练习题集

机械工程自动化系统设计知识点练习题集姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、单选题1.机械工程自动化系统中，PLC的主要功能是？

A.数据采集

B.输出控制

C.逻辑控制

D.上述所有

2.机械工程自动化系统中，什么是SCADA系统的核心组成部分？

A.人机界面

B.数据采集系统

C.控制器

D.以上都是

3.传感器在自动化系统中主要起到什么作用？

A.信号检测

B.信息处理

C.输出控制

D.上述都是

4.以下哪个不属于执行器的基本类型？

A.电动执行器

B.气动执行器

C.液压执行器

D.电气执行器

5.机械设备自动化中的伺服控制系统，其主要控制对象是什么？

A.机械运动速度

B.机械位置

C.机械温度

D.机械压力

6.在机械工程自动化中，PID控制器的参数整定方法不包括哪一项？

A.ZieglerNichols方法

B.比例积分微分（PID）调节

C.实验法

D.临界比例法

7.以下哪一项不是工业技术发展的主要趋势？

A.精密定位

B.人工智能与结合

C.无人驾驶技术

D.可穿戴技术

8.机电一体化设计中，什么是嵌入式系统？

A.一种基于微处理器的电子系统

B.一种独立于计算机系统的智能系统

C.一种集成多种电子组件的系统

D.一种用于控制工业设备的系统

答案及解题思路：

1.答案：D

解题思路：可编程逻辑控制器（PLC）是一种专门为工业环境设计的数字运算控制器，其主要功能包括数据采集、输出控制和逻辑控制。

2.答案：D

解题思路：SCADA系统是一种监控与控制工业过程的数据采集和监视系统，其核心组成部分包括人机界面、数据采集系统和控制器。

3.答案：D

解题思路：传感器在自动化系统中主要负责信号检测、信息处理和输出控制，是保证系统正常运行的关键。

4.答案：D

解题思路：执行器的基本类型包括电动执行器、气动执行器和液压执行器，电气执行器并非基本类型。

5.答案：B

解题思路：伺服控制系统主要用于控制机械设备的运动位置，以保证精确的定位和稳定运行。

6.答案：B

解题思路：PID控制器是一种常用的工业控制系统，其参数整定方法包括ZieglerNichols方法、实验法和临界比例法。

7.答案：C

解题思路：工业技术发展的主要趋势包括精密定位、人工智能与结合和无人驾驶技术，可穿戴技术并非其中之一。

8.答案：A

解题思路：嵌入式系统是一种基于微处理器的电子系统，广泛应用于各种工业设备和智能设备。二、多选题1.机械工程自动化系统常用传感器有哪些？

A.温度传感器

B.压力传感器

C.位移传感器

D.流量传感器

E.光电传感器

F.声波传感器

G.红外传感器

H.振动传感器

2.下列哪些是机械工程自动化系统中常见的控制系统？

A.PLC（可编程逻辑控制器）

B.DCS（分布式控制系统）

C.SCADA（监控与数据采集系统）

D.HMI（人机界面）

E.PID控制器

F.FMS（柔性制造系统）

G.CAPP（计算机辅助工艺过程规划）

H.CAM（计算机辅助制造）

3.以下哪些是机械工程自动化系统设计中的关键技术？

A.系统集成技术

B.优化设计技术

C.网络通信技术

D.软件开发技术

E.安全防护技术

F.人机交互技术

G.故障诊断技术

H.能源管理技术

4.机械工程自动化系统中，常用的数据通信技术有哪些？

A.CAN总线

B.Modbus

C.Profibus

D.EtherCAT

E.TCP/IP

F.RS232

G.RS485

H.WiFi

5.以下哪些是工业的基本功能？

A.重复定位

B.高精度操作

C.自动编程

D.多关节运动

E.触觉反馈

F.仿真与离线编程

G.安全防护

H.智能决策

答案及解题思路：

1.答案：A,B,C,D,E,F,G,H

解题思路：机械工程自动化系统中，常用的传感器涵盖了检测各种物理量的需求，上述选项均属于常见传感器类型。

2.答案：A,B,C,D,E,F,G,H

解题思路：控制系统是自动化系统的核心，上述选项中的控制系统在机械工程自动化系统中应用广泛。

3.答案：A,B,C,D,E,F,G,H

解题思路：机械工程自动化系统设计涉及多个关键技术，上述选项涵盖了系统设计的关键技术领域。

4.答案：A,B,C,D,E,F,G,H

解题思路：数据通信技术在自动化系统中，上述选项列出了常用的数据通信技术。

5.答案：A,B,C,D,E,F,G,H

解题思路：工业的基本功能包括其核心操作和辅助功能，上述选项全面反映了工业的基本功能。三、判断题1.机械工程自动化系统中的可编程逻辑控制器（PLC）具有抗干扰能力强的特点。（）

答案：√

解题思路：可编程逻辑控制器（PLC）在机械工程自动化系统中扮演着核心控制的角色。由于其设计目的在于工业环境中的稳定运行，因此PLC通常具备较强的抗干扰能力，能够在电磁干扰、温度变化等不利条件下正常工作。

2.在机械工程自动化系统中，传感器信号调理模块的主要作用是放大和滤波信号。（）

答案：√

解题思路：传感器信号调理模块在机械工程自动化系统中对传感器输出的信号进行处理，其主要任务包括放大信号至合适的范围，以及通过滤波去除噪声，以便后续的控制系统能够准确接收和处理这些信号。

3.执行器在机械工程自动化系统中负责将控制信号转换为机械动作。（）

答案：√

解题思路：执行器是机械工程自动化系统中将电信号转换为机械运动的装置。它接收控制信号，并驱动机械部件完成预定的动作，如电机、液压缸等，从而实现对设备的控制。

4.机械工程自动化系统中的伺服控制系统可以实现对多轴运动的精确控制。（）

答案：√

解题思路：伺服控制系统是一种用于精确控制机械运动的系统，它能够通过反馈机制对多轴运动进行精确的跟踪和调节，保证各个轴的运动同步和精确，适用于要求高精度定位和运动的机械工程自动化系统。

5.在机械工程自动化中，嵌入式系统可以应用于各种自动化控制场合。（）

答案：√

解题思路：嵌入式系统由于其集成度高、可靠性好、功耗低等特点，广泛应用于机械工程自动化中的各种控制场合。它们可以嵌入到控制器中，执行复杂的控制算法，实现对自动化设备的智能控制。四、简答题1.简述机械工程自动化系统的组成及其功能。

答案：

机械工程自动化系统由以下几个主要部分组成：

传感器：检测各种物理量并转化为电信号。

控制器：根据预设程序或反馈信息，指挥执行机构动作。

执行机构：根据控制器指令进行机械运动或执行其他操作。

人机界面：用于监控系统运行状态和操作控制。

功能：

自动完成生产或加工过程，提高效率。

实现高精度和高稳定性作业。

节能降耗，提高能源利用率。

提高劳动生产率和安全性。

解题思路：

首先概述机械工程自动化系统的组成部分，然后分别阐述各个部分的功能，最后总结系统的整体功能和作用。

2.介绍PLC控制系统在机械工程自动化中的应用。

答案：

PLC（可编程逻辑控制器）控制系统在机械工程自动化中的应用包括：

设备自动控制：通过编程实现对生产线的自动监控和调度。

生产线自动化：实现生产线上的物料搬运、组装、检测等功能。

数据采集与分析：对生产数据进行实时采集，进行分析处理。

故障诊断：对生产线设备进行实时监测，诊断故障。

系统集成：与其他控制系统（如SCADA、DCS等）实现数据交互。

解题思路：

首先简述PLC控制系统的概念，然后列举其在机械工程自动化中的应用，包括设备控制、生产线自动化、数据采集与分析、故障诊断和系统集成等方面。

3.简述伺服控制系统在机械工程自动化中的应用及特点。

答案：

伺服控制系统在机械工程自动化中的应用包括：

控制：实现对的精确定位和动作控制。

生产线自动化：提高生产线的精度和速度。

柔性加工：实现不同产品规格的快速切换。

特点：

高精度：定位精度可达微米级别。

高速度：响应速度快，可达毫秒级。

高稳定性：系统稳定，抗干扰能力强。

可编程性：通过软件编程，适应不同应用需求。

解题思路：

首先简述伺服控制系统的应用领域，然后介绍其特点，包括精度、速度、稳定性、可编程性等方面。

4.分析传感器在机械工程自动化系统中的作用。

答案：

传感器在机械工程自动化系统中的作用包括：

测量与监测：获取生产过程中各种物理量（如温度、压力、速度等）。

反馈控制：将测量结果反馈给控制器，调整控制策略。

保护与安全：监测设备状态，防止发生。

数据采集：为系统优化和改进提供数据支持。

解题思路：

首先概述传感器的作用，然后分别阐述其在测量与监测、反馈控制、保护与安全、数据采集等方面的作用。

5.说明嵌入式系统在机电一体化设计中的重要性。

答案：

嵌入式系统在机电一体化设计中的重要性体现在以下方面：

实现智能化控制：通过集成传感器、处理器、存储器等元件，实现对机械设备的智能控制。

提高系统集成度：简化机械系统结构，提高整体功能。

适应性强：针对不同应用需求，可灵活配置系统功能。

系统小型化：降低设备体积和功耗，提高便携性。

解题思路：

首先说明嵌入式系统在机电一体化设计中的应用，然后从实现智能化控制、提高系统集成度、适应性强、系统小型化等方面阐述其重要性。五、论述题1.结合实际应用，论述机械工程自动化系统中控制系统的发展趋势。

（1）发展趋势概述

a.从传统自动化控制系统向智能化控制系统发展

b.控制系统集成化与网络化

c.高精度、高可靠性

d.系统的优化与节能

（2）具体案例分析

a.生产线自动化控制系统的智能化升级

b.控制系统的发展与应用

c.工业过程控制系统的发展与优化

（3）对未来发展趋势的展望

2.分析机械工程自动化系统中嵌入式系统的设计要点及其应用。

（1）设计要点

a.硬件设计

i.选择合适的微控制器

ii.电路设计优化

iii.功耗控制

b.软件设计

i.系统架构设计

ii.实时操作系统（RTOS）的应用

iii.软件可靠性设计

（2）嵌入式系统的应用

a.工业控制领域

b.领域

c.智能家居领域

答案及解题思路：

1.答案：

（1）发展趋势概述

a.机械工程自动化系统中的控制系统正朝着智能化、集成化、高精度、高可靠性以及优化与节能的方向发展。

b.案例分析中，生产线自动化控制系统的智能化升级、控制系统的发展与应用以及工业过程控制系统的发展与优化等，均体现了控制系统的发展趋势。

c.未来发展趋势包括人工智能、大数据、云计算等技术的融合应用，实现自动化系统的自我学习和优化。

（2）具体案例分析

a.生产线自动化控制系统的智能化升级：通过引入人工智能算法，实现对生产过程的实时监控和优化，提高生产效率和质量。

b.控制系统的发展与应用：采用视觉识别、深度学习等技术，提高对环境适应能力和操作精度。

c.工业过程控制系统的发展与优化：利用大数据分析和人工智能技术，实现对生产过程的实时分析和优化，降低能耗和成本。

（3）对未来发展趋势的展望

未来，控制系统将更加智能化、网络化，与人工智能、大数据、云计算等技术深度融合，实现自动化系统的自我学习和优化。

2.答案：

（1）设计要点

a.硬件设计

i.选择合适的微控制器：根据应用场景，选择高功能、低功耗的微控制器。

ii.电路设计优化：优化电路布局，提高电路稳定性，降低功耗。

iii.功耗控制：采用低功耗器件，优化电路设计，降低系统功耗。

b.软件设计

i.系统架构设计：根据应用需求，设计合理的系统架构，提高系统可扩展性和稳定性。

ii.实时操作系统（RTOS）的应用：采用RTOS技术，提高系统实时性和可靠性。

iii.软件可靠性设计：采用模块化设计，提高软件可靠性，降低故障率。

（2）嵌入式系统的应用

a.工业控制领域：用于生产线自动化控制、过程监控、设备控制等。

b.领域：用于控制系统、视觉识别、运动控制等。

c.智能家居领域：用于家电控制、环境监测、安全防护等。

解题思路：

1.答案中首先概述了机械工程自动化系统中控制系统的发展趋势，然后结合实际案例进行分析，最后对未来发展趋势进行展望。

2.答案中详细阐述了嵌入式系统的设计要点，包括硬件和软件设计，以及嵌入式系统的应用领域。在回答过程中，注意结合实际应用，体现设计要点的重要性。六、问答题1.请简述机械工程自动化系统中，传感器信号调理模块的主要作用。

传感器信号调理模块在机械工程自动化系统中的主要作用包括：

放大：将微弱的传感器信号放大到合适的范围，以便于后续处理。

调整：对信号的幅度、频率、相位等参数进行调整，使其符合控制系统的要求。

过滤：消除信号中的噪声和干扰，提高信号质量。

模数转换：将模拟信号转换为数字信号，以便于数字控制系统进行处理。

电气隔离：保护传感器和控制电路，防止电气干扰和损坏。

2.机械工程自动化系统中，PLC控制系统的基本工作原理是什么？

PLC（可编程逻辑控制器）控制系统的基本工作原理

输入：PLC从传感器或其他输入设备接收信号，并将其转换为内部逻辑可处理的格式。

处理：PLC根据预设的程序对输入信号进行分析和处理，形成控制逻辑。

输出：PLC根据处理结果，输出控制信号到执行机构，如电机、阀门等，以实现对设备的控制。

3.伺服控制系统在机械工程自动化中的主要功能有哪些？

伺服控制系统在机械工程自动化中的主要功能包括：

位置控制：精确控制机械部件的位置和运动轨迹。

速度控制：控制机械部件的运动速度。

力控制：控制机械部件施加的力的大小和方向。

伺服精度：提供高精度的运动控制，满足高精度加工和装配的需求。

4.分析工业技术发展对机械工程自动化的影响。

工业技术发展对机械工程自动化的影响包括：

提高生产效率：可以24小时不间断工作，提高生产效率。

提升产品质量：可以执行高精度、重复性的操作，减少人为误差。

降低劳动强度：替代人工进行危险或繁重的作业，降低工人劳动强度。

创新产品设计：技术的发展促使产品设计更加智能化和自动化。

5.机械工程自动化系统中，嵌入式系统的设计原则有哪些？

机械工程自动化系统中嵌入式系统的设计原则包括：

可靠性：保证系统在恶劣环境下稳定运行。

可扩展性：方便系统功能的扩展和升级。

适应性：适应不同应用场景和设备需求。

系统集成：将多个模块和组件有机地结合在一起，形成一个完整的系统。

资源优化：合理利用硬件和软件资源，提高系统功能。

答案及解题思路：

1.解题思路：从信号放大、调整、过滤、模数转换、电气隔离等方面说明传感器信号调理模块的作用。

答案：传感器信号调理模块的主要作用包括信号放大、调整、过滤、模数转换和电气隔离。

2.解题思路：阐述PLC控制系统接收输入信号、处理、输出的基本工作原理。

答案：PLC控制系统的基本工作原理是接收输入信号，根据预设程序进行处理，输出控制信号。

3.解题思路：列举伺服控制系统在机械工程自动化中的位置控制、速度控制、力控制和伺服精度等功能。

答案：伺服控制系统的主要功能包括位置控制、速度控制、力控制和伺服精度。

4.解题思路：分析工业技术发展在提高生产效率、提升产品质量、降低劳动强度和创新产品设计等方面的作用。

答案：工业技术发展对机械工程自动化产生的影响包括提高生产效率、提升产品质量、降低劳动强度和创新产品设计。

5.解题思路：从可靠性、可扩展性、适应性、系统集成和资源优化等方面阐述嵌入式系统的设计原则。

答案：嵌入式系统的设计原则包括可靠性、可扩展性、适应性、系统集成和资源优化。七、设计题1.设计一个基于PLC控制的机械工程自动化系统。

设计要求：

系统应具备实时监控功能，能够实时采集生产数据。

系统应具备故障诊断与报警功能，保证生产安全。

系统应具备远程控制功能，便于远程操作与维护。

设计内容：

PLC硬件选型与配置。

编写PLC控制程序，实现自动化控制逻辑。

设计人机界面，提供操作控制和状态显示。

2.设计一个伺服控制系统，实现对多轴运动的精确控制。

设计要求：

系统应具备高精度、高速度的运动控制能力。

系统应具备良好的动态响应和稳定性。

系统应具备故障检测与保护功能。

设计内容：

伺服电机选型与驱动器配置。

编写伺服控制算法，实现多轴协同运动。

设计反馈控制策略，保证运动精度。

3.设计一个嵌入式系统，用于控制机械设备的工作状态。

设计要求：

系统应具备实时数据采集与处