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机电工程中的测量与控制系统设计与应

用技术研究

摘要:机电工程是一个涉及机械、电子、控制和通信等多学科的综合学科，

在现代工业中起着至关重要的作用。测量与控制系统是机电工程中的核心组成部

分，能够实现对机械系统性能的监测和控制，从而提高工程的效率、可靠性和安

全性。

关键词：机电工程；测量与控制系统；设计与应用技术

引言

机电工程是一个跨学科的领域，涉及到机械、电子、控制和通信等多个学科

的知识。在现代工业中，机电系统广泛应用于生产、制造和运输等领域，对产品

的质量、效率和安全性有着直接影响。在机电系统中，测量与控制系统起着至关

重要的作用，能够实时监测和控制机械系统的状态和性能，提高工程的效率和可

靠性。

1.测量系统设计技术

1.1传感器选择与布置

在测量系统设计中，传感器的选择和布置是关键的步骤。合理选择适用的传

感器，能够确保准确、可靠地获取机械系统的物理量信息。首先，考虑到测量范

围。不同的机械系统具有不同的工作范围，传感器的测量范围需要能够覆盖机械

系统所涉及的物理量范围。例如，在温度测量中，需要选择能够满足实际温度变

化范围的传感器。其次，要考虑精度和稳定性。在精确测量的场景中，需要选择

具有较高精度和良好稳定性的传感器。这可以通过查看传感器的技术规格和性能

指标来判断，在购买传感器时要注意验证其实际精度和稳定性。再次，考虑传感

器的响应时间。对于需要快速响应的测量需求，需要选择具有较短响应时间的传

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感器，以确保测量结果能够及时反馈。此外，耐久性也是传感器选择的重要考虑

因素之一。机械工程通常在恶劣环境中进行，传感器需要能够适应高温、低温、

湿度等各种恶劣条件，并保证其工作可靠性和寿命。对于传感器的布置，需要根

据具体的应用需求进行合理设计。传感器的位置和方向选择必须能够准确地接收

到需要测量的物理量信息。在设计中要考虑物理量的传递路径、静态和动态环境

的影响，以及传感器与被测对象之间的物理接触或接近关系。通过前期的实验和

测试，可以不断调整传感器布置，优化测量系统的性能。

1.2信号调理与处理

传感器输出的信号通常需要进行一系列的调理和处理，以确保信号的质量和

可靠性。信号调理的目标之一是放大传感器输出的信号。通常，传感器输出的信

号较小，需要经过放大电路放大到适合下一步处理的范围。放大电路可以采用运

算放大器、放大模块等来实现。信号调理的另一个目标是滤波。在实际应用中，

信号可能会受到噪声的干扰，为了去除噪声并提高信号的稳定性，可以使用滤波

器对信号进行滤波处理。常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波

器等。此外，信号调理还包括对信号的采样和数字化处理。传感器输出的信号通

常是模拟信号，为了进一步处理和分析，需要将其采样为数字信号。采样频率和

位数的选择应根据实际需求和信号特性进行合理确定。在信号数字化后，可以应

用数字信号处理技术对信号进行后续处理和分析。常见的数字信号处理技术包括

滤波、谱分析、时域分析、频域分析等，可以通过算法和软件工具进行实现。

2.控制系统设计技术

2.1控制算法选择与设计

首先，需要根据具体的控制目标和被控对象的特性选择合适的控制算法。常

见的控制算法包括比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制、自适应控制等。

每种算法都有其适用的场景和优势，需对被控对象的动态响应特性、非线性程度、

稳定性需求等进行充分分析。其次，进行控制算法的设计和参数调整。在初步确

定控制算法后，需