西南交大機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè) 光機(jī)電一體化控制技術(shù)第2次作業(yè)

三、主觀題(共14道小題)

7.在未來機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展呈現(xiàn)模塊化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、綠色化、人格化趨勢

8.機(jī)電一體化系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢？

答：

模塊化：設(shè)備和零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，功能模塊化。

智能化：控制論、信息論和系統(tǒng)論的技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展，使得智能科學(xué)不斷地滲透于機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品中，

智能化使得機(jī)電一體化產(chǎn)品具有更加靈活的，科學(xué)的能力來完成更加復(fù)雜的，不確定的工作。智能化機(jī)電一體

化系統(tǒng)具有一下幾個特征：

1.

2.

3.

復(fù)雜性：具有多功能，高適應(yīng)性、高可靠性、是多技術(shù)集成與優(yōu)化的產(chǎn)物。智能化

機(jī)電一體化系統(tǒng)通常由機(jī)、光、電裝置構(gòu)成，計算機(jī)與信息處理，控制論在系統(tǒng)中占據(jù)中心位置。

交叉性：廣泛應(yīng)用以控制論、信息論及系統(tǒng)論為中心的各種現(xiàn)代理論，在經(jīng)典控制

理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能，運籌學(xué)，計算機(jī)科學(xué)，模糊數(shù)學(xué)等，以求得更高的控制和決策目標(biāo)。

擬人性：模擬人的思維，具有基本的學(xué)習(xí)和判斷能力，從而具有一定的推理，決策

功能。

網(wǎng)絡(luò)化：機(jī)電一體化系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)終端，和各種系統(tǒng)組成一定的集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而具有更加廣泛的應(yīng)用

和控制能力。

微型化：隨著微機(jī)械電子系統(tǒng)（MEMS）的技術(shù)成熟和應(yīng)用，越來越多的機(jī)電一體化系統(tǒng)的檢測、執(zhí)行功能

由這些MEMS來實施，從而形成微機(jī)電一體化系統(tǒng)和產(chǎn)品，具有體積小，能耗低，運動靈活等特點。

綠色化：機(jī)電一體化的綠色化主要指制造，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，能回收利用。綠色機(jī)電一體化產(chǎn)品的

設(shè)計和應(yīng)用具有遠(yuǎn)大的前途。

人格化：注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品具有良好的與人交互的能力。

9.光機(jī)電一體化系統(tǒng)所涉及的信號有兩類

10.論述模擬信息數(shù)字化的基本原理。

模擬信號

和

數(shù)字信號

。

答：

論述模擬信息數(shù)字化的基本原理。

機(jī)電一體化系統(tǒng)所涉及的信號有兩類，連續(xù)信號（模擬信息）和離散時間信息。由于計算機(jī)或微處理器的信息和控

制都是基于數(shù)字信號（0.1）信息，而往往系統(tǒng)輸入或輸出確實模擬量，所以，就出現(xiàn)了將連續(xù)時間信號變?yōu)殡x散

時間信息，離散時間信息變?yōu)閿?shù)字信號或數(shù)字信息又變?yōu)檫B續(xù)時間信號等信號轉(zhuǎn)換問題。

模擬信號數(shù)字化的第一步是在時間上對信號進(jìn)行離散化處理，即將在時間上連續(xù)的信號處理為時間上離散的信息，

這一過程稱為采樣。采樣要遵循采樣定理。

模擬信號經(jīng)采樣后，雖然在時間上是離散的，但采用脈沖序列幅度仍然取決于輸入模擬信號，采用信息仍屬于模擬

信號，必須進(jìn)行量化，使其在幅值上離散化。這個過程稱為量化。量化后的信息，即變?yōu)榱藭r間離散、幅值離散的

數(shù)字信號。

11.機(jī)電一體化系統(tǒng)的的數(shù)學(xué)模型一般按特征分類，常見的有靜態(tài)模型

和動態(tài)模型，

確定性模型和不確定性模型，線性模型和非線性模型和連續(xù)模型和離散模型。

12.在機(jī)電一體化系統(tǒng)建模過程中，機(jī)械系統(tǒng)主要有三個基本元件：質(zhì)量

、彈簧和阻尼。

13.簡述系統(tǒng)仿真的目的和意義

答：機(jī)電一體化系統(tǒng)分析和設(shè)計中，常用系統(tǒng)實驗或仿真方法來確定系統(tǒng)特性，以尋求改進(jìn)系統(tǒng)性能的途徑。在很

多情況下，研究系統(tǒng)的目的是要預(yù)測系統(tǒng)的若干特性，往往在建立系統(tǒng)之前或在討論方案階段就能預(yù)測系統(tǒng)建成后

將出現(xiàn)的情形。若用系統(tǒng)自身做實驗難于達(dá)到目的。因此，人們常借助于系統(tǒng)模型而不是系統(tǒng)本身進(jìn)行仿真。仿真

的目的在于：新系統(tǒng)的建立和調(diào)試，實現(xiàn)對系統(tǒng)最佳的設(shè)計和最佳控制問題以及模擬實驗和訓(xùn)練。由于機(jī)電一體化

系統(tǒng)越來越復(fù)雜，成本高，加上要考慮安全性要求，數(shù)字仿真技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的系統(tǒng)分析、設(shè)計和調(diào)試尤

為重要。

14.已知一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，求系統(tǒng)傳遞函數(shù)

答：

分析：整個方框圖等價于：首先，Ｇ２和Ｇ３串聯(lián)，再與G4并聯(lián)，再加入H反饋環(huán)節(jié)，再與G1串聯(lián)，最后再引

入一個單位負(fù)反饋。其總方框傳遞函數(shù)如下：

說明，控制系統(tǒng)方框圖的簡化

15.機(jī)電一體化系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的多采用電動機(jī)作為驅(qū)動器件，在機(jī)電一體化反饋控制系統(tǒng)中，常用的電動機(jī)

有直流伺服電動機(jī)和

交流伺服電動機(jī)

兩種。

16.簡述直流電動機(jī)的機(jī)械特性？

答：直流電動機(jī)的機(jī)械特性是指外加電壓Uc勵磁電流If和電樞回路電阻Ra保持不變時，直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T

與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。即：n=f(T).機(jī)械特性是直流電動機(jī)的一個重要特性。

17.控制系統(tǒng)從組成通路上分，可以分為

開環(huán)

和

閉環(huán)

控制。

18.在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計中，我們常用到PID控制器，試說明PID控制器中P,I,D的主要作用和特點。

答：

P：比例控制器的作用是指控制器的輸出與輸入偏差（也即誤差）信號成比例。比例控制器能迅速反映誤差，

從而使系統(tǒng)減少誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例系數(shù)的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。即比例控制作用雖然

及時，快速，但存在靜態(tài)誤差，被控對象不能完全回復(fù)到給定值，故控制精度不高.

I：調(diào)節(jié)器輸出信號的變化速度與偏差信號成正比。則可以消除靜態(tài)誤差。因為積分作用是隨時間的積累而逐

漸增強(qiáng)，因此在時間上其輸出信號總是落后于輸入偏差信號變化（稱相位滯后），所有積分調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作

用緩慢。即積分控制作用可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，但它有滯后作用，會使系統(tǒng)超調(diào)量增加，甚至引起系統(tǒng)振蕩。

D：調(diào)節(jié)器輸出信號與偏差變化速度成正比，微分控制主要作用是克服被控參數(shù)的滯后。為減小滯后，可根據(jù)

被控對象的變化趨勢來進(jìn)行控制。

19.說明智能系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)能的主要區(qū)別？

答：

智能系統(tǒng)與傳統(tǒng)的系統(tǒng)的主要區(qū)別在于：

1、學(xué)習(xí)能力。智能系統(tǒng)所具備的學(xué)校功能使系統(tǒng)具有對一個過程或未知環(huán)境所提供的信息進(jìn)行識別、記憶、

學(xué)習(xí)并利用積累的經(jīng)驗進(jìn)一步改善系統(tǒng)的能力。具有與人類學(xué)習(xí)功能相似的能力；

2、適應(yīng)能力。除包括對輸入輸出自適應(yīng)估計外，還包括故障情況下自修復(fù)等功能，具有處理不確定環(huán)境的能

力。

3、組織能力。對應(yīng)復(fù)雜任務(wù)和分散的傳感信息具有自組織和協(xié)調(diào)