光機電一體化與控制

一、填空題模糊化接口和模糊推理機和化三部分組成。機電控制系統(tǒng)性能指標主要包括：上升時間 超調(diào)量 和穩(wěn)定時間和 穩(wěn)定誤四項。在機電一體化系統(tǒng)建模過程中，機械系統(tǒng)主要有三個基本元件：質(zhì)量、彈簧 和。在機電一體化系統(tǒng)數(shù)字PID控制器設(shè)計中，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)采樣周期二、簡答題1、簡述基爾霍夫電流、電壓定理?；鶢柣舴螂娏鞫ɡ恚涸谝粋€閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，流入一個節(jié)點的電路的代數(shù)和等于流出此節(jié)點的電流代數(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。2、機電一體化相關(guān)主要技術(shù)有哪些?答：關(guān)鍵技術(shù)主要包括：系統(tǒng)總體技術(shù)、機械技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、計算機與信息技術(shù)自動控制技術(shù)及伺服傳動技術(shù)。算機設(shè)計、有限元分析和制造等技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)代機械系統(tǒng)設(shè)計和制造。統(tǒng)的受感器，是機電一體化系統(tǒng)達到更高水平的保證。個部件和環(huán)境狀態(tài)的核心。氣動、液壓各種類型的傳動裝置。三、論述題：1、在實際設(shè)計數(shù)字控制器時，采用周期的確定要考慮那些因素？答：需要考慮如下因素：符合采樣定理定性的條件下選擇最大采用周期。給定值與擾動信息頻率的影響；計算機計算精度控制回路的影響執(zhí)行機構(gòu)的特征度。2、簡述為什么在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計，需要進行機電一體化系統(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。答，機電一體化系統(tǒng)中，機械系統(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（等信號轉(zhuǎn)換為電壓或電流，建模的方式通常被分為兩大類，物理模型和數(shù)學模型，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)按比例縮小的實體模型。數(shù)學模型是用數(shù)學符號描述系統(tǒng)的數(shù)學表達式，系統(tǒng)屬性由變量表示?？梢酝ㄟ^計算機方式進行仿真。3、論述模擬信息數(shù)字化的基本原理。答：機電一體化系統(tǒng)所涉及的信號有兩類，連續(xù)信號（模擬信息）算機或微處理器的信息和控制都是基于數(shù)字信號信息，而往往系統(tǒng)輸入或輸出確實模擬信號數(shù)字化的第一步是在時間上對信號進行離散化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。四、綜合題：1、以下圖所示，汽車的正運動方向如圖，假定發(fā)動機的牽引力為u,忽略汽車車輪的旋轉(zhuǎn)慣量，假設(shè)阻礙汽車運動的摩擦力與汽車速度成正比，求：：畫出汽車的巡航控制的自由體圖；：寫出其運動方程；V(s)/U(s)；（置為。答題要點自由體圖,x,,摩擦力摩擦力mu巡航系統(tǒng)自由體圖運動方程及傳遞函數(shù)應(yīng)用牛頓運動定律，建立如下方程：u-b

m,

,,b

, u或 m m由于汽車巡航控制，其被控目標參數(shù)是速度,其運動方程為： b v um m求解該方程，實際上假定解的形式為：

vV0

est輸入形式為：則可得到：b 1

uUest00（sm）Vestm0

est0消去 est 可得到下式：1 1V m V(s) m 0 U0

sbm

U(s)

sbm上式即為描述系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的傳遞函數(shù)vvu1ms m實際上，傳遞函數(shù)中把最初方程中的的d/dt即v中的隱含的)用取代了。執(zhí)行機構(gòu)：發(fā)動機，被控對象及變量參數(shù)：汽車速度；控制器，汽車內(nèi)速度控制單元（單片機或其他嵌入式系統(tǒng)）狀態(tài)方程運動方程描述

,, b , u1：首先把描述被控對象的微分方程x xm m

表示為一組一階方程。把汽車位置x和速度v作為狀態(tài)變量。則：

X x v2：方程可表達為：

xv,, b 1,v v um m,3：按標準形式 xFx,

表示上述方程為：, 1 x 0x

b 1 , v v

4：系統(tǒng)輸出是汽車位置y=x1=x，用矩陣表示：y

0xv v 或y Hx5：得到其系統(tǒng)狀態(tài)變量形式各矩陣為：1 Fb

0G1

HJ02U2一他勵直流電動機，額定電壓

N=440V，額定功率P

KW,額定電流NI 250A，額定轉(zhuǎn)速nNN

500r/min，電樞回路總電阻Ra

0.078，額定勵磁電流I 5A，忽略電樞反應(yīng)影響。試求：額定輸出轉(zhuǎn)TfN 2

和在額定電流時的電磁轉(zhuǎn)矩T。解：計算額定輸出轉(zhuǎn)矩T ：2N30P P

96103T P 2N N

nN9.55N

9.55

500

1833.5Nm計算在額定電流時的電磁轉(zhuǎn)矩T：30PTPN

NnP PN

NE IeNNE