1、四、主觀題(共5道小題)16. 機電一體化系統的關鍵技術有那些? 機電一體化系統的關鍵技術有那些答：關鍵技術主要包括：系統總體技術、機械技術、傳感器檢測技術、計算機與信息技術自動控制技術及伺服傳動技術。系統總體技術：基于系統總線技術使機電一體化系統高度集成化、信息化、可靠性及實時性得到保證。機電一體化系統的多功能、高精度、高效能要求和多技術領域交叉特點，使系統本身和開發設計變得復雜，系統總體性能不僅與各構成要素功能、精度、性能相關，還與各構成要素之間的相互協調和融合相關。系統總體技術即以整體為概念，組織應用各相關技術、從全局和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，通過協調

2、和組織各個組成單元的技術方案，并找出最優總體技術方案。機械技術：是機電一體化基礎，實現結構、材料、性能的要求。主要包括：機械設計，機構學，材料，工藝等技術。機械技術是機電一體化的基礎，通過現代設計理論和方法，運用計算機設計、有限元分析和制造等技術，實現現代機械系統設計和制造。傳感器和檢測技術：傳感器裝置是系統的感受器，是系統實現控制，檢測，調節的關鍵部件，主要包括：傳感器技術，物理，信息檢測與處理，數字信號處理技術等。傳感檢測裝置是系統的受感器，是機電一體化系統達到更高水平的保證。計算機與信息技術：通過采集，處理，分析機電一體化各種參數和狀態，實現對機電一體化系統的檢測，控制和智能決策。主要包

3、括：計算機技術，人工智能技術，軟件技術，微電子技術，硬件技術，電子技術、網絡與通信技術等。在機電一體化系統中，與各種參數和狀態以及自動控制有關的信息輸入、交換識別、存取運算、判斷及決策均屬于該技術領域。機電一體化系統的計算機與信息處理裝置是系統的核心。它是控制和指揮整個系統運行，了解各個部件和環境狀態的核心。自動控制技術：控制技術是在無人直接參與的情況下，通過控制器實現被控對象或過程自動按規律運行。主要技術包括：系統建模，控制系統設計理論和方法，系統仿真。自動控制作為機一體化系統中重要支撐技術，是其核心組成部分。控制技術是機電一體化系統在無人直接參與的環境下，通過控制器完成預定控制目標的技術保

4、證。伺服傳動技術：主要是指機電一體化系統在執行元件的驅動裝置設計技術，伺服裝置包括電動，氣動及液壓等，是實現電信號到機械動作的轉換裝置。對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。作為機電一體化系統的主要執行部件，擔負著機電一體化系統的最終功能實現，是實現電信號到機械動作的轉換和控制裝置和部件。伺服驅動系統包括：電氣、氣動、液壓各種類型的傳動裝置。17. 為什么采用機電一體化技術可以提高系統的精度?為什么采用機電一體化技術可以提高系統的精度? 答：機電一體化技術使機械傳動部分減少，因而使機械磨損，配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減少，同時由于采用電子技術實現自動檢測，控制，補

5、償和校正因各種干擾因素造成的誤差，從而提高精度。18. 在機電一體化系統建模過程中，電路系統主要有三個基本元件：              、               和            &

6、#160;  。在機電一體化系統建模過程中，電路系統主要有三個基本元件： 電阻 、電容 和 電感 。19. 傳感器從結構上一般由              、               、          

7、     三部分組成。參考答案：傳感器從結構上一般由 敏感元件  、 轉換元件  、 接口電路 三部分組成。 20. 放大器主要技術指標包括：                、             

8、;    、                 及                 參考答案：放大器主要技術指標包括： 放大倍數 、 輸入阻抗  、輸出阻抗 及 通頻帶 三、主觀題(共14道小

9、題)7. 在未來機電一體化系統發展呈現          ，          、          、         ，          、  

10、        趨勢參考答案：在未來機電一體化系統發展呈現 模塊化、智能化、網絡化、微型化、綠色化、人格化 趨勢8. 機電一體化系統的未來發展趨勢？機電一體化系統的未來發展趨勢？l  模塊化：設備和零部件的通用化和標準化，功能模塊化。l  智能化：控制論、信息論和系統論的技術應用和發展，使得智能科學不斷地滲透于機電一體化系統或產品中，智能化使得機電一體化產品具有更加靈活的，科學的能力來完成更加復雜的，不確定的工作。智能化機電一體化系統具有一下幾個特征：1.    &

11、#160;    復雜性：具有多功能，高適應性、高可靠性、是多技術集成與優化的產物。智能化機電一體化系統通常由機、光、電裝置構成，計算機與信息處理，控制論在系統中占據中心位置。2.         交叉性：廣泛應用以控制論、信息論及系統論為中心的各種現代理論，在經典控制理論的基礎上，吸收人工智能，運籌學，計算機科學，模糊數學等，以求得更高的控制和決策目標。3.         擬人性：模擬人的思維，具有基本

12、的學習和判斷能力，從而具有一定的推理，決策功能。l  網絡化：機電一體化系統作為網絡終端，和各種系統組成一定的集成網絡系統，從而具有更加廣泛的應用和控制能力。l  微型化：隨著微機械電子系統（MEMS）的技術成熟和應用，越來越多的機電一體化系統的檢測、執行功能由這些MEMS來實施，從而形成微機電一體化系統和產品，具有體積小，能耗低，運動靈活等特點。l  綠色化：機電一體化的綠色化主要指制造，使用時不污染生態環境，能回收利用。綠色機電一體化產品的設計和應用具有遠大的前途。l  人格化：注重產品與人的關系，機電一體化系統或產品具有良好的與人交互的能力。9.&

13、#160;光機電一體化系統所涉及的信號有兩類             和              。光機電一體化系統所涉及的信號有兩類 模擬信號 和 數字信號 。10. 論述模擬信息數字化的基本原理。論述模擬信息數字化的基本原理。機電一體化系統所涉及的信號有兩類，連續信號（模擬信息）和離散時間信息。由于計算機或微處理器的信息和控制都是基

14、于數字信號（0.1）信息，而往往系統輸入或輸出確實模擬量，所以，就出現了將連續時間信號變為離散時間信息，離散時間信息變為數字信號或數字信息又變為連續時間信號等信號轉換問題。模擬信號數字化的第一步是在時間上對信號進行離散化處理，即將在時間上連續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，即變為了時間離散、幅值離散的數字信號。11. 機電一體化系統的數學模型一般按特征分類，常見的有 &

15、#160;             和                ，               和       &

16、#160;        ，                和                ，           &

17、#160;    和                。機電一體化系統的的數學模型一般按特征分類，常見的有 靜態模型 和 動態模型， 確定性模型和不確定性模型 ， 線性模型和非線性模型和 連續模型和離散模型。12. 在機電一體化系統建模過程中，機械系統主要有三個基本元件：       

18、60;       、               和               。 在機電一體化系統建模過程中，機械系統主要有三個基本元件： 質量 、彈簧 和 阻尼 13. 簡述系統仿真的目的和意義參考答案：答：機電一體化系統分析和設計中，常用系

19、統實驗或仿真方法來確定系統特性，以尋求改進系統性能的途徑。在很多情況下，研究系統的目的是要預測系統的若干特性，往往在建立系統之前或在討論方案階段就能預測系統建成后將出現的情形。若用系統自身做實驗難于達到目的。因此，人們常借助于系統模型而不是系統本身進行仿真。仿真的目的在于：新系統的建立和調試，實現對系統最佳的設計和最佳控制問題以及模擬實驗和訓練。由于機電一體化系統越來越復雜，成本高，加上要考慮安全性要求，數字仿真技術在機電一體化系統中的系統分析、設計和調試尤為重要。14. 已知一系統結構如下圖所示，求系統傳遞函數 分析：整個方框圖等價于：首先，和 串聯，再與G4并聯，再加入

20、H反饋環節，再與G1串聯，最后再引入一個單位負反饋。其總方框傳遞函數如下：說明，控制系統方框圖的簡化15. 機電一體化系統的執行機構的多采用電動機作為驅動器件，在機電一體化反饋控制系統中，常用的電動機有                   和              

21、    兩種。機電一體化系統的執行機構的多采用電動機作為驅動器件，在機電一體化反饋控制系統中，常用的電動機有 直流伺服電動機 和 交流伺服電動機 兩種。16. 簡述直流電動機的機械特性？簡述直流電動機的機械特性？答：直流電動機的機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，直流電動機的電磁轉矩T與轉速n之間的關系。即： n=f(T).機械特性是直流電動機的一個重要特性。17. 控制系統從組成通路上分，可以分為          

22、;         和                   控制。控制系統從組成通路上分，可以分為 開環 和 閉環 控制。18. 在機電一體化控制系統設計中，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。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，

23、從而使系統減少誤差，但不能消除穩態誤差。比例系數的加大，會引起系統的不穩定。即比例控制作用雖然及時，快速，但存在靜態誤差，被控對象不能完全回復到給定值，故控制精度不高.I：調節器輸出信號的變化速度與偏差信號成正比。則可以消除靜態誤差。因為積分作用是隨時間的積累而逐漸增強，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），所有積分調節器的調節作用緩慢。即積分控制作用可以消除穩態誤差，但它有滯后作用，會使系統超調量增加，甚至引起系統振蕩。D：調節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的滯后。為減小滯后，可根據被控對象的變化趨勢來進行控制。19. 說明

24、智能系統與傳統系統能的主要區別？智能系統與傳統的系統的主要區別在于：1、學習能力。智能系統所具備的學校功能使系統具有對一個過程或未知環境所提供的信息進行識別、記憶、學習并利用積累的經驗進一步改善系統的能力。具有與人類學習功能相似的能力；2、適應能力。除包括對輸入輸出自適應估計外，還包括故障情況下自修復等功能，具有處理不確定環境的能力。3、組織能力。對應復雜任務和分散的傳感信息具有自組織和協調的功能，是系統具有主動性和靈活性。具有在任務要求范圍內進行自行決策。主動采取行動，當出現多目標沖突時，在一定限制下，各控制器可以在一定的范圍內自行解決。20. 屏蔽技術通常分為： 

25、60;                、                  、                 

26、; 和                  。參考答案：屏蔽技術通常分為：電磁屏蔽技術 、電場屏蔽技術 、 磁場屏蔽技術 和 電磁場屏蔽技術 。9. 舉例說明光機電一體化系統和機電一體化技術含義機電一體化技術的定義：是指機械技術、電子技術、傳感器和測試技術、接口技術、信息及控制技術、計算機技術、自動控制技術等相結合的一種綜合技術；機電一體化系統定義及理解：是指具有機電一體化技術的新型機電系統。是機械、電子、信

27、息技術的有機結合和應用。機電一體化系統體現整體性，它不是簡單機械系統、微電子系統、控制系統等系統的簡單組合或拼湊。而是由相互區別和相互作用的機械與光、電子部分有機結合在一起，為同一目的而完成特定功能的集合體。機電一體化的特點:集成性 最優設計 智能化 基于模型和控制 設計上基于并行的科學設計，系統更具有協同性10. 通常情況下，將系統模型可以分為兩大類：             和       &

28、#160;      。參考答案：通常情況下，將系統模型可以分為兩大類： 實驗模型 和 數學模型 。11. 研究系統的動態品質與特征時，通常有兩種數學模型描述方法：             和             。研究系統的動態品質與特征時，通常有兩種數學模型描述方法： 末

29、端描述法 和 內部描述法。12. 簡述基爾霍夫電流、電壓定理基爾霍夫電流定理：在一個閉環環路內，流入一個節點的電路的代數和等于流出此節點的電流代數和 基爾霍夫電壓定理：在一個閉環環路內，一個封閉路徑的所有電壓的代數和為零。13. 機電一體化反饋控制系統的主要組成部分是什么？反饋控制是將被控參數作為反饋信號引入系統輸入端，來控制系統。其結構如下圖：反饋控制系統的主要組成部分：控制器、執行機構、被控對象、檢測裝置及比較器。 1：檢測裝置，進行信號檢測和信息采集，如溫度，壓力，位置，速度等 2：執行機構，實現所要求的運動和動作，如電動機，液壓缸和液壓馬達，氣動

30、裝置等 3：控制器, 根據控制系統的控制目標和系統模型，接收傳感器所采集的輸入信息，通過控制律計算，最后得出控制輸出，并將其用于對執行機構的驅動 4：常見傳感器，光電開關，聲敏傳感器，壓電傳感器，溫度和濕度傳感器，扭矩傳感器，力傳感器，應變傳感器等14. 下圖RLC串聯電路。寫出輸出電壓與輸入電壓之間傳遞函數 根據基爾霍夫電壓定理，可以得出如下表達式      （1）式（1）為二階微分方程。 對式（1）進行拉氏變換，得到 RLC串聯電路的傳遞函數為       &#

31、160;  （2）15. 傳感器分辨率是？傳感器分辨率 分辨率定義為傳感器能檢測到的測量值的最小增量，也稱為測量的適應度。16. 測量準確度是？測量準確度 準確度表示測量值與實際值之間的偏差，它受限于儀器本身。如果未受實驗誤差的影響，就稱實驗為準確的，在實際應用中，準確度用真值的百分比表示，即：真值的百分比=（測量值-真值）/真值 （100）17. 一他勵直流電動機，額定電壓 UN=440 V，額定功率KW,額定電流，額定轉速r/min，電樞回路總電阻，額定勵磁電流，忽略電樞反應影響。試求：額定輸出轉矩和在額定電流時的電磁轉矩。參考答案： 18

32、. 在機電一體化系統數字PID控制器設計中，需要確定的控制器主要參數是                  、                 、         

33、0;       和                 。在機電一體化系統數字PID控制器設計中，需要確定的控制器主要參數是 比例系數、 積分系數 、 微分系數 和 采樣周期T 。19. 簡述AD、DA接口的功能, 并說明保持器應用的目的。答：AD接口的功能是將溫度、壓力等物理量經傳感器變成的電壓、電流等信號轉換為數字量。具體來說，包括如下階段：1：對物理信號

34、（通常為電壓信號進行采樣，并將其轉換成一個10至16位的二進制數；2：實現從模擬y(t)到采樣值y(kt)的轉換每隔 T秒時間間隔重復一次，T為采樣周期；3：y(kt)為采樣后的信號，為離散信號；DA接口是將二進制數字量轉換成電壓信號。包括如下階段：1：將離散信號u(kt)轉換成為連續信號u(t)并保持下來；2：將二進制數轉換成為模擬電壓值；3：零階保持(ZOH)將電壓值保持一個采樣周期；保持器的作用是保證在采用過程中，使被采用的信號能在電壓上保持一個采樣周期。從而保證后面的A/D轉換能獲得準備的數字。20. 在實際設計數字控制器時，采用周期的確定要考慮那些因素？需要考慮如下因素：（

35、1）符合采樣定理（2）考慮系統穩定性影響；采樣周期對系統的穩定性有直接影響，應在滿足系統穩定性的條件下選擇最大采用周期。（3）給定值與擾動信息頻率的影響； （4）計算機計算精度 （5）控制回路的影響 （6）執行機構的特征（7）閉環系統的頻帶范圍，要求采樣周期的頻率范圍要大于（25-100）系統的頻帶寬度。11. 光機電一體化系統的主要組成要素一個完善的機電一體化系統，一般由如下機構組成部分：機械系統部分 動力與驅動部分 執行機構部分 傳感器測試部分控制和信息處理部分          

36、   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。各要素（環節）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：信息必須符合規定模式傳遞能力轉換：包括執行器。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

37、化系統信息傳輸過程。上圖為機電一體化系統信號傳遞過程，系統中既有受控物理參量連續變化的模擬信號，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設計，需要進行機電一體化系統建模和仿真分析。并說明模型建立的兩種基本方式和他們的主要特點。答，機電一體化系統中，機械系統，電子系統已經其他

38、系統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，系統在給定條件下，完成一定的功能。因此，從結構上，系統復雜。與所有系統一樣，無論在系統設計還是分析，都需要進行實驗研究，以確保功能得以實現，各系統之間工作協調，信息交流通暢，執行可靠。因此，在實驗前，需要進行系統的描述，即建立系統模型，以便于從分析該模型得出整個系統的性能，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，物理模型是以系統間

39、的相似原理為基礎建立的。包括系統按比例縮小的實體模型。數學模型是用數學符號描述系統的數學表達式，系統屬性由變量表示。可以通過計算機方式進行仿真。14. 線性度是？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？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.&

40、#160;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                、                、              &

41、#160; 、                、                及                等處理。參考答案：傳感器的接口電路主要