西南交通大学远程与继续教育学院
大作业考试试卷
课程名称：光机电一体化控制技术
课程代码：136800
考试说明：
一、问答题（本大题共4小题，每小题25分，共100分）
1.简述为什么在机电一体化系统设计，需要进行机电一体化系统建模和仿真分析；并说明模型建立的两种基本方式和其主要特点；在模型的数学描述上，离散系统和连续系统的数学模型分别采用哪种方法来描述？
答，机电一体化系统中，机械系统，电子系统已经其他系统之间的连接往往是通过传感器或换能器，将被测物理量（位移，速度，加速度，声波，液压）等信号转换为电压或电流，系统在给定条件下，完成一定的功能。

因此，从结构上，系统复杂。

与所有系统一样，无论在系统设计还是分析，都需要进行实验研究，以确保功能得以实现，各系统之间工作协调，信息交流通畅，执行可靠。

因此，在实验前，需要进行系统的描述，即建立系统模型，以便于从分析该模型得出整个系统的性能，功能指标。

利用模型进行实验，获取所需要的信息，这一过程称为模拟和仿真。

即通过模拟来达到对真实系统的了解和分析。

从而减少费用，降低风险，并提高整体性能。

建模的方式通常被分为两大类，物理模型和数学模型，物理模型是以系统间的相似原理为基础建立的。

包括系统按比例缩小的实体模型。

数学模型是用数学符号描述系统的数学表达式，系统属性由变量表示。

可以通过计算机方式
进行仿真。

2.阐述传感器的指标及选取原则；说明传感器模拟信号采集过程中应该注意哪些问题；并阐述数字系统和模拟系统的各种特点和主要区别点？
答：选取指标和原则：
1)：测量范围（量程）
–进行传感器的选择时必须考虑传感器的测量范围。

在选用时应使测量范围稍大于实际测量范围;
–全量程简称FS
2)：线性度
要求传感器的输出-输入是线性关系，并能准确无误地反映被测量的实际值。

3)：分辨率（最小感量）
–传感器能够在输入信号中监测到的最小变化量；
–传感器的一个非常重要的静态性能指标，将直接影响到传感器的应用，选择时要特别注意。

4)：灵敏度
–灵敏度又称传感器系数，对于线性传感器，其灵敏度k为：
5)：误差（稳定性、零漂、温漂、随机误差）
–被测量指示值与真值之间的差即为误差，它是传感器最基本的一项性能指标。

6)：滞后（迟滞、死区、重复性）
–指在相同的工作条件下，传感器在正、反行程期间输出-输入曲线不重合的程度。

其滞后度为：
–传感器的滞后和温度漂移、零点输出等反映了传感器的机械或电气部分不可避免的非线性缺陷。

7)：工作环境条件
传感器手册一般给出了具体传感器的形状尺寸、性能参数、输入阻抗、输出阻抗和工作温度范围、湿度范围、适用的测量场合等工作环境条件（参数），满足这些要求将直接保证传感器的各项性能指标在规定的误差范围之内。

（2）模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随
（3）区别：①模拟系统自动化设计工具少，器件种类多，实际因素影响大，其人工设
计成分比数字系统大的多，对设计者的知识面和经验要求高。

②由于客观环境的影响，模拟电路、特别是小信号、高精度电路以及高频、高速电路的实现远不可能单由理论设计解决。

它们与实际环境、元器件性能、电路结构等有着密切关系。

因此在设计模拟系统时，不单单是设计电路（单元电路设计），还要选用正确的元器件，设计实现电路结构，如印刷板设计，才能达到设计要求。

（第四和第五模块）
3.阐述在光机电一体化系统中，若要进行控制器设计，一个数字控制器的主要设计方法？并说明为什么数字控制系统应用得越来越广泛？请列举出在实际应用中最常用的几种可以作为控制器的硬件平台？以及他们各自的应用特点（场合）；
（1）三种方法：
1：仿真设计
2：离散设计
3：状态空间设计
（2）广泛的原因：
⏹数字控制器抗干扰能力强；
⏹数字控制器调节维护方便；
⏹数字控制器更便于远程调节和控制；
⏹数字控制器的具有较为规范标准的实时模式；
⏹数字控制器可以增加更多的增值功能，如通信，故障诊断
⏹最主要的一个有点在于。

软件赋予了数字控制器灵魂和功能。

4.如何将一个模拟机电控制系统改造成为一个数字机电控制系统，在改造的过程中，分别要注意哪些关键问题？
答：改造过程：
•首先要确实数字化过程和数字系统架构；
•根据应用现场选择可以采用的数字控制器；
•选择适合的传感器，主要是根据需要选择后，设计传感器接口电路；
•确定采样方案和采样过程，采样通道，精度，采样周期等；
•进行硬件设计或选型；
•建立被控对象的模型，按模拟对象，根据控制指标，设计模拟控制器或逻辑流程；
关键问题：
•离散化数字化控制器设计（或逻辑控制设计），得到控制率差分方程（或逻辑流程）；
•开发数字控制器软件及系统相关软件；
•软件，硬件集成和调试，测试；
•形成一套完整的包含软硬件控制器的数字系统。