西南交大光机电作业题

1、西南交大光机电作业题机电一体化原理与应用作业题一、单项选择题机电一体化系统的核心是(C)。动力部分(B)执行机构(C)控制器(D)接口模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行(B)处理。量化处理(B)釆样离散化处理(C)编码处理(D)调制处理数字信号是对时间离散模拟信号进行(A)处理后得到的。(A)量化处理(B)釆样离散化处理(C)编码处理(D)调制处理机械系统动态模型建立主要是基于如下定律(B)。牛顿定一运动定律牛顿定二运动定律牛顿定三运动定律万有引力定律适合应用传递函数描述的系统是(A)。(A)单输入，单输出线性定常系统；(B)单输入，单输出线性时变系统单输入，单输出的定常系统；(D)非

2、线性系统在机械系统运动学模型建立过程中弹簧力与质量体运动的A)成正比。(A)位移(B)速度(C)加速度(D)摩擦智能传感器主要硬件结构是指将敏感元件与(C)相结合。(A)放大器(B)滤波器(C)微处理器(D)控制器机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是D)。(A)机械本体(B)动力部分(C)控制器(D)执行机构由电信号处理部分和液压功率输出部分组成的控制系统是(C)(A)交流伺服系统(B)直流伺服系统(C)电液伺服系统(D)步进电动机控制系统机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是(D)o(A)机械本体(B)动力部分(C)控制器(D)执行机构P

3、CM是指(D)。(A)脉幅调制(B)脉宽调制(C)脉位调制(D)脉冲编码调制传感器在机电一体化系统中主要用于(B)。(A)控制(B)检测(C)计算(D)编码在数字控制中，保持器的主要作用是(C)：(A)提高系统的稳定性(B)改善系统动态性能(C)釆样电压值保持一个釆样周期；消除系统干扰(E)提高抗干扰能力在下列那种情况下,控制系统不稳定(A)。(A)极点位于S平面的右边(B)极点位于S平面的左边极点位于S平面的原点(D)极点位于S平面的虚轴上在机械系统运动学模型建立过程中，惯性力与质量体运动的C)成正比(A)位移(B)速度(C)加速度(D)摩擦在机械系统运动学模型建立过程中,阻尼与质量体运动的

4、(B)成正比。(A)位移(B)速度(C)加速度(D)摩擦衡量放大器放大能力的指标是(B)。(A)输入阻抗(B)放大倍数(C)输出阻抗(D)通频带在设计数字控制器的过程中，我们需要通过釆样定理来确定系统的釆样周期，釆样周期的选择要符合釆用定理，即釆样频率必须大于输入信息所包含最高频率的(A)倍。、(A)2(B)4(C)5(D)10在数字控制中，被控对象或控制器控制律主要是由(B)描述。(A)微分方程(B)差分方程(C)积分方程(D)偏分方程二、不定项选择题电路系统的动态模型建立主要是基于如下定理(BD)。(A)奈奎斯特定理(B)基尔霍夫电压定理(C)欧姆定理基尔霍夫电流定理(E)终值定理2传感器

5、的种类按工作原理分可以分为(AC)。(A)结构型(B)开关型(C)物型型(D)数字型模拟信息处理电路一般包括(ABCE)。(A)放大(B)滤波(C)补偿(D)D/A转换(E)驱动电路在数字控制系统中，控制器前向通路上一般需要对控制信号进行(ABC)处理；(A)A/D釆样(B)釆样保持(C)量化处理(D)D/A转换(E)信号同一化处理抑制干扰的措施很多，主要包括(ABCD)(A)屏蔽(B)隔离(C)滤波(D)接地和软件处理等方法经釆样后的信息属于(B)。(A)数字信号(B)离散化的模拟信号(C)连续模拟信号(D)调制信号电桥是用来测量传感器的电阻、电容或电感变化的电路，它是将这些参量的变化变换为

6、电压或电流信号变化的电路。全桥的电压灵敏度比单桥提高了(C)倍。(A)1(B)2(C)4(D)8将脉冲信号转换成角位移的执行元件是(C)(A)旋转变压器(B)交流伺服电动机(C)步进电动机(D)光电编码盘当直流伺服电动机外加电压等于额定电压，励磁电流等于额定电流时，电动机转速随控制电流变化的关系曲线称(D)(A)直流伺服电动机机械特性(B)动态特性(C)失灵区(D)直流伺服电动机转速特性电路各部分公共导线阻抗、地阻抗和电源内阻压降相互耦合形成的干扰，称为(C)(A)静电干扰(B)磁场耦合干扰(C)共阻抗感应干扰(D)电磁辐射干扰在时域里描述系统动态响应的主要指标(ABCDE)(A)上升时间(B

7、)超调量(C)稳定时间(D)稳态误差(E)调节时间(F)系统带宽。一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素(ABCD)。(A)机械本体(B)动力与驱动部分(C)执行机构(D)控制及信息处理部分机电一体化的高性能化一般包含(ABCD)。(A)高速化(B)高精度(C)高效率(D)高可靠性。釆用负反馈形式连接后(CE):(A)一定能使闭环系统稳定；(B)系统动态性能一定会提高；(C)需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能；(D)定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除。(E)提高系统抗干扰能力光机电一体化的系统设计原则主要包括(ABCDE)。(A)机电互补原则(B)功能优化原则(C)自动

8、化原则(D)效益最大原则(E)开放性原则衡量传感器品质主要参数包括：(ABCDEF)。(A)灵敏度(B)分辨力(C)准确度(D)精确度(E)重复性(F)线性度载荷是执行机构设计计算过程的一项重要原始数据，在机电一体化系统设计中，典型载荷是指在机构上的ABCD)。(A)摩擦载荷(B)惯性载荷(C)外载荷(D)各种环境载荷你选择的答案：ABCD正确描述控制系统的性能指标主要包括(ABCE)对常值或“偏离”扰动信号所允许的稳态误差对多项式参考输入信号，如跃阶信号和斜坡信号，所允许的稳态跟踪误差。系统多模型参数变化的灵敏度控制系统阶数系统在跃阶参考输入或扰动输入时的动态特性，如上升时间，超调量等按照在

9、电路中所处的位置和作用不同来分，滤波器可分为(ABCDE)(A)信号滤波(B)电源滤波(C)EMI滤波(D)电源去藕滤波三、主观题1.机电一体化系统的关键技术有那些?答：关键技术主要包括：系统总体技术、机械技术、传感器检测技术、计算机与信息技术自动控制技术及伺服传动技术。系统总体技术：基于系统总线技术使机电一体化系统高度集成化、信息化、可靠性及实时性得到保证。机电一体化系统的多功能、高精度、高效能要求和多技术领域交叉特点，使系统本身和开发设计变得复杂，系统总体性能不仅与各构成要素功能、精度、性能相关，还与各构成要素之间的相互协调和融合相关。系统总体技术即以整体为概念，组织应用各相关技术、从全局

10、和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，通过协调和组织各个组成单元的技术方案，并找出最优总体技术方案。机械技术：是机电一体化基础，实现结构、材料、性能的要求。主要包括：机械设计，机构学，材料，工艺等技术。机械技术是机电一体化的基础，通过现代设计理论和方法，运用计算机设计、有限元分析和制造等技术，实现现代机械系统设计和制造。传感器和检测技术：传感器装置是系统的感受器，是系统实现控制，检测，调节的关键部件，主要包括：传感器技术，物理，信息检测与处理，数字信号处理技术等。传感检测装置是系统的受感器，是机电一体化系统达到更高水平的保证。计算机与信息技术：通过釆集，处理，分析机电一体化各种参

11、数和状态，实现对机电一体化系统的检测，控制和智能决策。主要包括：计算机技术，人工智能技术，软件技术，微电子技术，硬件技术，电子技术、网络与通信技术等。在机电一体化系统中，与各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、交换识别、存取运算、判断及决策均属于该技术领域。机电一体化系统的计算机与信息处理装置是系统的核心。它是控制和指挥整个系统运行，了解各个部件和环境状态的核心。自动控制技术：控制技术是在无人直接参与的情况下，通过控制器实现被控对象或过程自动按规律运行。主要技术包括：系统建模，控制系统设计理论和方法，系统仿真。自动控制作为机一体化系统中重要支撑技术，是其核心组成部分。控制技术是机电一体化系

12、统在无人直接参与的环境下，通过控制器完成预定控制目标的技术保证。伺服传动技术：主要是指机电一体化系统在执行元件的驱动装置设计技术，伺服装置包括电动，气动及液压等，是实现电信号到机械动作的转换装置。对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。作为机电一体化系统的主要执行部件，担负着机电一体化系统的最终功能实现，是实现电信号到机械动作的转换和控制装置和部件。伺服驱动系统包括：电气、气动、液压各种类型的传动装置。为什么釆用机电一体化技术可以提高系统的精度？答：机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于釆用电子技术实现自动检测，控制，补偿和

13、校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。在机电一体化系统建模过程中，电路系统主要有哪三个基本元件？答：在机电一体化系统建模过程中，电路系统主要有三个基本元件：电阻、电容和电感。传感器从结构上一般由哪三部分组成？答：传感器从结构上一般由敏感元件、转换元件、接口电路三部分组成。放大器主要技术指标包括哪几部分？答：放大器主要技术指标包括：放大倍数、输入阻抗、输出阻抗及通频带。在未来机电一体化系统发展呈现什么趋势？答：在未来机电一体化系统发展呈现模块化、智能化、网络化、微型化、绿色化、人格化趋势。机电一体化系统的未来发展趋势？答：模块化：设备和零部件的通用化和标准化，功能模块化。智能化：控制论、信

14、息论和系统论的技术应用和发展，使得智能科学不断地渗透于机电一体化系统或产品中，智能化使得机电一体化产品具有更加灵活的，科学的能力来完成更加复杂的，不确定的工作。智能化机电一体化系统具有一下几个特征：1）复杂性：具有多功能，高适应性、高可靠性、是多技术集成与优化的产物。智能化机电一体化系统通常由机、光、电装置构成，计算机与信息处理，控制论在系统中占据中心位置。2）交叉性：广泛应用以控制论、信息论及系统论为中心的各种现代理论，在经典控制理论的基础上，吸收人工智能，运筹学，计算机科学，模糊数学等，以求得更高的控制和决策目标。3）拟人性：模拟人的思维，具有基本的学习和判断能力，从而具有一定的推理，决策

15、功能。网络化：机电一体化系统作为网络终端，和各种系统组成一定的集成网络系统，从而具有更加广泛的应用和控制能力。微型化：随着微机械电子系统（MEMS）的技术成熟和应用，越来越多的机电一体化系统的检测、执行功能由这些MEMS来实施，从而形成微机电一体化系统和产品，具有体积小，能耗低，运动灵活等特点。绿色化：机电一体化的绿色化主要指制造，使用时不污染生态环境，能回收利用。绿色机电一体化产品的设计和应用具有远大的前途。人格化：注重产品与人的关系，机电一体化系统或产品具有良好的与人交互的能力。光机电一体化系统所涉及的信号有哪两类？光机电一体化系统所涉及的信号有两类模拟信号和数字信号。论述模拟信息数字化的

16、基本原理。答：机电一体化系统所涉及的信号有两类，连续信号（模拟信息）和离散时间信息。由于计算机或微处理器的信息和控制都是基于数字信号(0.1)信息，而往往系统输入或输出确实模拟量，所以，就出现了将连续时间信号变为离散时间信息，离散时间信息变为数字信号或数字信息又变为连续时间信号等信号转换问题。模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行离散化处理，即将在时间上连续的信号处理为时间上离散的信息，这一过程称为采样。采样要遵循采样定理。模拟信号经釆样后，虽然在时间上是离散的，但釆用脉冲序列幅度仍然取决于输入模拟信号，釆用信息仍属于模拟信号，必须进行量化，使其在幅值上离散化。这个过程称为量化。量化后的信

17、息，即变为了时间离散、幅值离散的数字信号。机电一体化系统的数学模型一般按特征分类，常见的有哪几类？答：机电一体化系统的的数学模型一般按特征分类，常见的有静态模型和动态模型，确定性模型和不确定性模型，线性模型和非线性模型和连续模型和离散模型。在机电一体化系统建模过程中，机械系统主要有哪三个基本元件？答：在机电一体化系统建模过程中，机械系统主要有三个基本元件：质量、弹簧和阻尼。简述系统仿真的目的和意义答：机电一体化系统分析和设计中，常用系统实验或仿真方法来确定系统特性，以寻求改进系统性能的途径。在很多情况下，研究系统的目的是要预测系统的若干特性，往往在建立系统之前或在讨论方案阶段就能预测系统建成后

18、将出现的情形。若用系统自身做实验难于达到目的。因此，人们常借助于系统模型而不是系统本身进行仿真。仿真的目的在于：新系统的建立和调试，实现对系统最佳的设计和最佳控制问题以及模拟实验和训练。由于机电一体化系统越来越复杂，成本高，加上要考虑安全性要求，数字仿真技术在机电一体化系统中的系统分析、设计和调试尤为重要。已知一系统结构如下图所示，求系统传递函数略。机电一体化系统的执行机构的多釆用电动机作为驱动器件，在机电一体化反馈控制系统中，常用的电动机有哪两种？答：机电一体化系统的执行机构的多釆用电动机作为驱动器件，在机电一体化反馈控制系统中，常用的电动机有直流伺服电动机和交流伺服电动机两种。简述直流电动

19、机的机械特性？答:直流电动机的机械特性是指外加电压Uc励磁电流f和电枢回路电阻Ra保持不变时，直流电动机的电磁转矩T与转速n之间的关系。即：n=f(T).机械特性是直流电动机的一个重要特性。控制系统从组成通路上分，可以分为哪两种控制方式？答：控制系统从组成通路上分，可以分为开环和闭环控制。在机电一体化控制系统设计中，我们常用到PID控制器，试说明PID控制器中P,I,D的主要作用和特点。答：P：比例控制器的作用是指控制器的输出与输入偏差(也即误差)信号成比例。比例控制器能迅速反映误差，从而使系统减少误差，但不能消除稳态误差。比例系数的加大，会引起系统的不稳定。即比例控制作用虽然及时，快速，但存

20、在静态误差，被控对象不能完全回复到给定值，故控制精度不高.I：调节器输出信号的变化速度与偏差信号成正比。则可以消除静态误差。因为积分作用是随时间的积累而逐渐增强，因此在时间上其输出信号总是落后于输入偏差信号变化(称相位滞后)，所有积分调节器的调节作用缓慢。即积分控制作用可以消除稳态误差，但它有滞后作用，会使系统超调量增加，甚至引起系统振荡。D:调节器输出信号与偏差变化速度成正比，微分控制主要作用是克服被控参数的滞后。为减小滞后，可根据被控对象的变化趋势来进行控制。说明智能系统与传统系统能的主要区别？答：学习能力。智能系统所具备的学校功能使系统具有对一个过程或未知环境所提供的信息进行识别、记忆、

21、学习并利用积累的经验进一步改善系统的能力。具有与人类学习功能相似的能力；适应能力。除包括对输入输出自适应估计外，还包括故障情况下自修复等功能，具有处理不确定环境的能力。组织能力。对应复杂任务和分散的传感信息具有自组织和协调的功能，是系统具有主动性和灵活性。具有在任务要求范围内进行自行决策。主动釆取行动，当出现多目标冲突时，在一定限制下，各控制器可以在一定的范围内自行解决。屏蔽技术通常分为哪几种？答：屏蔽技术通常分为：电磁屏蔽技术、电场屏蔽技术、磁场屏蔽技术和电磁场屏蔽技术。举例说明光机电一体化系统和机电一体化技术含义答：是指机械技术、电子技术、传感器和测试技术、接口技术、信息及控制技术、计算机

22、技术、自动控制技术等相结合的一种综合技术；机电一体化系统定义及理解：是指具有机电一体化技术的新型机电系统。是机械、电子、信息技术的有机结合和应用。机电一体化系统体现整体性，它不是简单机械系统、微电子系统、控制系统等系统的简单组合或拼凑。而是由相互区别和相互作用的机械与光、电子部分有机结合在一起，为同一目的而完成特定功能的集合体。机电一体化的特点：集成性、最优设计、智能化、基于模型和控制设计上基于并行的科学设计，系统更具有协同性。通常情况下，将系统模型可以分为哪两大类？答：通常情况下，将系统模型可以分为两大类：实验模型和数学模型。研究系统的动态品质与特征时，通常有哪两种数学模型描述方法？答：研究

23、系统的动态品质与特征时，通常有两种数学模型描述方法：末端描述法和内部描述法。简述基尔霍夫电流、电压定理答：基尔霍夫电流定理：在一个闭环环路内，流入一个节点的电路的代数和等于流出此节点的电流代数和基尔霍夫电压定理：在一个闭环环路内，一个封闭路径的所有电压的代数和为零。机电一体化反馈控制系统的主要组成部分是什么？答：略。反馈控制系统的主要组成部分：控制器、执行机构、被控对象、检测装置及比较器。1）检测装置，进行信号检测和信息釆集，如温度，压力，位置，速度等2）执行机构，实现所要求的运动和动作，如电动机，液压缸和液压马达，气动装置等3）控制器,根据控制系统的控制目标和系统模型，接收传感器所釆集的输入

24、信息，通过控制律计算，最后得出控制输出，并将其用于对执行机构的驱动4）常见传感器，光电开关，声敏传感器，压电传感器，温度和湿度传感器，扭矩传感器，力传感器，应变传感器等下图RLC串联电路。写出输出电压与输入电压之间传递函数答：略。传感器分辨率是？答：分辨率定义为传感器能检测到的测量值的最小增量，也称为测量的适应度。测量准确度是？答：准确度表示测量值与实际值之间的偏差，它受限于仪器本身。如果未受实验误差的影响，就称实验为准确的，在实际应用中，准确度用真值的百分比表示，即：真值的百分比=（测量值-真值）/真值（100）一他励直流电动机，额定电压UN=440V,额定功率KW,额定电流，额定转速r/m

25、in,电枢回路总电阻，额定励磁电流，忽略电枢反应影响。试求：额定输出转矩和在额定电流时的电磁转矩。答：略。在机电一体化系统数字PID控制器设计中，需要确定的控制器主要参数有哪些？答：在机电一体化系统数字pid控制器设计中，需要确定的控制器主要参数是比例系数、积分系数、微分系数和釆样周期r。简述A/D、D/A接口的功能,并说明保持器应用的目的。答：(1)A/D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号转换为数字量。具体来说，包括如下阶段：对物理信号(通常为电压信号进行釆样，并将其转换成一个10至16位的二进制数；实现从模拟y(t)到釆样值y(kt)的转换每隔T秒时间间隔重复一

26、次，T为釆样周期；y(kt)为釆样后的信号，为离散信号；(2)D/A接口是将二进制数字量转换成电压信号。包括如下阶段：将离散信号u(kt)转换成为连续信号u(t)并保持下来；将二进制数转换成为模拟电压值；零阶保持(ZOH)将电压值保持一个釆样周期；保持器的作用是保证在釆用过程中，使被釆用的信号能在电压上保持一个釆样周期。从而保证后面的VD转换能获得准备的数字。在实际设计数字控制器时，釆用周期的确定要考虑那些因素？答：(1)符合釆样定理考虑系统稳定性影响；釆样周期对系统的稳定性有直接影响，应在满足系统稳定性的条件下选择最大釆用周期。给定值与扰动信息频率的影响；(4)计算机计算精度控制回路的影响执

27、行机构的特征闭环系统的频带范围，要求釆样周期的频率范围要大于(25-100)系统的频带宽度。光机电一体化系统的主要组成要素答：一个完善的机电一体化系统，一般由如下机构组成部分：机械系统部分、动力与驱动部分、执行机构部分、传感器测试部分、控制和信息处理部分，如图所示：机电一体化五大基本要素：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能要素。基本要素内部及各要素之间，通过接口耦合、运动传递、物质流动、信息控制、能量转换有机结合，集成一个完整的系统。各要素(环节)之间必须遵循接口耦合、物质流动、信息控制、能力转换的四大原则，完成如下内容：变换：信息及信号变换，放大：控制信息实现控制及

28、能力匹配耦合：信息必须符合规定模式传递能力转换：包括执行器。驱动器各要素之间的不同能力转换信息及控制：完成数据釆集，分析，判断，决策及控制，知识驱动等运动传递：各要素之间不同运动的变化和传输以及运动控制目的。论述机电一体化系统信息传输过程。答：上图为机电一体化系统信号传递过程，系统中既有受控物理参量连续变化的模拟信号，又有计算机等数字装置所能处理的离散数字信号。在系统中，数字控制器产生控制策略，也就是负责接收给定指令，釆集传感器的反馈信号，按一定的控制规律计算出数字形式的控制信号，如其输入是经过A/D转换的时间误差e(t)的二进制数字信号e(kT)，其输出是二进制控制策略信号m(kT).经过伺

29、服放大后驱动执行机构并跟踪给定指令运动。简述为什么在机电一体化系统设计，需要进行机电一体化系统建模和仿真分析。并说明模型建立的两种基本方式和他们的主要特点。答：机电一体化系统中，机械系统，电子系统已经其他系统之间的连接往往是通过传感器或换能器，将被测物理量(位移，速度，加速度，声波，液压)等信号转换为电压或电流，系统在给定条件下，完成一定的功能。因此，从结构上，系统复杂。与所有系统一样，无论在系统设计还是分析，都需要进行实验研究，以确保功能得以实现，各系统之间工作协调，信息交流通畅，执行可靠。因此，在实验前，需要进行系统的描述，即建立系统模型，以便于从分析该模型得出整个系统的性能，功能指标。利用模型进行实验，获取所需要的信息，这一过程称为模拟和仿真。即通过模拟来达到对真实系统的了解和分析。从而减少费用，降低风险，并提高整体性能。建模的方式通常被分为两大类，物理模型和数学模型，物理模型是以系统间的相似原理为基础建立的。包括系统按比例缩小的实体模型。数学模型是用数学符号描述系统的数学表达式，系统属性由