三、主觀題(共14道小題)

7.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？

答：

模塊化：設備和零部件的通用化和標準化，功能模塊化。

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.

2.

3.

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。

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。

擬人性：模擬人的思維，具有基本的學習和判斷能力，從而具有一定的推理，決策

功能。

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。

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。

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。

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.光機電一體化系統所涉及的信號有兩類

10.論述模擬信息數字化的基本原理。

模擬信號

和

數字信號

。

答：

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：質量

、彈簧和阻尼。

13.簡述系統仿真的目的和意義

答：機電一體化系統分析和設計中，常用系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

答：

分析：整個方框圖等價于：首先，Ｇ２和Ｇ３串聯，再與G4并聯，再加入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？

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

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。

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.說明智能系統與傳統系統能的主要區別？

答：

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