西南交大机电一体化技术专业 光机电一体化控制技术第4次作业

光机电一体化控制技术第4次作业

三、主观题(共10道小题)

11.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：完成数据采集，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

12.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，采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).经过伺服放大后驱动执行机构并跟踪给定指令运动。

13.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，系统属性由变量表示。可以通过计算机方式进行仿真。

14.线性度是？

答：

线性度是用来衡量输出是输入的线性函数的程度，因完全的线性特性并不能获得，与理想值的偏差定义为线性度容

差。线性度是指在校准周期内，输出曲线与最佳拟合直线之间的最大偏差的百分比。非线性度通常是由非线性元件、

如机械滞后、粘性流动若蠕变以及电子放大器等引起。

15.传感器灵敏度是？

答：

传感器灵敏度:灵敏度是仪表对被测量参数变化的响应能力。也可用输出变化量与输入变化量的比值来表示。

：输入变化量

：输出变化量；

16.传感器的接口电路主要功能包括：对传感器的输出信号进行隔离、阻抗变换、信号变化、放

大。线性化及模拟或数字计算等处理。

17.一台他励直流电动机，额定电压U=220V,额定转速n=1500r/min,电动机铁损

W，机械摩擦

N

N

损耗

W，电枢回路总电阻

，

V，求电磁转矩、输入功率和效率。

18.模糊控制系统从原理上讲，主要由：模糊化接口和模糊推理机和反模糊化三部分组成。

19.机电控制系统性能指标主要包括：上升时间、超调量和稳定时间和稳定误

四项。

差

20.从理论上讲，因数字控制器涉及到对信号（控制信号、反馈信号）的采样而会导致信息丢失，但为什么在实际

应用系统中，数字控制方法的应用越来越广泛，同时说明奈奎斯特-香农采样定理对数字控制采样做了什么样的描

述。

答：数字系统的使用，主要基于如下的原因：

1：数字控制器易于对控制律进行修改和调节和升级；

2：计算机的应用使数字控制器成为可能，并可实现控制器的运算和其他能力的提升；

3：数字控制器抗干扰强；