西南交大機電一體化技術專業(yè) 光機電一體化控制技術第4次作業(yè)

光機電一體化控制技術第4次作業(yè)

三、主觀題(共10道小題)

11.光機電一體化系統(tǒng)的主要組成要素

答：

一個完善的機電一體化系統(tǒng)，一般由如下機構組成部分：

機械系統(tǒng)部分

動力與驅動部分

執(zhí)行機構部分

傳感器測試部分

控制和信息處理部分

如圖所示：

機電一體化五大基本要素

結構組成要素

動力組成要素

運動組成要素

感知組成要素

智能要素

基本要素內部及各要素之間，通過接口耦合、運動傳遞、物質流動、信息控制、能量轉換有機結合，集成一個完整

的系統(tǒng)。各要素（環(huán)節(jié)）之間必須遵循接口耦合、物質流動、信息控制、能力轉換的四大原則，完成如下內容：

變換：信息及信號變換，

放大：控制信息實現控制及能力匹配

耦合：信息必須符合規(guī)定模式傳遞

能力轉換：包括執(zhí)行器。驅動器各要素之間的不同能力轉換

信息及控制：完成數據采集，分析，判斷，決策及控制，知識驅動等

運動傳遞：各要素之間不同運動的變化和傳輸以及運動控制目的

12.論述機電一體化系統(tǒng)信息傳輸過程。

答：

上圖為機電一體化系統(tǒng)信號傳遞過程，系統(tǒng)中既有受控物理參量連續(xù)變化的模擬信號，又有計算機等數字裝置所能

處理的離散數字信號。

在系統(tǒng)中，數字控制器產生控制策略，也就是負責接收給定指令，采集傳感器的反饋信號，按一定的控制規(guī)律計算

出數字形式的控制信號，如其輸入是經過A/D轉換的時間誤差e(t)的二進制數字信號e(kT),其輸出是二進制控制

策略信號m(kT).經過伺服放大后驅動執(zhí)行機構并跟蹤給定指令運動。

13.簡述為什么在機電一體化系統(tǒng)設計，需要進行機電一體化系統(tǒng)建模和仿真分析。并說明模型建立的兩種基本方

式和他們的主要特點。

答，機電一體化系統(tǒng)中，機械系統(tǒng)，電子系統(tǒng)已經其他系統(tǒng)之間的連接往往是通過傳感器或換能器，將被測物

理量（位移，速度，加速度，聲波，液壓）等信號轉換為電壓或電流，系統(tǒng)在給定條件下，完成一定的功能。因此，

從結構上，系統(tǒng)復雜。與所有系統(tǒng)一樣，無論在系統(tǒng)設計還是分析，都需要進行實驗研究，以確保功能得以實現，

各系統(tǒng)之間工作協調，信息交流通暢，執(zhí)行可靠。因此，在實驗前，需要進行系統(tǒng)的描述，即建立系統(tǒng)模型，以便

于從分析該模型得出整個系統(tǒng)的性能，功能指標。利用模型進行實驗，獲取所需要的信息，這一過程稱為模擬和仿

真。即通過模擬來達到對真實系統(tǒng)的了解和分析。從而減少費用，降低風險，并提高整體性能。

建模的方式通常被分為兩大類，物理模型和數學模型，物理模型是以系統(tǒng)間的相似原理為基礎建立的。包括系

統(tǒng)按比例縮小的實體模型。

數學模型是用數學符號描述系統(tǒng)的數學表達式，系統(tǒng)屬性由變量表示?？梢酝ㄟ^計算機方式進行仿真。

14.線性度是？

答：

線性度是用來衡量輸出是輸入的線性函數的程度，因完全的線性特性并不能獲得，與理想值的偏差定義為線性度容

差。線性度是指在校準周期內，輸出曲線與最佳擬合直線之間的最大偏差的百分比。非線性度通常是由非線性元件、

如機械滯后、粘性流動若蠕變以及電子放大器等引起。

15.傳感器靈敏度是？

答：

傳感器靈敏度:靈敏度是儀表對被測量參數變化的響應能力。也可用輸出變化量與輸入變化量的比值來表示。

：輸入變化量

：輸出變化量；

16.傳感器的接口電路主要功能包括：對傳感器的輸出信號進行隔離、阻抗變換、信號變化、放

大。線性化及模擬或數字計算等處理。

17.一臺他勵直流電動機，額定電壓U=220V,額定轉速n=1500r/min,電動機鐵損

W，機械摩擦

N

N

損耗

W，電樞回路總電阻

，

V，求電磁轉矩、輸入功率和效率。

18.模糊控制系統(tǒng)從原理上講，主要由：模糊化接口和模糊推理機和反模糊化三部分組成。

19.機電控制系統(tǒng)性能指標主要包括：上升時間、超調量和穩(wěn)定時間和穩(wěn)定誤

四項。

差

20.從理論上講，因數字控制器涉及到對信號（控制信號、反饋信號）的采樣而會導致信息丟失，但為什么在實際

應用系統(tǒng)中，數字控制方法的應用越來越廣泛，同時說明奈奎斯特-香農采樣定理對數字控制采樣做了什么樣的描

述。

答：數字系統(tǒng)的使用，主要基于如下的原因：

1：數字控制器易于對控制律進行修改和調節(jié)和升級；

2：計算機的應用使數字控制器成為可能，并可實現控制器的運算和其他能力的提升；

3：數字控制器抗干擾強；