机械工程自动化系统设计题库

机械工程自动化系统设计题库姓名_________________________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、选择题1.机械工程自动化系统设计的基本原则有哪些？

A.可靠性原则

B.经济性原则

C.可维护性原则

D.先进性原则

E.人机工程原则

答案：ABCDE

解题思路：机械工程自动化系统设计需要遵循一系列原则以保证系统的高效、安全、可靠运行。可靠性原则保证系统在规定时间内稳定运行，经济性原则保证成本效益，可维护性原则保证系统易于维护，先进性原则保证系统与时俱进，人机工程原则则关注操作人员的舒适性和效率。

2.自动化控制系统中的反馈控制与开环控制的主要区别是什么？

A.反馈控制有反馈回路，开环控制无反馈回路

B.反馈控制对扰动不敏感，开环控制对扰动敏感

C.反馈控制输出受控制对象影响，开环控制输出不受控制对象影响

D.反馈控制输出受控制策略影响，开环控制输出不受控制策略影响

答案：A

解题思路：反馈控制与开环控制的主要区别在于是否存在反馈回路。反馈控制通过反馈回路来不断调整控制器的输出，以抵消扰动和误差，而开环控制没有反馈回路，输出不依赖于系统的实际输出。

3.PLC（可编程逻辑控制器）的主要应用领域包括哪些？

A.工业自动化

B.交通控制系统

C.医疗设备

D.家用电器

E.能源管理

答案：ABCDE

解题思路：PLC在多个领域都有广泛的应用，包括工业自动化、交通控制系统、医疗设备、家用电器和能源管理，这些都表明PLC在控制领域的重要性和多样性。

4.机械工程自动化系统中常见的传感器类型有哪些？

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

答案：ABCDE

解题思路：传感器在自动化系统中用于检测物理量，常见的类型包括温度、压力、位移、流量和光电等，这些传感器在各类自动化系统中均有应用。

5.机械工程自动化系统的执行机构主要包括哪些？

A.电机

B.气缸

C.液压缸

D.步进电机

E.伺服电机

答案：ABCDE

解题思路：执行机构是将控制信号转换为实际动作的部件，常见的执行机构包括各类电机、气缸、液压缸等，步进电机和伺服电机是精准控制的重要执行机构。

6.伺服电机的分类有哪些？

A.交流伺服电机

B.直流伺服电机

C.步进电机

D.无刷电机

E.伺服驱动器

答案：AB

解题思路：伺服电机按照电源类型可以分为交流伺服电机和直流伺服电机，步进电机和无刷电机虽然也是电机类型，但不属于伺服电机的分类，伺服驱动器是驱动伺服电机的装置。

7.机械工程自动化系统中常用的传动方式有哪些？

A.齿轮传动

B.轮带传动

C.链传动

D.皮带传动

E.轴传动

答案：ABCDE

解题思路：传动方式是传递动力的方法，机械工程自动化系统中常用的传动方式包括齿轮传动、轮带传动、链传动、皮带传动和轴传动，它们各自具有不同的优点和适用场景。

8.机械工程自动化系统的调试与维护主要包括哪些内容？

A.系统功能测试

B.参数调整

C.故障排除

D.软件升级

E.保养计划制定

答案：ABCDE

解题思路：机械工程自动化系统的调试与维护是保证系统长期稳定运行的关键。系统功能测试用于验证系统功能是否满足要求，参数调整优化系统功能，故障排除解决运行中遇到的问题，软件升级提升系统功能，保养计划制定保证设备定期维护。二、填空题1.机械工程自动化系统设计的主要目的是实现提高生产效率、保证产品质量和降低生产成本。

2.PLC主要由处理器（CPU）、输入输出模块（I/O）、存储器和编程器等部分组成。

3.机械工程自动化系统中常用的传感器包括温度传感器、压力传感器、位移传感器等。

4.机械工程自动化系统的执行机构主要有电动机、液压缸、气缸等。

5.伺服电机按照控制方式可分为开环控制和闭环控制。

6.机械工程自动化系统中常用的传动方式有齿轮传动、皮带传动、链条传动等。

7.机械工程自动化系统的调试主要包括硬件调试、软件调试、系统联调等环节。

答案及解题思路：

1.答案：提高生产效率、保证产品质量和降低生产成本。

解题思路：根据机械工程自动化系统设计的目的，提高生产效率、保证产品质量和降低生产成本是核心目标，因此填入这三个方面。

2.答案：处理器（CPU）、输入输出模块（I/O）、存储器和编程器。

解题思路：PLC的核心组件包括CPU进行控制处理，I/O模块进行输入输出信号处理，存储器存储程序和数据，编程器用于编程操作。

3.答案：温度传感器、压力传感器、位移传感器。

解题思路：根据传感器在自动化系统中的应用，温度、压力和位移是常见的测量参数，因此填入这三种传感器。

4.答案：电动机、液压缸、气缸。

解题思路：根据执行机构的功能，电动机提供动力，液压缸和气缸用于实现机械动作。

5.答案：开环控制和闭环控制。

解题思路：根据伺服电机的控制方式，开环控制适用于简单控制，闭环控制适用于精度要求较高的场合。

6.答案：齿轮传动、皮带传动、链条传动。

解题思路：根据传动方式的特点，齿轮传动适用于高速传动，皮带传动适用于中速传动，链条传动适用于低速传动。

7.答案：硬件调试、软件调试、系统联调。

解题思路：调试过程包括对硬件的检查和测试，对软件的配置和优化，以及对整个系统的联合测试。三、判断题1.机械工程自动化系统设计的主要目的是实现生产自动化、提高生产效率和降低生产成本。（）

答案：√

解题思路：机械工程自动化系统的设计初衷就是为了通过自动化技术减少人工干预，提升生产线的自动化程度，从而提高生产效率和降低生产成本。

2.PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。（）

答案：√

解题思路：可编程逻辑控制器（PLC）作为工业控制的核心设备，其设计时考虑了工业环境下的稳定性，通常具有高可靠性、强的抗干扰能力和相对简单的编程语言，便于工程师进行二次开发。

3.机械工程自动化系统中，传感器的作用是将输入信号转换为输出信号。（）

答案：×

解题思路：传感器的作用是将物理量或化学量等非电信号转换为电信号，而不是将输入信号转换为输出信号。输出信号通常用于控制系统或显示设备。

4.机械工程自动化系统的执行机构主要承担执行任务，将控制信号转换为机械动作。（）

答案：√

解题思路：执行机构是机械工程自动化系统的重要组成部分，其主要功能是将控制系统传递来的控制信号转换为相应的机械动作，以实现预期的机械操作。

5.伺服电机适用于高精度、高速度的生产场合。（）

答案：√

解题思路：伺服电机以其精准的位置控制、稳定的速度控制和良好的动态响应，被广泛应用于需要高精度和高速度控制的生产场合。

6.机械工程自动化系统中，齿轮传动具有传动平稳、精度高等特点。（）

答案：√

解题思路：齿轮传动因其结构简单、传动效率高、传动比稳定等优点，在机械工程自动化系统中被广泛应用，其具有传动平稳、精度高等特点。

7.机械工程自动化系统的调试主要包括硬件调试、软件调试和系统联调。（）

答案：√

解题思路：机械工程自动化系统的调试是一个全面的过程，包括对硬件设备的检测、对软件程序的验证以及整个系统的综合运行测试，以保证系统能够正常运行。四、简答题1.简述机械工程自动化系统设计的基本步骤。

系统需求分析：明确设计目标和功能需求。

系统方案设计：确定系统的整体架构和关键技术。

硬件选型：根据系统需求选择合适的传感器、执行器、控制器等硬件设备。

软件设计：编写控制程序，实现系统功能。

系统集成：将硬件和软件组合，进行联调。

系统测试：对系统进行全面的测试，保证系统稳定可靠。

系统验收：客户对系统进行验收，确认系统满足设计要求。

2.简述PLC在机械工程自动化系统中的应用。

逻辑控制：PLC用于实现各种逻辑控制功能，如顺序控制、条件判断等。

运动控制：PLC配合伺服电机、步进电机等执行精确的运动控制。

通信控制：PLC支持多种通信协议，实现与其他设备的通信。

安全监控：PLC用于监测设备状态，保证生产安全。

3.简述传感器在机械工程自动化系统中的作用。

检测状态：传感器用于检测系统的各种物理量，如温度、压力、位移等。

反馈控制：传感器将检测到的信息反馈给控制系统，实现闭环控制。

故障诊断：通过传感器监测到的数据，进行设备故障诊断。

参数调整：传感器提供的数据用于调整系统参数，优化系统功能。

4.简述伺服电机在机械工程自动化系统中的应用。

高精度运动控制：伺服电机可实现高精度的位置、速度和力控制。

快速响应：伺服电机响应速度快，适用于高速运动的场合。

精密定位：伺服电机可用于实现精密定位，满足高精度加工要求。

能耗低：伺服电机具有高效能、低能耗的特点。

5.简述机械工程自动化系统的调试与维护内容。

系统调试：包括硬件调试和软件调试，保证系统按设计要求运行。

参数调整：根据实际运行情况调整系统参数，优化系统功能。

故障诊断：对系统运行过程中出现的故障进行诊断和排除。

设备维护：定期对系统设备进行保养，保证设备正常工作。

系统更新：根据生产需求和技术发展，对系统进行升级和改造。

答案及解题思路：

1.答案：如上所述，简述了机械工程自动化系统设计的五个基本步骤。解题思路：首先明确设计目标和需求，然后进行系统方案设计，选择合适的硬件和软件，最后进行系统集成和测试。

2.答案：PLC在机械工程自动化系统中的应用包括逻辑控制、运动控制、通信控制和安全监控。解题思路：根据PLC的特点，分析其在不同方面的应用。

3.答案：传感器在机械工程自动化系统中的作用包括检测状态、反馈控制、故障诊断和参数调整。解题思路：根据传感器的功能，分析其在系统中的作用。

4.答案：伺服电机在机械工程自动化系统中的应用包括高精度运动控制、快速响应、精密定位和能耗低。解题思路：根据伺服电机的功能特点，分析其在系统中的应用。

5.答案：机械工程自动化系统的调试与维护内容包括系统调试、参数调整、故障诊断、设备维护和系统更新。解题思路：根据系统运行的需求，列出调试和维护的具体内容。五、论述题1.结合实际，论述机械工程自动化系统设计的关键因素。

关键因素：

需求分析：深入理解用户的实际需求，明确系统的目标、功能要求和工作环境。

可靠性：保证系统能够在规定的条件下长期稳定运行，提高系统的可用性和可靠性。

可维护性：系统应易于维护，减少维护成本和时间，提高生产效率。

安全性：设计过程中必须充分考虑安全因素，避免系统故障引发。

经济效益：在满足技术要求的前提下，综合考虑成本效益，实现投资回报最大化。

技术先进性：紧跟自动化技术的发展趋势，采用先进技术提升系统功能。

2.分析机械工程自动化系统设计中常见问题的解决方法。

常见问题及解决方法：

系统功能问题：通过优化算法、提高硬件配置、改进控制系统等方式提升系统功能。

设备故障：采用先进的检测技术、预防性维护策略，及时发觉问题并排除故障。

软件故障：加强软件质量控制和测试，采用模块化设计，便于快速定位和修复问题。

系统集成问题：在设计过程中注重模块的兼容性和接口定义，提高系统集成质量。

3.探讨未来机械工程自动化系统设计的发展趋势。

发展趋势：

智能化：利用人工智能、大数据等技术，实现系统自主学习和决策。

网络化：通过物联网、工业互联网等技术，实现系统设备互联互通，提高协同效率。

绿色环保：采用节能降耗的设计理念，减少系统对环境的影响。

个性化定制：根据用户需求，提供个性化的系统设计方案。

答案及解题思路：

答案：

1.关键因素包括需求分析、可靠性、可维护性、安全性、经济效益和技术先进性。

2.常见问题及解决方法包括系统功能问题、设备故障、软件故障和系统集成问题。解决方法包括优化算法、提高硬件配置、预防性维护、加强软件质量控制、模块化设计等。

3.未来机械工程自动化系统设计的发展趋势包括智能化、网络化、绿色环保和个性化定制。

解题思路：

1.分析题干要求，梳理出机械工程自动化系统设计的关键因素，结合实际案例进行论述。

2.根据题干，列举出机械工程自动化系统设计中常见的各类问题，分析并总结出相应的解决方法。

3.结合当前自动化技术发展趋势，探讨未来机械工程自动化系统设计的发展方向。

注意：本内容仅供参考，实际考试以考试大纲为准。六、应用题1.设计一个简单的机械工程自动化系统，并说明其工作原理。

（1）系统描述：

设计一个简单的机械工程自动化系统，用于自动化生产线上的物料搬运。该系统包括传感器、控制器、执行器和视觉识别系统。

（2）工作原理：

a.传感器：当物料进入生产线时，传感器会检测到物料的到来，并将信号传输给控制器。

b.控制器：接收传感器信号后，控制器会根据预设的程序进行决策，控制执行器完成物料的搬运。

c.执行器：根据控制器的指令，执行器完成物料的搬运操作，如抓取、放置等。

d.视觉识别系统：在搬运过程中，视觉识别系统对物料进行识别，保证物料搬运的正确性。

2.设计一个机械工程自动化系统中的传感器选型方案，并说明选择理由。

（1）传感器选型：

a.光电传感器：用于检测物料的存在和运动状态。

b.温度传感器：用于检测物料在生产过程中的温度变化。

c.压力传感器：用于检测物料在生产过程中的压力变化。

（2）选择理由：

a.光电传感器具有高精度、抗干扰能力强、安装方便等优点，适用于物料检测。

b.温度传感器可实时监测物料在生产过程中的温度变化，保证生产质量。

c.压力传感器可检测物料在生产过程中的压力变化，防止过载或不足。

3.设计一个机械工程自动化系统中的伺服电机选型方案，并说明选择理由。

（1）伺服电机选型：

a.步进电机：适用于精确位置控制，适用于小功率、低速场合。

b.交流伺服电机：适用于高速、高精度控制，适用于中功率场合。

c.直流伺服电机：适用于中高速、高精度控制，适用于中到大功率场合。

（2）选择理由：

a.步进电机具有定位精度高、响应速度快、成本低等优点，适用于简单位置控制。

b.交流伺服电机具有高速、高精度、高可靠性等优点，适用于中功率场合。

c.直流伺服电机具有响应速度快、动态特性好、调速范围宽等优点，适用于中到大功率场合。

答案及解题思路：

1.答案：

a.系统描述：设计一个简单的机械工程自动化系统，用于自动化生产线上的物料搬运。该系统包括传感器、控制器、执行器和视觉识别系统。

b.工作原理：传感器检测物料，控制器决策，执行器搬运，视觉识别系统保证物料搬运正确。

2.答案：

a.传感器选型：光电传感器、温度传感器、压力传感器。

b.选择理由：光电传感器适用于物料检测；温度传感器监测生产温度；压力传感器检测压力变化。

3.答案：

a.伺服电机选型：步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机。

b.选择理由：步进电机适用于简单位置控制；交流伺服电机适用于高速、高精度控制；直流伺服电机适用于中高速、高精度控制。七、设计题1.设计一个机械工程自动化系统中的PLC控制程序，实现某个设备的基本控制功能。

任务描述：

设计一个PLC控制程序，用于控制一台机械臂的基本操作，包括启动、停止、移动至特定位置、抓取和释放物体等功能。

需考虑机械臂的安全控制，如过载保护、限位保护等。

要求：

使用梯形图或结构化文本（ST）编写PLC程序。

描述输入输出信号的分配和功能。

说明如何实现紧急停止和限位保护。

2.设计一个机械工程自动化系统中的传感器数据采集与处理程序。

任务描述：

设计一个传感器数据采集程序，用于采集一台高速冲压机械的温度和压力数据。

数据采集需具备实时性，并能进行初步的数据处理，如滤波和阈值判断。

要求：

选择合适的传感器，并描述其工作原理。

设计数据采集的流程图或算法。

说明如何处理采集到的数据，以及如何将处理后的数据输出。