机电系统计算机控制程序算法

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控制算法

1、自动控制技术及其应用
所谓自动控制，是指没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控量）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。如：
飞机导航
2、反馈控制原理
反馈控制是这样的一种控制过程，它能构在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入量（也称参据量）之间的偏差，而其工作正是基于这一偏差基础之上的，这就是反馈控制的原理。如人取桌上书的过程（见下图）：
改写为：
u(k ) K p K I K D ek K p 2K D ek 1 K Dek 2
令三个动态参数为中间变量：

A K p K I K D B K p 2K D
则有： u(k )
C KD
Aek Bek 1 Cek 2
K
P
[ E (k ) E (k 1)] K I E (k )
（6-7）
K D [ E (k ) 2 E (k 1) E (k 2)]
式中 KP 、KD同式（6-6）。
式（7-7）差系数控制算法)
将增量型PID控制算法：
u(k ) K p (ek ek 1 ) K I ek K D (ek 2ek 1 ek 2 )
3. 比例微分调节器
微分调节器的微分方程为：
de (t ) y TD dt
微分作用响应曲线如图所示。
PD调节器的阶跃响应曲线如图所示。
4. 比例积分微分调节器
为了进一步改善调节品质，往往把比例、积分、微分三种作用组合起来，形成PID调节器。理想的PID微分方程为：

第四章计算机控制系统的控制算法

信号通过零阶保持器后存在幅值衰减和相位滞后。但如果采样周期T足够小，即采样频率足够高时，可以忽略这一影响。对于小的采用周期，用幂级数展开，用T/2 的时间滞后环节来近似：
设相位裕量减少5-15度，则采样周期应选为：
2020-10-19
信息与电气工程学院
山东科技大学
12
计算机控制系统
间接设计方法得以实现的重要依据是： (1) 采样周期要满足香农采样定理； (2) 采样周期足够小，达到零阶保持器的相位
因此，计算机控制系统也可以称为数字控制系统、离散控制系统或采样控制系统。
模拟控制系统称为连续控制系统。
2020-10-19
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山东科技大学
5
计算机控制系统
2. 离散(数字)控制系统与连续(模拟)控制系统的本质区别在于：模拟系统中的给定量、反馈量和被控量都是连续型的时间函数，而在离散系统中，通过计算机处理得给定量、反馈量和被控量是在时间上离散的数字信号。
把计算机引入连续控制系统中作为控制器使用，便构成了计算机控制系统。
由计算机构成的控制系统，在本质上是一个离散系统。
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信息与电气工程学院
山东科技大学
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计算机控制系统
传递函数的定义
1. 连续系统中传递函数的定义是：零初始条件下，一个环节(系统)的输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
第四章计算机控制系统的控制算法
第八讲-第十三讲
2020-10-19
信息与电系统
概述
第八讲
计算机控制系统的设计，是指在给定系统性能指标的条件下，设计控制器的控制规律和相应的数字控制算法。
数字控制器的设计方法按其设计特点分为三大类：

【DOC】第3章机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接

第3章：机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接口设计 3.1 控制系统的一般设计思路3.1.1专用与通用、硬件与软件的权衡与抉择1. 专用与通用的抉择专用控制系统：适合于大批量生产的而且较成熟的机电一体化产品。

通用控制系统：适合还在不断改进，结构还不十分稳定的产品。

2. 硬件与软件的权衡根据经济性和可靠性的标准权衡决定。

例：分立元件组成硬件------软件利用LSI 芯片组成电路-----软件3.1.2 控制系统的一般设计思路设计步骤为：确定系统整体控制方案；确定控制算法；选用微型计算机；系统总体设计；软件设计等。

1、确定系统整体控制方案（1）应了解被控对象的控制要求，构思控制系统的整体方案。

（2）考虑执行元件采用何种方式。

（3）要考虑是否有特殊控制要求。

（4）考虑微机在整个控制系统中的作用，是设定计算、直接控制还是数据处理，微机应承担哪些任务，为完成这些任务，微机应具备哪些功能，需要哪些输入/输出通道、配备哪些外围设备。

（5）应初步估算其成本。

2、确定控制算法建立该系统的数学模型，确定其控制算法。

数学模型：就是系统动态特性的数学表达式。

它反映了系统输入、内部状态和输出之间的数量和逻辑关系。

控制算法：所谓计算机控制，就是按照规定的控制算法进行控制，因此，控制算法的正确与否直接影响控制系统的品质，甚至决定整个系统的成败。

例如：机床控制中常使用的逐点比较法的控制算法和数字积分法的控制算法；直线算法：a a xy yx F -= 或K x y T T ee Y X==∆∆ 圆弧算法：222R Y X F i i i -+= 或yxT T Y X =∆∆ 直接数字控制系统中常用的PID 调节的控制算法；位置数字伺服系统中常用的实现最少拍控制的控制算法；另外，还有各种最优控制的控制算法、随机控制和自适应控制的控制算法。

3、选择微型计算机（1）较完善的中断系统（2）足够的存储容量（3）完备的输入／输出通道和实时时钟（4）特殊要求：字长、速度、指令4、系统总体设计设计中主要考虑硬件与软件功能的分配与协调、接口设计、通道设计、操作控制台设计、可靠性设计等问题。

计算机控制系统的控制算法

河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
1 T ( 0.15 ~ 0.5 ) ωc
第3章计算机控制系统的控制算法
（3）将D(S)离散化为D(Z)
数字控制器D(Z)的一般形式为下式，其中n≥m,各系数ai,bi为实数，且有n个极点和m
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第3章计算机控制系统的控制算法
2.模拟化设计具体步骤
（1）假想的连续控制器D(S) 设计的第一步就是找一种近似的结构，来设计一种假想的连续控制器D(S)，这时候我们的结构图可以简化为：
河南机电高等专科学校
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第3章计算机控制系统的控制算法
一、数字控制器的概念
1.什么是控制器？
按照给定的系统性能指标和系统的原始数学模型，依据闭环
控制结构，设计出的使原有系统满足控制要求的功能模块。
设定值 +
矩形面积为Te(k)，后向差分累加的是矩形面积Te(k-1)。
河南机电高等专科学校
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第3章计算机控制系统的控制算法
2.双线性变换法
离散化公式：
D( Z ) D( s )
s
2 z 1 T z 1
第3章计算机控制系统的控制算法
常用方法：差分变换法、Z变换法、零极点匹配法、双线性变换法 1.差分变换法：主要用于对模拟控制器的离散化（1）基本的差分方法：——前向差分和后向差分

国开电大2022年春季期末考试《机电一体化系统设计基础》试题及答案(试卷代号1118)

试卷代号：1118国家开放大学2022年春季学期期末统一考试机电一体化系统设计基础试题2022年7月一、单选题（每小题3分，共24分）1.以下不属于机电一体化系统主要功能的是（）。

A.控制功能B.检测功能C.电气功能D.动力功能2.为了提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应该（）。

A.增大系统刚度B.增大系统转动惯量C.增大系统的驱动力矩D,减小系统的摩擦阻力3.光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm,当经八倍细分后记数脉冲为400时，光栅位移是（）mm。

A. 0. 5B. 1C. 2D. 44.以下不能实现交流异步伺服电动机调速的方法是（）。

A.改变电动机的转差率B.改变供电电压的大小C.改变电动机的供电频率D.改变电动机定子极对数5.在机电一体化系统设计开发过程中，需要编写（），实现系统功能,满足系统性能要求。

A.平台软件B.开发软件C.系统软件D.应用软件6.PID控制算法中,积分调节器的主要作用是()。

A.消除静差B.加快响应C.减小振荡D.提高稳定性7.含有微处理器,可进行程序编制或适应条件变化的接口是()。

A.物理接口B.电子接口C.主动接口D.智能接口8．在小型智能机器人的伺服驱动系统设计中应该采用的伺服技术为()。

A．液压伺服B.气动伺服C.电动伺服D.电液伺服二判断题(正确的打√,错误的打×,每题3分,共30分)9．机电一体化系统具有“智能化”的本质特征,决定了机电一体化系统的功能与结构组成。

()10.机电一体化系统的精度是由机械装置的精度确定的。

()11.虚拟样机技术采用计算机模型代替物理样机,增加了产品开发成本,但是可以改进产品设计质量,提高面向客户与市场需求能力。

()12.传感器的敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分,而转化元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号的部分。

()13.迟滞是传感器的一种静态误差,是由于在传感器的正反行程中的输出输入特性曲线不重合引起的。

机电一体化系统设计试题及答案 2

一、名词解释1、机电一体化：机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。

2、柔性制造系统：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。

3、传感器：传感器适机电一体化系统中不可缺少的组成部分，能把各种不同的非电量转换成电量，对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测，将其变成系统可识别的电信号，传递给控制单元。

4、伺服电动机：伺服电动机又称控制电机，其起动停止、转速或转角随输入电压信号的大小及相位的改变而改变。

输入的电压信号又称控制信号或控制电压，改变控制信号可以改变电动机的转速及转向，驱动工作机构完成所要求的各种动作。

5、组合设计：就是选用各种标准功能模块像搭积木一样组合成各种机电一体化系统（产品。

）6、灵敏度：灵敏度指示器的相对于被测量变化的位移率，灵敏度是衡量物理仪器的一个标志。

7、传感器：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。

敏感元件、转换元件、基本电路。

8、线性度：所谓传感器的线性度是其输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。

9、全闭环控制系统：直接检测工作台的位移来控制系统。

10、PWM技术：控制技术就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。

11、SPWM技术：是指脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。

二、填空题1、工业控制计算机分为单片机、 PLC 和总线工控机2、滚珠丝杆中滚珠的循环方式有内循环、外循环两种。

3、机电一体化系统（产品）设计类型大致可分为开发性设计、适应性设计、变参数设计。

计算机控制系统

计算机控制系统随着科技的飞速发展，计算机控制系统已经成为现代生产过程中不可或缺的一部分。

计算机控制系统结合了计算机技术和自动化控制理论，通过在工业生产中引入计算机实现对生产过程的实时监控和调整，以追求最佳性能和生产效率。

一、计算机控制系统的基本构成计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成。

硬件部分包括计算机、输入输出设备、控制对象和传感器等。

软件部分则包括操作系统、控制算法程序和其他支持软件等。

通过硬件和软件的协同工作，计算机控制系统可实现对生产过程的精确控制。

二、计算机控制系统的主要优点1、自动化：计算机控制系统能根据预设程序自动监控和调整生产过程，减轻了人工操作负担，提高了生产效率。

2、精确性：计算机控制系统可以通过传感器实时获取生产数据，通过算法程序进行精确计算和控制，避免了人为误差。

3、优化性能：计算机控制系统可以通过优化算法不断优化生产过程，提高产品质量和性能。

4、远程监控：通过互联网技术，计算机控制系统可以实现远程监控，方便管理人员随时了解生产状况并进行调整。

三、计算机控制系统在各行业的应用1、制造业：在制造业中，计算机控制系统被广泛应用于生产线的控制、工艺过程的优化、设备故障的预测和维护等。

2、能源行业：在能源行业中，计算机控制系统负责对电力、石油、煤炭等能源的生产、传输和分配进行实时监控和控制。

3、交通运输业：在交通运输业中，计算机控制系统用于对交通信号灯、地铁列车、航空交通等的管理和控制。

4、农业：在农业领域，计算机控制系统已开始用于大棚种植、畜牧业和渔业等，通过精准控制提高农业生产效率。

四、未来发展趋势随着、物联网和大数据等技术的发展，计算机控制系统将迎来更多的发展机遇。

未来，计算机控制系统将更加智能化、自适应和协同化，能够更好地满足复杂多变的生产需求。

随着绿色环保理念的深入人心，计算机控制系统也将更加注重节能减排和环保，助力实现可持续发展目标。

计算机控制系统在自动化和效率方面具有显著优势，广泛应用于各行业领域。

计算机控制系统实验报告

《计算机控制系统》实验报告学校：上海海事大学学院：物流工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：***学号：************一、实验课程教学目的与任务通过实验设计或计算机仿真设计，使学生了解和掌握数字PID控制算法的特点、了解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法，了解不同的控制算法对被控对象的控制特性，加深对计算机控制系统理论的认识，掌握计算机控制系统的整定技术，对系统整体设计有一个初步的了解。

根据各个实验项目，完成实验报告（用实验报告专用纸）。

二、实验要求学生在熟悉PC机的基础上，熟悉MATLAB软件的操作，熟悉Simulink工具箱的软件编程。

通过编程完成系统的设计与仿真实验，逐步学习控制系统的设计，学习控制系统方案的评估与系统指标评估的方法。

计算机控制系统主要技术指标和要求：根据被控对象的特性，从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行系统设计，整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。

一般要求系统在振荡2～3次左右进入稳定；系统静差小于3%～5%的稳定值（或系统的静态误差足够小）；系统超调量小于30％～50％的稳定值；动态过渡过程时间在3～5倍的被控对象时间常数值。

系统整定的一般原则：将比例度置于较大值，使系统稳定运行。

根据要求，逐渐减小比例度，使系统的衰减比趋向于4：1或10：1。

若要改善系统的静态特性，要使系统的静差为零，加入积分环节，积分时间由大向小进行调节。

若要改善系统的动态特性，增加系统的灵敏度，克服被控对象的惯性，可以加入微分环节，微分时间由小到大进行调节。

PID控制的三个特性参数在调节时会产生相互的影响，整定时必需综合考虑。

系统的整定过程是一个反复进行的过程，需反复进行。

实验一、数字PID 参数的整定一、实验目的1）、了解数字PID 控制回路的结构。

2）、掌握数字PID 控制算法的控制原理。

3）、掌握数字PID 控制算法的整定原理。

第4章计算机控制系统的控制算法

(2)热电偶的热电势与温度热电偶的热电势与温度 T=a4E4+a3E3+a2E2+a1E+a0 用多段折线代替非线性函数。用多段折线代替非线性函数。 (4—8)
计算机控制技术
2.标度变换标度变换 (1)线性参数的标度变换线性参数的标度变换
第 4章计算机控制系统的控制算法计算机控制系统的控制算法
计算机控制技术
第 4章计算机控制系统的控制算法计算机控制系统的控制算法
第4章计算机控制系统的控制算法章 4.1 数字滤波和数据处理 4.1.1 数字滤波数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数学处理。数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数学处理。以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。常用的数字滤波方法：常用的数字滤波方法：限幅滤波法、限幅滤波法、中位值滤波法、中位值滤波法、平均值滤波法和惯性滤波法。平均值滤波法和惯性滤波法。
Ax =
＝
Nx (A m − A0 ) + A0 Nm
205 (800—200)十200＝682(℃) 十＝ ℃ 255
计算机控制技术
(2)非线性参数的标度变换非线性参数的标度变换差压变送器信号△ 与流量与流量Q的关系为差压变送器信号△P与流量的关系为据此，据此，可得测量流量时的标度变换式为
第 4章计算机控制系统的控制算法计算机控制系统的控制算法
Q = K
∆P
Q x − Q0 K N x − K N 0 = Q m − Q0 K N m − K N 0
式中：式中： Qx——被测量的流量值；被测量的流量值；被测量的流量值 Qm——流量仪表的上限值；流量仪表的上限值；流量仪表的上限值 Q0——流量仪表的下限值；流量仪表的下限值；流量仪表的下限值 Nx——差压变送器所测得的差压值数字量；差压变送器所测得的差压值(数字量差压变送器所测得的差压值数字量)； Nm——差压变送器上限所对应的数字量；差压变送器上限所对应的数字量；差压变送器上限所对应的数字量 N0——差压变送器下限所对应的数字量。差压变送器下限所对应的数字量。差压变送器下限所对应的数字量对于流量测量仪表，一般下限为取0，此时Q 对于流量测量仪表，一般下限为取，此时 0＝0，N0＝0，故上式变为，，

机电一体化系统设计多选题

1.对于计算机控制系统，目前常用的有基于（）等多种类型的控制系统。

A.单片机B.单板机C.普通PC机D.工业PC机E.PLC [正确答案]：ABCDE2.计算机控制系统的设计思路过程包括（）。

A.确定系统的整体控制方案B.确定控制算法C.选择微型计算机D.系统总体设计E.软件设计F.系统调试[正确答案]：ABCDEF3.机电一体化系统对执行元件有（）基本要求。

A.惯量小、动力大B.体积小、重量轻C.便于维修、安装D.宜于计算机控制E.体积大、动力大[正确答案]：ABCD4.总体来讲，控制系统的设计要遵循（）步骤。

A.确定系统的总体方案B.建立数学模型确定控制算法C.控制系统的总体设计D.软件设计E.传感器的选型[正确答案]：ABCD5.以下( )是工控机与商用PC机之间的不同点。

A.能够提供各种数据实时采集和控制B.能够安装在机械结构里面，和机器成为一体C.能够和被控制对象的传感器、执行机构直接接口D.能够在苛刻的工作环境中可靠运行E.在计算和界面设计上没有不同[正确答案]：ACD6.嵌入式系统与通用计算机系统相比具有（）重要特征。

A.面向特定应用B.高度密集C.程序可擦写D.生命周期短E.生命周期长7.建立传递函数这样的数学模型步骤为（）。

A.第一步确定各系统的输入、输出量B.第一步是按信号的传递顺序遵循运动规律写出各环节微分方程C.第二步是进行拉斯变换求系统传递函数D.第二步是确定各系统的输入、输出变量E.第三步是进行拉斯变换求系统传递函数F.第三步是按信号的传递顺序遵循运动规律写出各环节微分方程[正确答案]：ADE8.齿轮侧隙调整法中（）能自动补偿间隙。

A.偏心套调整法B.双片薄齿轮错齿调整法C.轴向垫片法D.轴向压簧错齿调整法E.双螺母螺纹调整法[正确答案]：BD9.传感器由（）组成。

A.敏感元件B.转换器件C.信号调节电路D.辅助电源E.集成电路[正确答案]：ABCD10.机电一体化产品产品概念设计包含（）流程。

基于PLC技术的机电一体化生产系统控制研究

基于PLC技术的机电一体化生产系统控制研究摘要：本文以PLC技术与机电一体化概述为切入点，在此基础上进一步提出了基于PLC技术的机电一体化生产系统控制要点，希望能为我国机电一体化生产系统工作效果的提升提供参考和借鉴。

关键词：PLC技术；机电一体化；生产系统；控制系统前言:PLC是可编程控制器，可以对器件实现自动控制，但与此同时也可以允许通过高级的微机计算机来进行程序自动控制操作，以提高当前系统模块的综合运行操作性能。

在当前我国国民经济高速增长的大背景下，机电一体化的开始在制造业过程中起到了至关重要的作用，把PLC的运用到机电一体化当中，可以达到对微机进行的智能化管理，并且推动生产经营活动效率能够得到全方面的提高，保障当前企业经济效益能够得到全面的增强，对PLC一体化生产进行研究能够有效提高企业生产效率，并且为工业建设与发展工作做出更加重要的贡献。

一、PLC技术与机电一体化概述（一）PLC技术PLC（可编程逻辑控制器）技术是一种常用于工业自动化控制系统中的硬件和软件技术，在制造业、自动化控制、机械加工、交通运输、能源等领域得到广泛应用。

PLC通常包括一个可编程的控制器（通常是一个特定型号的微处理器），以及用于编写和运行程序的开发环境。

PLC技术的主要目标是控制工业过程或机器的操作。

它通过接收来自传感器的输入信号，对这些信号进行逻辑处理和决策，并通过输出信号来控制执行器（如电机、阀门等）的操作。

其工作原理类似于一个逻辑电路，但PLC的好处是可以编程来实时响应不同的输入和条件，从而实现复杂的控制任务。

PLC技术的应用具有四大优势，首先是灵活性，PLC可以通过编写程序进行灵活的配置和控制，适用于不同的应用需求；其次是实时性，PLC能够快速响应输入信号，并即时输出相应的控制信号；再次是可靠性，PLC通常具有较高的稳定性和可靠性，能够在恶劣的工作环境下长时间运行；最后还具备易维护性，这主要表现在PLC系统的硬件模块通常可以替换和升级，而程序可以进行修改和调试，方便维护和故障排除。

C语言在机电控制系统中的应用

C语言在机电控制系统中的应用机电控制系统是指利用计算机技术和自动化技术，将机械、电气、液压、气动等多种技术手段综合运用于机械设备的自动化控制。

C语言是一种高级计算机语言，具有结构化、模块化、可移植、可重用等特点，因此在机电控制系统中具有广泛的应用。

一、C语言在嵌入式系统中的应用嵌入式系统是指在具有特定功能的电子产品中，集成了计算机技术、控制技术和通信技术等多种技术手段，实现对系统的智能化控制。

C语言具有高效、紧凑、可移植、易于掌握等特点，因此在嵌入式系统中得到广泛应用。

1.嵌入式系统应用场景（1）智能家居智能家居是指利用计算机技术和控制技术，实现对家庭生活的自动化控制。

例如，通过智能家居系统，可以实现对灯光、窗帘、温度、湿度、空气质量等方面的实时监测和控制。

C语言可以用于嵌入式控制芯片的开发，实现智能家居系统的控制功能。

（2）智能交通智能交通是指利用计算机技术和数据通信技术，实现对交通流量、车辆行驶状态等方面的实时监测和控制。

例如，通过智能交通系统，可以实现对道路交通流量、车辆速度、车辆距离等方面的自动控制。

C语言可以用于嵌入式控制芯片的开发，实现智能交通系统的控制功能。

2.嵌入式系统中C语言的应用（1）系统驱动开发在嵌入式系统的开发中，需要编写各种设备的驱动程序，以实现对硬件设备的控制。

C语言可以方便地访问系统资源，并且可以方便地进行复杂的算法开发和优化。

（2）应用程序开发在嵌入式系统的开发中，需要编写各种应用程序，以实现对系统的功能扩展和优化。

C语言可以方便地编写应用程序，同时可以方便地与底层硬件进行通讯。

二、C语言在PLC编程中的应用PLC（Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器，是一种专门用于工业自动化控制的计算机控制系统。

PLC编程可以通过C语言实现，C语言具有高效、精准、易于维护等特点，因此在PLC编程中得到广泛应用。

1.PLC应用场景PLC广泛应用于工业自动化控制，例如：变电站控制、水处理厂控制、机床控制、生产线控制等。

六大机电一体化关键技术计算机与信息处理技术

六大机电一体化关键技术计算机与信息处理技术下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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机电一体化系统设计报告

机电一体化系统设计报告机电一体化系统是指机械结构、电气控制和计算机软件三者相互协调、相互约束、相互补充的系统，它集机械设计、电气控制和计算机技术于一体，实现对工业设备的全面控制和管理。

本报告主要介绍机电一体化系统设计的相关内容。

一、系统设计原则1.开放性原则：系统设计应该尽可能采用通用性的设计，能够兼容和集成各种不同厂家的设备和系统。

2.模块化原则：系统设计应将机械、电气和计算机控制分模块进行设计，每个模块都有特定的功能和接口，并且可以独立测试和维护。

3.可拓展性原则：系统设计应考虑到未来的技术发展和应用需求，具备可扩展性，可以方便地增加新的功能和设备。

4.可靠性原则：系统设计应具备高可靠性，能够在恶劣环境下稳定工作，并能及时处理各种异常情况。

5.安全性原则：系统设计应满足安全性要求，包括设备自身的安全性和对操作人员的安全保护。

二、系统设计流程1.需求分析：通过与用户沟通了解用户的需求、技术要求和性能指标，明确系统设计的目标。

2.总体设计：根据需求分析结果，确定系统的模块划分、功能分配和接口设计。

3.详细设计：对系统的每个模块进行详细设计，包括机械结构设计、电气控制设计和软件设计。

4.系统集成：将各个模块进行集成，进行功能联调和性能测试。

5.系统验收：对集成的系统进行全面测试，满足用户需求后进行验收。

三、系统设计的关键技术1.机械结构设计：根据用户需求和功能要求，设计机械部分的结构和传动装置。

2.电气控制设计：设计电气控制系统的硬件结构和软件逻辑，包括传感器的选型和布置、执行器的选择和控制算法的设计。

3.计算机软件设计：编写控制和管理系统的软件程序，实现对机械和电气系统的全面控制和管理。

四、案例分析以工业机器人为例，机电一体化系统设计的具体流程如下：1.需求分析：了解用户对机器人的工作任务、工作环境和性能需求。

2.总体设计：根据需求分析结果，将机器人分为机械结构、电气控制和软件系统三个模块，并确定各个模块之间的接口和功能划分。

2024最新国开机电一体化《机电一体化系统》形考任务3答案(西安)

形考任务3一、判断题（每个8分，共40分）1.无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。

判断题 (8 分)A.对B.错2.在机电一体化系统驱动装置中，反馈通道上环节的误差与输入通道上环节的误差对系统输出精度的影响是相同的。

判断题 (8 分)A.对B.错3. PID称为比例积分控制算法。

判断题 (8 分)A.对B.错4.串行通信是数据按位进行传送的。

在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接收。

判断题 (8 分)A.对B.错5.I/O接口电路也简称接口电路。

它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件（电路）。

它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。

判断题 (8 分)A.对B.错二、选择题（每个10分，共40分）6.工业机器人的自由度数取决于什么所要求的动作（）。

单选题 (10 分)A.作业目标B.灵活程度C.控制方式D.驱动方式7.对于只进行二维平面作业的工业机器人只需要三自由度，若要使操作具有随意的位姿，则工业机器人至少需要几个自由度（）。

单选题 (10 分)A.四个B.五个C.六个D.八个8.对进行二维平面作业的工业机器人需要几个自由度（）。

单选题 (10 分)A.一个B.两个C.三个D.四个9.DELTA机构指的是（）的一种类型。

单选题 (10 分)A.机器人B.计算机集成系统C.脉宽调制D.可编程控制器三、综合题（每个10分，共20分）10.分析、说明如图所示计算机控制系统中信号变换与传输的过程、原理。

简答题 (10 分)答：采样过程是用采样开关（或采样单元）将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。

因采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，未数量化，不能直接送入计算机。

故还需经数量化，变成数字信号才能被计算机接受和处理。

量化过程（简称量化）就是用一组数码（如二进制码）来逼近模拟信号的幅值，将其转换成数字信号，由于计算机的数值信号是有限的，因此用数码来逼近模拟信号是进似的处理方法。

选择题试题库

选择题试题库第1章机电一体化的基本概念1、对于机电一体化系统的涵义，至今还有不同的认识。

但对机电一体化的本质特性认为是一个①计算机系统②机械系统③传感系统④电气系统2、接口有三个基本功能，它们是①变换、放大、传递②变换、放大、转换③变换、放大、控制④变换、放大、处理3、机电一体化技术是各种技术相互渗透的结果，下列技术不属于其主要相关技术的是①机械技术②检测传感技术③自动控制技术④多媒体技术4、机电一体化系统由许多要素或子系统组成，各子系统之间要能顺利地进行物质、能量和信息的传递和交换，必须在各要素或子系统的相接处具备一定的连接部件，这个连接部件就称为①传感检测单元②执行单元③驱动单元④接口5、机电一体化技术的发展前景应从如下方面考虑，说法错误的是①从性能上②从功能上③从层次上④从高技术的水平上6、机电一体化技术是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一种综合技术。

是一门集机械技术、电子技术、信息技术、计算机及软件技术、自动控制技术及其他技术互相融合而成的多学科交叉的综合技术。

机电一体化的概念是哪国学者提出的？①中国②美国③德国④日本第2章精密机械传动与支承技术在机电一体化系统中的应用1、爬行是影响进给精度的主要因素。

为了提高进给精度，必须消除爬行现象，主要应采取措施，不正确的是①提高传动系统的刚度②尽量缩短传动链，减小传动件数和弹性变形量。

③减少摩擦力的变化④提高临界速度2、机电一体化进给传动系统，由于齿轮传动级数的增加，会使齿隙和静摩擦增加，传动效率降低，故传动级数一般不超过几级。

① 1 ② 2 ③ 3 ④ 43、机电一体化系统的惯量大，会使系统的固有频率下降，产生谐振；但系统的惯量增大也有利于①提高伺服精度②提高响应速度③扩大伺服带宽④改善低速爬行4、移动工作台的惯量折算到旋转丝杠上的转动惯量是①②③④5、齿轮传动比的分配中，遵循“前大后小”原则的是①最小等效转动惯量原则（小功率传动装置）②最小等效转动惯量原则（大功率传动装置）③质量最小原则（小功率传动装置）④质量最小原则（大功率传动装置）6、齿轮传动比的分配中，传动比分配的结果为各分传动比相等，其遵循的原则是①最小等效转动惯量原则（小功率传动装置）②最小等效转动惯量原则（大功率传动装置）③质量最小原则（小功率传动装置）④质量最小原则（大功率传动装置）7、消除间隙的齿轮传动机构中，下列调整法中能实现自动补偿的是①直齿圆柱偏心轴套②直齿圆柱锥度齿轮③直齿圆柱双片薄片齿轮错齿④斜齿圆柱轴向垫片8、滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧方法中，广泛采用双螺母预紧方式，下列预紧法中最精密的是①双螺母垫片调隙式②双螺母螺纹调隙式③双螺母齿差调隙式9、同步带标记“800 DI H 300”，其中“800”表示①800mm ②长度代号为800 ③节线长度为800 mm10、谐波齿轮减速器的最大特点，下列说法错误的是①传动比大②承载能力小③传动精度高④齿侧间隙小11、滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧方案中，便于调整且精度最高的方案是A. 双螺母螺纹预紧B. 双螺母齿差预紧C. 双螺母垫片预紧12、滚珠的工作圈（或列）数由试验可知：第一、第二和第三圈（或列）分别承受轴向载荷的A. 20%、30%、50%B. 30%、20%、50%C. 50%、30%、20%13、数控机床要求在什么进给运动下不爬行，有高的灵敏度。

基于LabVIEW的直流电机转速PID控制系统设计

基于Lab V IE W的直流电机转速P I D控制系统设计谢三毛华东交通大学机电工程学院,江西南昌(330013)摘　要　阐述位置式P I D控制算法,分析基于Lab V I E W的直流电机转速P I D控制系统的硬件组成及软件设计方法。

系统编程简单,具有良好的软件交互界面,控制效果良好,有实际应用价值。

关键词　Lab V I E W;直流电机;转速;P I D控制中图分类号T M301.2　T M33　文献标识码B　文章编号100827281(2009)0420015202D esi gn of P I D Speed Con trol Syste m for DC Con trolM otor ba sed on LabV IE WX ie S anm aoAbstract　This paper describes a positi on2type P I D contr ol algorithm,analyzes the hard ware compositi on and s oft w are design method of P I D contr ol syste m of DC mot or basedon Lab V I E W.This syste m has the advantages of si m p le p r ogra m,fine s oft w are interfaceand effective contr ol,s o it has a certain p ractical app licati on value.Key words　LabV I E W;DC mot or;s peed;P I D contr ol0　引言直流电机广泛应用于工矿企业机电设备之中,与其它类型的电机相比,它具有良好的起动性能,且能在宽广的范围内平滑而经济地调速,过载能力较强,制动转矩较大,因此直流电动机在起动和调速要求较高的生产机械上广泛被应用。

机电安全控制程序

机电安全控制程序
是指用于控制机电系统工作状态，保障其安全运行的一系列程序和控制策略。

它主要包括以下几个方面的内容：
1. 机电设备状态监测和故障诊断：通过传感器和监测装置对机电设备进行实时监测，及时发现设备的工作状态异常或故障，并进行故障诊断。

2. 机电设备启停控制：根据工作需求，通过控制系统对机电设备进行启停控制，确保设备在正确的时间和状态下启动或停止。

3. 安全控制逻辑的实现：根据安全要求和控制逻辑，编写安全控制程序，确保机电系统在各种工作状态下都能保持安全。

4. 机电设备的限位和保护控制：通过限位开关、安全开关等装置，对机电设备的运动范围进行限制和保护，防止设备超出安全范围造成事故。

5. 应急停机和保护措施：设定应急停机按钮或开关，并配备相应的保护措施，以应对突发情况或紧急情况，保障人员和设备的安全。

6. 机电设备联锁控制：对不同机电设备之间的关联关系进行控制，确保各设备之间协调运行，避免设备之间的冲突和故障。

7. 数据记录和报警通知：安全控制系统可以记录机电设备的运行数据，并在发生异常情况时主动发送报警通知，以及时采取措施。

综上所述，机电安全控制程序是保障机电系统运行安全的关键部分，通过合理的控制和保护策略，可以提高机电系统的可靠性和安全性。

计算机控制系统第2章 (第4次课大林算法)

一阶惯性环节+纯滞后：
Ke s G( s) 1 T1s
Ke s G( s) (1 T1s)(1 T2 s)
二阶惯性环节+纯滞后：
要求整个闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间，而从消除纯滞后环节对系统稳定性的影响。
设计目标：设计一个数字控制器D(z)组成的计算机控制系统，使该系统的闭环传递函数为：
K (b0 b1 z 1 ) z ( N 1) 1 eTs Ke NTs HG( z) Z[ ] s (1 T1s)(1 T2 s) (1 eT T1 z 1 )(1 eT T2 z 1 )
其中：
1 b0 1 (T1eT T1 T2eT T2 ) T2 T1 1 (T T1 T T2 ) b1 e (T1eT T1 T2eT T2 ) T2 T1
U ( z) K , Dn ( z ) U n 1 ( z ) z pn
则有： D( z) D ( z) D ( z) D ( z) 1 2 n
代入式（2-7）和（2-8）得到D(z)
(1 e )(1 e z )(1 e z ) D( z) T TH 1 T TH 1 ( N 1) K (b0 b1 z )[1 e z (1 e )z ]
T TH
T T1
1
T T2
1
例2-16
已知
e2 s G( s) s( s 1)
可见D(z)含有 z1 1, z2 -0.4967 j0.864, z3 0.4967 j0.864 三个极点， z1 处不会引起振铃现象，只有在 z2 , z3 处引起振铃现象。
z2 z3 =0.9966 1