机电一体化技术答案.doc

长安大学2009—2010学年第１学期 《机电液一体化技术》试题（A卷）答案 一、简答体（30分） (3分）机电一体化的基本结构要素。 　　答：机电一体化产品由以下五个基本要素构成： 　　（１）机械本体； 　　（２）动力源； 　　（３）检测与传感装置； 　　（４）控制与信息处理装置； 　　（５）执行机构. （4分）机电一体化机械系统执行机构的性能要求． 　　答：机电一体化产品的执行机构是实现其主动能的重要环节，它能快速地完成预期的动作并具有响应速度快、动态特性好、动静态精度高、动作灵敏度高等特点． （４分）机电一体化机械系统导向机构的性能要求． 　　答：机电一体化机械系统导向机构是导轨，它有以下几个方面的要求： 　　（１）导向精度； 　　（２）耐磨性； 　　（３）疲劳和压溃； 　　（４）刚度； 　　（５）低速运动平稳性： 　　（６）机构工艺性． （4分）闭环司服系统的机构原理框图。 （4分）步进电动机的主要参数及特性． 　　答：主要有以下一些参数和特性： 　　（１）步距误差； （２）最大静转矩； （３）启动炬频特性； 　　（４）启动惯频特性； 　　（５）运动炬频特性； 　　（６）步进运行和低频振荡； （4分）闭环司服系统结构方块图． 　　答： （3分）数字滤波的基本方法。 答：数字滤波的基本方法有：中值滤波、算术平均滤波、滑动平均滤波、低通滤波。 （4分）机电一体化总体设计的主要内容。 答：机电一体化总体设计包括以下几个内容： （1）技术资料准备； （2）性能指标确定； （3）总体方案拟定。 问答题（70分） 1、 （15分）用示意图表示包括人机接口和机电接口的机电一体化系统的基本组成，并回答下列问题： （1）分别简要说明人机接口和机电接口的功能； （2) 分别列出人机接口和机电接口中常用接口； （3）谈谈你对机电一体化系统接口设计的认识。 答： 机电一体化系统的基本组成： （1）人机接口的功能包括：操作者通过输出接口对系统的运行状态、各种参数进行监测，通过输入接口向系统输入各种命令及控制参数对系统进行控制； 机电接口的功能包括：控制微机通过信息采集接口接受传感器输出信号，检测机械系统运行参数，经过运算处理后发出有关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动执行元件来调节机械系统的运行状态，按其要求动作； （2）人机接口中常用的接口分为输入接口和输出接口，输入接口中常用的接口有开关输入接口、拨盘输入接口、键盘输入接口；输出接口中常用的接口有二极管显示器接口、打印机接口、CRT显示器接口、扬声器接口； 机电接口中常用的接口分为信息采集接口和控制量输出接口，信号采集接口中常用的接口有A/D转换接口，控制量输出接口中常用的接口有D/A转换接口； （3）人机接口作为“人”与“机”之间进行信息传递的通道，有其自身的一些特点，需要在进行设计时予以考虑： ( 专用性 每一种机电一体化产品都有其自身特定的功能，对人机接口有着不同的要求，所以人机接口的设计方案要根据产品的要求而定； ( 低速性 与控制微机的工作速度相比，大多数人机接口设备的工作速度是很低的，所以在进行人机接口设计时，要考虑控制微机与设备间的匹配，提高控制的工作效率; ( 高性能价格比 由于机电的组合，大大强化了机械系统功能，使整个机电系统具有高的性价比； 由于机械系统与微电子系统在性质上有很大差别，二者之间的联系必须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，因此机电接口有着重要的作用。机电接口通过的信号具有多样性，针对不同性质的信号，机电接口要对其进行不同的处理另外在机电一体化产品中，传感器要根据机械系统来布置，往往环境比较恶劣，易受干扰；再者，传感器与控制微机之间常要用长线传输，加之传感器输出信号一般比较弱，所以抗干扰设计也是机电接口设计的一个重要内容。 （25分）史密斯控制的原理框图如下图所示，请回答下列问题： （1）简述史密斯控制器的基本原理； （2) 画出史密斯控制系统跨框图； （3）说明史密斯系统的离散化方案。 （4）若是一阶惯性环节，试推导用PID算法计算史密斯数字控制器输出c(n)的表达式。 答：（1）史密斯控制器的基本原理：将控制器的一部分与被控对象并联，用以补偿其重滞后环节的影响，另一部分则按通常的控制起来设计。 （2）史密斯控制器的系统框图 从图中可以看到在点划线内的部分就是等效的史密斯控制器D(s),它的表达式为下; （3）、史密斯控制系统离散化方案：将系统框图按下图进行离散化，可得离散化方案如下： 其中点划线内的等效Z传递函数为： 其中，常设计成PID数字