光機(jī)電一體化控制技術(shù)

1、光機(jī)電一體化控制技術(shù)第1次作業(yè)（注意：若有主觀題目，請按照題目，離線完成，完成后紙質(zhì)上交學(xué)習(xí)中心，記錄成績。在線只需提交客觀題答案。)本次作業(yè)是本門課程本學(xué)期的第1次作業(yè)，注釋如下：一、單項(xiàng)選擇題(只有一個選項(xiàng)正確，共9道小題)1.機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心是（       ）。  (A) 動力部分  (B) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)  (C) 控制器  (D) 接口正確答案：C解答參考：2.模擬信號數(shù)字化的第一步是在時間上對信

2、號進(jìn)行（     ）處理。  (A) 量化處理  (B) 采樣離散化處理  (C) 編碼處理  (D) 調(diào)制處理正確答案：B解答參考：3.數(shù)字信號是對時間離散模擬信號進(jìn)行（     ）處理后得到的。  (A) 量化處理  (B) 采樣離散化處理  (C) 編碼處理  (

3、D) 調(diào)制處理正確答案：A解答參考：4.機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)模型建立主要是基于如下定律（      ）。  (A) 牛頓定一運(yùn)動定律  (B) 牛頓定二運(yùn)動定律  (C) 牛頓定三運(yùn)動定律  (D) 萬有引力定律正確答案：B解答參考：5.適合應(yīng)用傳遞函數(shù)描述的系統(tǒng)是（           ）。 &

4、#160;(A) 單輸入，單輸出線性定常系統(tǒng)；  (B) 單輸入，單輸出線性時變系統(tǒng)  (C) 單輸入，單輸出的定常系統(tǒng)；  (D) 非線性系統(tǒng)正確答案：A解答參考：6. 在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)模型建立過程中彈簧力與質(zhì)量體運(yùn)動的（   ）成正比。  (A) 位移  (B) 速度  (C) 加速度  (D) 摩擦正確答案：A解答參考：7.智能傳感

5、器主要硬件結(jié)構(gòu)是指將敏感元件與（           ）相結(jié)合。  (A) 放大器  (B) 濾波器  (C) 微處理器  (D) 控制器正確答案：C解答參考：8.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，根據(jù)控制信息和指令完成所要求的動作這一功能的是（     ）。  (A) 機(jī)械本體  (

6、B) 動力部分  (C) 控制器  (D) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)正確答案：D解答參考：9.由電信號處理部分和液壓功率輸出部分組成的控制系統(tǒng)是（      ）  (A) 交流伺服系統(tǒng)  (B) 直流伺服系統(tǒng)  (C) 電液伺服系統(tǒng)  (D) 步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)正確答案：C解答參考：二、不定項(xiàng)選擇題(有不定個選項(xiàng)正確，共5道小題)10.電路系統(tǒng)的動態(tài)模型建立主要是

7、基于如下定理（       ）。不選全或者選錯，不算完成  (A) 奈奎斯特定理     (B) 基爾霍夫電壓定理  (C) 歐姆定理   (D) 基爾霍夫電流定理  (E) 終值定理正確答案：B D解答參考：11.傳感器的種類按工作原理分可以分為（       

8、60;）。不選全或者選錯，不算完成  (A) 結(jié)構(gòu)型             (B) 開關(guān)型  (C) 物型型   (D)  數(shù)字型正確答案：A C解答參考：12.模擬信息處理電路一般包括（       ）。不選全或者選錯，不算完成  (A) 放大&

9、#160; (B) 濾波    (C) 補(bǔ)償  (D) D/A轉(zhuǎn)換  (E) 驅(qū)動電路正確答案：A B C E解答參考：13.在數(shù)字控制系統(tǒng)中，控制器前向通路上一般需要對控制信號進(jìn)行（       ）處理；不選全或者選錯，不算完成  (A) A/D采樣      (B) 采樣保持 

10、0;   (C) 量化處理  (D) D/A轉(zhuǎn)換     (E) 信號同一化處理正確答案：A B C解答參考：14.抑制干擾的措施很多，主要包括（  ）不選全或者選錯，不算完成  (A) 屏蔽  (B) 隔離   (C) 濾波  (D) 接地和軟件處理等方法正確答案：A B C D解答參考：三、判斷題(判斷正誤，共1道小題)15

11、. 機(jī)電一體化系統(tǒng)就是機(jī)械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)簡單合于一起的系統(tǒng)。正確答案：說法錯誤解答參考：（注意：若有主觀題目，請按照題目，離線完成，完成后紙質(zhì)上交學(xué)習(xí)中心，記錄成績。在線只需提交客觀題答案。)四、主觀題(共5道小題)16. 機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)有那些?參考答案：機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)有那些答：關(guān)鍵技術(shù)主要包括：系統(tǒng)總體技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)自動控制技術(shù)及伺服傳動技術(shù)。系統(tǒng)總體技術(shù)：基于系統(tǒng)總線技術(shù)使機(jī)電一體化系統(tǒng)高度集成化、信息化、可靠性及實(shí)時性得到保證。機(jī)電一體化系統(tǒng)的多功能、高精度、高效能要求和多技術(shù)領(lǐng)域交叉特點(diǎn)，使系統(tǒng)本身和開發(fā)設(shè)計(jì)變得

12、復(fù)雜，系統(tǒng)總體性能不僅與各構(gòu)成要素功能、精度、性能相關(guān)，還與各構(gòu)成要素之間的相互協(xié)調(diào)和融合相關(guān)。系統(tǒng)總體技術(shù)即以整體為概念，組織應(yīng)用各相關(guān)技術(shù)、從全局和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，通過協(xié)調(diào)和組織各個組成單元的技術(shù)方案，并找出最優(yōu)總體技術(shù)方案。機(jī)械技術(shù)：是機(jī)電一體化基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、材料、性能的要求。主要包括：機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)學(xué)，材料，工藝等技術(shù)。機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，通過現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、有限元分析和制造等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造。傳感器和檢測技術(shù)：傳感器裝置是系統(tǒng)的感受器，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，檢測，調(diào)節(jié)的關(guān)鍵部件，主要包括：傳感器技術(shù)，物理，信息

13、檢測與處理，數(shù)字信號處理技術(shù)等。傳感檢測裝置是系統(tǒng)的受感器，是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到更高水平的保證。計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)：通過采集，處理，分析機(jī)電一體化各種參數(shù)和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)電一體化系統(tǒng)的檢測，控制和智能決策。主要包括：計(jì)算機(jī)技術(shù)，人工智能技術(shù)，軟件技術(shù)，微電子技術(shù)，硬件技術(shù)，電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)等。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，與各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動控制有關(guān)的信息輸入、交換識別、存取運(yùn)算、判斷及決策均屬于該技術(shù)領(lǐng)域。機(jī)電一體化系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)與信息處理裝置是系統(tǒng)的核心。它是控制和指揮整個系統(tǒng)運(yùn)行，了解各個部件和環(huán)境狀態(tài)的核心。自動控制技術(shù)：控制技術(shù)是在無人直接參與的情況下，通過控制器實(shí)現(xiàn)被控對象或過程自動

14、按規(guī)律運(yùn)行。主要技術(shù)包括：系統(tǒng)建模，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和方法，系統(tǒng)仿真。自動控制作為機(jī)一體化系統(tǒng)中重要支撐技術(shù)，是其核心組成部分?？刂萍夹g(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)在無人直接參與的環(huán)境下，通過控制器完成預(yù)定控制目標(biāo)的技術(shù)保證。伺服傳動技術(shù)：主要是指機(jī)電一體化系統(tǒng)在執(zhí)行元件的驅(qū)動裝置設(shè)計(jì)技術(shù)，伺服裝置包括電動，氣動及液壓等，是實(shí)現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換裝置。對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要執(zhí)行部件，擔(dān)負(fù)著機(jī)電一體化系統(tǒng)的最終功能實(shí)現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換和控制裝置和部件。伺服驅(qū)動系統(tǒng)包括：電氣、氣動、液壓各種類型的傳動裝置。17. 為什么采用機(jī)電一體

15、化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度?參考答案：為什么采用機(jī)電一體化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度?     答：機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械傳動部分減少，因而使機(jī)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(shù)實(shí)現(xiàn)自動檢測，控制，補(bǔ)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(jī)電一體化系統(tǒng)建模過程中，電路系統(tǒng)主要有三個基本元件：              、  

16、60;            和               。參考答案：在機(jī)電一體化系統(tǒng)建模過程中，電路系統(tǒng)主要有三個基本元件：   電阻            、電容 

17、;         和      電感        。19. 傳感器從結(jié)構(gòu)上一般由              、         

18、;      、               三部分組成。參考答案：傳感器從結(jié)構(gòu)上一般由 敏感元件  、 轉(zhuǎn)換元件  、 接口電路 三部分組成。 20. 放大器主要技術(shù)指標(biāo)包括：         &#

19、160;      、                 、                 及         

20、;       參考答案：放大器主要技術(shù)指標(biāo)包括： 放大倍數(shù) 、 輸入阻抗  、輸出阻抗  及 通頻帶  光機(jī)電一體化控制技術(shù)第2次作業(yè)（注意：若有主觀題目，請按照題目，離線完成，完成后紙質(zhì)上交學(xué)習(xí)中心，記錄成績。在線只需提交客觀題答案。)本次作業(yè)是本門課程本學(xué)期的第2次作業(yè)，注釋如下：一、單項(xiàng)選擇題(只有一個選項(xiàng)正確，共5道小題)1.機(jī)電一體化系統(tǒng)中，根據(jù)控制信息和指令完成所要求的動作這一功能的是（  &

21、#160;   ）。  (A) 機(jī)械本體  (B) 動力部分  (C) 控制器  (D) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)正確答案：D解答參考：2.PCM是指（      ）。  (A) 脈幅調(diào)制  (B) 脈寬調(diào)制  (C) 脈位調(diào)制  (D) 脈沖編碼調(diào)制正確答案：D解答參考：3.傳感器在

22、機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要用于(         )。  (A) 控制  (B) 檢測  (C) 計(jì)算  (D) 編碼正確答案：B解答參考：4.在數(shù)字控制中，保持器的主要作用是（           ）：   (A) 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 

23、 (B) 改善系統(tǒng)動態(tài)性能  (C) 采樣電壓值保持一個采樣周期；  (D) 消除系統(tǒng)干擾  (E) 提高抗干擾能力正確答案：C解答參考：5.在下列那種情況下,控制系統(tǒng)不穩(wěn)定（        ）。  (A) 極點(diǎn)位于S平面的右邊  (B) 極點(diǎn)位于S平面的左邊  (C) 極點(diǎn)位于S平面的原點(diǎn)  (D

24、) 極點(diǎn)位于S平面的虛軸上正確答案：A解答參考：二、不定項(xiàng)選擇題(有不定個選項(xiàng)正確，共1道小題)6.在時域里描述系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的主要指標(biāo) (         )不選全或者選錯，不算完成  (A) 上升時間  (B) 超調(diào)量  (C) 穩(wěn)定時間  (D) 穩(wěn)態(tài)誤差  (E) 調(diào)節(jié)時間   (F) 系統(tǒng)帶寬正確答案

25、：A B C D E解答參考：（注意：若有主觀題目，請按照題目，離線完成，完成后紙質(zhì)上交學(xué)習(xí)中心，記錄成績。在線只需提交客觀題答案。)四、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)          ，          、          、   &#

26、160;     ，          、          趨勢參考答案：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？參考答案：機(jī)電一體化系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢？l  模塊化

27、：設(shè)備和零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，功能模塊化。l  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.         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(jì)算機(jī)與信息處理，控制論在系統(tǒng)中占據(jù)中心位置。2.   &#

28、160;     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(yùn)籌學(xué)，計(jì)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)。3.         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。l  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。l  微型化：隨著微機(jī)械電子系統(tǒng)

29、（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(shí)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(yùn)動靈活等特點(diǎn)。l  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(jì)和應(yīng)用具有遠(yuǎn)大的前途。l  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            &

30、#160;和              。參考答案：光機(jī)電一體化系統(tǒng)所涉及的信號有兩類  模擬信號     和    數(shù)字信號  。10. 論述模擬信息數(shù)字化的基本原理。參考答案：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(jì)算機(jī)或微處理器的信息和控制都是基于

31、數(shù)字信號（0.1）信息，而往往系統(tǒng)輸入或輸出確實(shí)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)的數(shù)學(xué)模型一般按特征分類，常見的有 &#

32、160;             和                ，               和     

33、;           ，                和                ，      &#

34、160;         和                。參考答案：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

35、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：               、               和             &

36、#160; 。參考答案：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)仿真的目的和意義參考答案：答：機(jī)電一體化系統(tǒng)分析

37、和設(shè)計(jì)中，常用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)最佳的設(shè)計(jì)和最佳控制問題以及模擬實(shí)驗(yàn)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(jì)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)參考答案：分析：整個方框圖等價于：首先，和 串

38、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                   和           &

39、#160;      兩種。參考答案：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？參考答案：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.

40、 控制系統(tǒng)從組成通路上分，可以分為                   和                   控制。參考答案：控制系統(tǒng)從組成通路上分，可以分為  開環(huán)  

41、;和  閉環(huán)  控制。18. 在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)。參考答案：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?yàn)榉e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

42、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？參考答案：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(yàn)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(jì)外，還包括故障情況下自修

43、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)的功能，是系統(tǒng)具有主動性和靈活性。具有在任務(wù)要求范圍內(nèi)進(jìn)行自行決策。主動采取行動，當(dāng)出現(xiàn)多目標(biāo)沖突時，在一定限制下，各控制器可以在一定的范圍內(nèi)自行解決。20. 屏蔽技術(shù)通常分為：                  、        &#

44、160;         、                  和                  。參考答案：屏蔽技術(shù)通常分為：電磁屏蔽技術(shù)

45、60; 、電場屏蔽技術(shù) 、 磁場屏蔽技術(shù) 和 電磁場屏蔽技術(shù)  。光機(jī)電一體化控制技術(shù)第3次作業(yè)（注意：若有主觀題目，請按照題目，離線完成，完成后紙質(zhì)上交學(xué)習(xí)中心，記錄成績。在線只需提交客觀題答案。)本次作業(yè)是本門課程本學(xué)期的第3次作業(yè)，注釋如下：一、單項(xiàng)選擇題(只有一個選項(xiàng)正確，共5道小題)1.經(jīng)采樣后的信息屬于（      ）。  (A) 數(shù)字信號  (B) 離散化的模擬信號  (C

46、) 連續(xù)模擬信號  (D) 調(diào)制信號正確答案：B解答參考：2.電橋是用來測量傳感器的電阻、電容或電感變化的電路，它是將這些參量的變化變換為電壓或電流信號變化的電路。全橋的電壓靈敏度比單橋提高了(         )倍。  (A) 1  (B) 2  (C) 4  (D) 8正確答案：C解答參考：3.將脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行元件是（ &

47、#160;  ）  (A) 旋轉(zhuǎn)變壓器  (B) 交流伺服電動機(jī)  (C) 步進(jìn)電動機(jī)  (D) 光電編碼盤正確答案：C解答參考：4.當(dāng)直流伺服電動機(jī)外加電壓等于額定電壓，勵磁電流等于額定電流時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨控制電流變化的關(guān)系曲線稱(        )  (A) 直流伺服電動機(jī)機(jī)械特性  (B) 動態(tài)特性 &

48、#160;(C) 失靈區(qū)  (D) 直流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速特性正確答案：D解答參考：5.電路各部分公共導(dǎo)線阻抗、地阻抗和電源內(nèi)阻壓降相互耦合形成的干擾，稱為（      ）  (A) 靜電干擾  (B) 磁場耦合干擾  (C) 共阻抗感應(yīng)干擾  (D) 電磁輻射干擾正確答案：C解答參考：二、不定項(xiàng)選擇題(有不定個選項(xiàng)正確，共3道小題)6.一個典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本

49、要素（       ）。不選全或者選錯，不算完成  (A) 機(jī)械本體    (B) 動力與驅(qū)動部分   (C) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)   (D) 控制及信息處理部分正確答案：A B C D解答參考：7.機(jī)電一體化的高性能化一般包含（      ）。不選全或者選錯，不算完成  (A) 高速化&

50、#160;   (B) 高精度  (C) 高效率       (D) 高可靠性。正確答案：A B C D解答參考：8.采用負(fù)反饋形式連接后（     ）：不選全或者選錯，不算完成  (A) 一定能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定；  (B) 系統(tǒng)動態(tài)性能一定會提高；  (C) 需要調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，才能改善系統(tǒng)性能；

51、0; (D) 一定能使干擾引起的誤差逐漸減小，最后完全消除。  (E) 提高系統(tǒng)抗干擾能力正確答案：C E解答參考：（注意：若有主觀題目，請按照題目，離線完成，完成后紙質(zhì)上交學(xué)習(xí)中心，記錄成績。在線只需提交客觀題答案。)四、主觀題(共12道小題)9. 舉例說明光機(jī)電一體化系統(tǒng)和機(jī)電一體化技術(shù)含義參考答案：機(jī)電一體化技術(shù)的定義：是指機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器和測試技術(shù)、接口技術(shù)、信息及控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)等相結(jié)合的一種綜合技術(shù)；機(jī)電一體化系統(tǒng)定義及理解：是指具有機(jī)電一體化技術(shù)的新型機(jī)電系統(tǒng)。是機(jī)械、電子、信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合

52、和應(yīng)用。機(jī)電一體化系統(tǒng)體現(xiàn)整體性，它不是簡單機(jī)械系統(tǒng)、微電子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等系統(tǒng)的簡單組合或拼湊。而是由相互區(qū)別和相互作用的機(jī)械與光、電子部分有機(jī)結(jié)合在一起，為同一目的而完成特定功能的集合體。機(jī)電一體化的特點(diǎn)集成性最優(yōu)設(shè)計(jì)智能化基于模型和控制設(shè)計(jì)上基于并行的科學(xué)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)更具有協(xié)同性10. 通常情況下，將系統(tǒng)模型可以分為兩大類：             和        

53、60;     。參考答案：通常情況下，將系統(tǒng)模型可以分為兩大類： 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?#160;    和 數(shù)學(xué)模型      。11. 研究系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)與特征時，通常有兩種數(shù)學(xué)模型描述方法：             和      &#

54、160;      。參考答案：研究系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)與特征時，通常有兩種數(shù)學(xué)模型描述方法：  末端描述法 和 內(nèi)部描述法。12. 簡述基爾霍夫電流、電壓定理參考答案：基爾霍夫電流定理：在一個閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，流入一個節(jié)點(diǎn)的電路的代數(shù)和等于流出此節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和      基爾霍夫電壓定理：在一個閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，一個封閉路徑的所有電壓的代數(shù)和為零。13. 機(jī)電一體化反饋控制系統(tǒng)的主要組成部分是什么？參考答案：反饋控制是將被控參數(shù)作

55、為反饋信號引入系統(tǒng)輸入端，來控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如下圖：反饋控制系統(tǒng)的主要組成部分：控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對象、檢測裝置及比較器。  1：檢測裝置，進(jìn)行信號檢測和信息采集，如溫度，壓力，位置，速度等  2：執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動和動作，如電動機(jī)，液壓缸和液壓馬達(dá)，氣動裝置等  3：控制器, 根據(jù)控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)和系統(tǒng)模型，接收傳感器所采集的輸入信息，通過控制律計(jì)算，最后得出控制輸出，并將其用于對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動  4：常見傳感器，光電開關(guān)，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(yīng)

56、變傳感器等14. 下圖RLC串聯(lián)電路。寫出輸出電壓與輸入電壓之間傳遞函數(shù)參考答案：根據(jù)基爾霍夫電壓定理，可以得出如下表達(dá)式      （1）式（1）為二階微分方程。    對式（1）進(jìn)行拉氏變換，得到 RLC串聯(lián)電路的傳遞函數(shù)為          （2）15. 傳感器分辨率是？參考答案：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(yīng)度。16

57、. 測量準(zhǔn)確度是？參考答案：測量準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度表示測量值與實(shí)際值之間的偏差，它受限于儀器本身。如果未受實(shí)驗(yàn)誤差的影響，就稱實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)確的，在實(shí)際應(yīng)用中，準(zhǔn)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(jī)，額定電壓 UN=440 V，額定功率KW,額定電流，額定轉(zhuǎn)速r/min，電樞回路總電阻，額定勵磁電流，忽略電樞反應(yīng)影響。試求：額定輸出轉(zhuǎn)矩和在額定電流時的電磁轉(zhuǎn)矩。參考答案：18. 在機(jī)電一體化系統(tǒng)數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)中，需要確定的控制器主要參數(shù)是    &

58、#160;             、                 、                 和 

59、0;               。參考答案：在機(jī)電一體化系統(tǒng)數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)中，需要確定的控制器主要參數(shù)是  比例系數(shù)、 積分系數(shù) 、 微分系數(shù) 和  采樣周期T 。19. 簡述AD、DA接口的功能, 并說明保持器應(yīng)用的目的。參考答案：答：AD接口的功能是將溫度、壓力等物理量經(jīng)傳感器變成的電壓、電流等信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。具體來說，包括如下階段：

60、1：對物理信號（通常為電壓信號進(jìn)行采樣，并將其轉(zhuǎn)換成一個10至16位的二進(jìn)制數(shù)；2：實(shí)現(xiàn)從模擬y(t)到采樣值y(kt)的轉(zhuǎn)換每隔 T秒時間間隔重復(fù)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(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓信號。包括如下階段：1：將離散信號u(kt)轉(zhuǎn)換成為連續(xù)信號u(t)并保持下來；2：將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換能獲得準(zhǔn)備的數(shù)字。20. 在實(shí)際設(shè)計(jì)數(shù)字控制器時，采用周期的確定要考慮那些因

61、素？參考答案：需要考慮如下因素：（1）符合采樣定理（2）考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性影響；采樣周期對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有直接影響，應(yīng)在滿足系統(tǒng)穩(wěn)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(jì)算機(jī)計(jì)算精度（5）控制回路的影響（6）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特征（7）閉環(huán)系統(tǒng)的頻帶范圍，要求采樣周期的頻率范圍要大于（25-100）系統(tǒng)的頻帶寬度。光機(jī)電一體化控制技術(shù)第4次作業(yè)（注意：若有主觀題目，請按照題目，離線完成，完成后紙質(zhì)上交學(xué)習(xí)中心，記錄成績。在線只需提交客觀題答案。)本次作業(yè)是本門課程本學(xué)期的第4次作業(yè)，注釋如下：一、單項(xiàng)選擇題(只有一個選項(xiàng)正確，共5道小題)1.在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)模型建立過程中，慣

62、性力與質(zhì)量體運(yùn)動的（   ）成正比  (A) 位移  (B) 速度  (C) 加速度  (D) 摩擦正確答案：C解答參考：2. 在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)模型建立過程中,阻尼與質(zhì)量體運(yùn)動的（      ）成正比。  (A) 位移  (B) 速度  (C) 加速度  (D)

63、0;摩擦正確答案：B解答參考：3.衡量放大器放大能力的指標(biāo)是（          ）。  (A) 輸入阻抗  (B) 放大倍數(shù)  (C) 輸出阻抗  (D) 通頻帶正確答案：B解答參考：4. 在設(shè)計(jì)數(shù)字控制器的過程中，我們需要通過采樣定理來確定系統(tǒng)的采樣周期，采樣周期的選擇要符合采用定理，即采樣頻率必須大于輸入信息所包含最高頻率的 （  

64、     ）倍。、  (A) 2  (B) 4  (C) 5  (D) 10正確答案：A解答參考：5.在數(shù)字控制中，被控對象或控制器控制律主要是由（           ）描述。  (A) 微分方程  (B) 差分方程  (C) 

65、積分方程  (D) 偏分方程正確答案：B解答參考：二、不定項(xiàng)選擇題(有不定個選項(xiàng)正確，共5道小題)6.光機(jī)電一體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則主要包括（     ）。不選全或者選錯，不算完成  (A) 機(jī)電互補(bǔ)原則   (B) 功能優(yōu)化原則  (C) 自動化原則  (D) 效益最大原則  (E) 開放性原則正確答案：A B C D E解答參考：7.衡量傳感器品質(zhì)主要參數(shù)包括：（&#

66、160;       ）。不選全或者選錯，不算完成  (A) 靈敏度    (B) 分辨力  (C) 準(zhǔn)確度  (D) 精確度  (E) 重復(fù)性  (F) 線性度正確答案：A B C D E F解答參考：8.載荷是執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算過程的一項(xiàng)重要原始數(shù)據(jù)，在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，典型載荷是指在機(jī)構(gòu)上的（   ）

67、。不選全或者選錯，不算完成  (A) 摩擦載荷   (B) 慣性載荷  (C) 外載荷     (D) 各種環(huán)境載荷正確答案：A B C D解答參考：9.描述控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要包括（        ）不選全或者選錯，不算完成  (A) 對常值或“偏離”擾動信號所允許的穩(wěn)態(tài)誤差  (B) 對多項(xiàng)式

68、參考輸入信號，如躍階信號和斜坡信號，所允許的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差。  (C) 系統(tǒng)多模型參數(shù)變化的靈敏度  (D) 控制系統(tǒng)階數(shù)  (E) 系統(tǒng)在躍階參考輸入或擾動輸入時的動態(tài)特性，如上升時間，超調(diào)量等正確答案：A B C E解答參考：10.按照在電路中所處的位置和作用不同來分，濾波器可分為（      ）不選全或者選錯，不算完成  (A) 信號濾波   (B) 電源濾波  

69、(C) EMI濾波    (D) 電源去藕濾波  (E) 諧波濾波        (F) 高通濾波正確答案：A B C D E解答參考：（注意：若有主觀題目，請按照題目，離線完成，完成后紙質(zhì)上交學(xué)習(xí)中心，記錄成績。在線只需提交客觀題答案。)四、主觀題(共10道小題)11. 光機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要組成要素參考答案：一個完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，一般由如下機(jī)構(gòu)組成部分：機(jī)械系統(tǒng)部分動力與驅(qū)動部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分傳感器測

70、試部分控制和信息處理部分如圖所示：             機(jī)電一體化五大基本要素結(jié)構(gòu)組成要素動力組成要素運(yùn)動組成要素感知組成要素智能要素基本要素內(nèi)部及各要素之間，通過接口耦合、運(yùn)動傳遞、物質(zhì)流動、信息控制、能量轉(zhuǎn)換有機(jī)結(jié)合，集成一個完整的系統(tǒng)。各要素（環(huán)節(jié)）之間必須遵循接口耦合、物質(zhì)流動、信息控制、能力轉(zhuǎn)換的四大原則，完成如下內(nèi)容：變換：信息及信號變換，放大：控制信息實(shí)現(xiàn)控制及能力匹配耦合：信息必須符合規(guī)定模式傳遞能力轉(zhuǎn)換：包括執(zhí)行器。驅(qū)動器各要素之間的不同能力轉(zhuǎn)

71、換信息及控制：完成數(shù)據(jù)采集，分析，判斷，決策及控制，知識驅(qū)動等運(yùn)動傳遞：各要素之間不同運(yùn)動的變化和傳輸以及運(yùn)動控制目的12. 論述機(jī)電一體化系統(tǒng)信息傳輸過程。參考答案：上圖為機(jī)電一體化系統(tǒng)信號傳遞過程，系統(tǒng)中既有受控物理參量連續(xù)變化的模擬信號，又有計(jì)算機(jī)等數(shù)字裝置所能處理的離散數(shù)字信號。在系統(tǒng)中，數(shù)字控制器產(chǎn)生控制策略，也就是負(fù)責(zé)接收給定指令，采集傳感器的反饋信號，按一定的控制規(guī)律計(jì)算出數(shù)字形式的控制信號，如其輸入是經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的時間誤差e(t)的二進(jìn)制數(shù)字信號e(kT) ,其輸出是二進(jìn)制控制策略信號m(kT).經(jīng)過伺服放大后驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)并跟蹤給定指令運(yùn)動。13. 簡述為

72、什么在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)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(diǎn)。參考答案：答，機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械系統(tǒng)，電子系統(tǒng)已經(jīng)其他系統(tǒng)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(zhuǎn)換為電壓或電流，系統(tǒng)在給定條件下，完成一定的功能。因此，從結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)復(fù)雜。與所有系統(tǒng)一樣，無論在系統(tǒng)設(shè)計(jì)還是分析，都需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以確保功能得以實(shí)現(xiàn)，各系統(tǒng)之間工作協(xié)調(diào)，信息交流通暢，執(zhí)行可靠。因此，在實(shí)驗(yàn)前，需要進(jìn)行系統(tǒng)的描述，即建立系統(tǒng)模型，以便于從分析該模型得出整個系統(tǒng)的性能，功能指標(biāo)。利用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(dá)到對真實(shí)系統(tǒng)的了解和分析。從而減少費(fèi)用，降低風(fēng)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(shù)學(xué)模型，物理模型是以系統(tǒng)間的相似原理為基礎(chǔ)建立的。包括系統(tǒng)按比例縮小的實(shí)體模型。數(shù)學(xué)模型是用數(shù)學(xué)符號描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)