机电控制系统分析与设计

一、简述题（每小题10分，共100分）

1、机电控制系统的基本要求？

答：稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）.

稳定性：对恒值系统要求当系统受到扰动后,经过一定时间的调整能够回到原来的期望值.

对随动系统,被控制量始终跟踪参据量的变化.稳定性是对系统的基本要求,不稳定的系统不能实现预定任务.稳定性,通常由系统的结构决定与外界因素无关.

快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求,一般称为动态性能.稳定高射炮射角随动系统,虽然炮身最终能跟踪目标,但如果目标变动迅速,而炮身行动迟缓,仍然抓不住目标.

准确性：用稳态误差来表示.如果在参考书如信号作用下,当系统达到稳态后,其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差.显然,这种误差越小,表示系统的输出跟随参考输入的精度越高. 由于被控对象具体情况的不同,各种系统对上述三方面性能要求的侧重点也有所不同.例如随动系统对快速性和稳态精度的要求较高,而恒值系统一般侧重于稳定性能和抗扰动的能力.在同一个系统中,上述三方面的性能要求通常是相互制约的.例如为了提高系统的动态响应的快速性和稳态精度,就需要增大系统的放大能力,而放大能力的增强,必然促使系统动态性能变差,甚至会使系统变为不稳定.反之,若强调系统动态过程平稳性的要求,系统的放大倍数就应较小,从而导致系统稳态精度的降低和动态过程的缓慢.由此可见,系统动态响应的快速性、高精度与动态稳定性之间是一对矛盾.

2、机电控制系统的基本结构？画图说明

答：机电控制系统是机电控制技术的具体表现形式，通过控制器并合理选择或设计放大元件、执行元件、检测元件与转换元件、导向与支承元件和传动机构等．使机电装备达到所要求的性能和功能。机电控制系统是

机电一体化

产品及系统中承担着控制对象输出，并按照指令规定的规律变化的功能单元，是机电一体化产品及系统的重要组成部分。机电控制系统是一种自动控制系统。

机电控制系统一般由指令元件，比较、综合与放大元件，转换与功率放大元件，执行元件，工作机构，检测与转换元件等6部分组成，如图1．4所示。为了研究问题方便，通常又把指令元件和比较、综合与放大元件合称为

控制器

(控制元件)；将转换与功率放大元件和执行元件合称为机电动力机构；机电动力机构和工作机构合称为被控对象。对于控制精度要求不高且执行元件的输出能够按其给定规律运动时，可以采用开环控制。此时检测与转换元件也可以没有；但为了显示与检测，系统中仍应装有检测与转换元件。

3、组成控制系统的基本环节有哪些？

答：控制装置、被控对象。控制装置——用来对被控对象实施测量、计算和执行，从而完成控制任务的外部装置，称为控制装置，其中包括给定环节、放大环节、检测环节、运算环节、驱动环节等；被控对象——被控制的机器设备或生产过程称为被控对象，把表征被控对象工况的、需要进行控制的物理量称为被控量，通常作为输出量。

4、什么是系统的频率特性？

答：系统的频率特性一般是由傅立叶变换求出来，前提是知道系统传递函数或冲击响应当不知道系统函数的时候给系统输入端加以不同频率正弦激励，系统输出的正弦函数将会有幅值和相位变化，这个"变化"随正弦频率而变，就是系统频率特性。

几何表示方法：常用的是傅立叶变换的图像，波特图，幅相曲线，尼科尔斯图。

5、什么是自动控制？

答：自动控制（automatic control）是指在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（统称被控对象）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。自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。

6、控制系统的基本要求有哪些？

答：稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。

稳定性：对恒值系统要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。对随动系统，被控制量始终跟踪参据量的变化。稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。

快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。

准确性：用稳态误差来表示。如果在参考书如信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。由于被控对象具体情况的不同，各种系统对上述三方面性能要求的侧重点也有所不同。例

如随动系统对快速性和稳态精度的要求较高，而恒值系统一般侧重于稳定性能和抗扰动的能力。在同一个系统中，上述三方面的性能要求通常是相互制约的。例如为了提高系统的动态响应的快速性和稳态精度，就需要增大系统的放大能力，而放大能力的增强，必然促使系统动态性能变差，甚至会使系统变为不稳定。反之，若强调系统动态过程平稳性的要求，系统的放大倍数就应较小，从而导致系统稳态精度的降低和动态过程的缓慢。由此可见，系统动态响应的快速性、高精度与动态稳定性之间是一对矛盾。

7、什么是自动控制系统？

答：自动控制系统(automatic control systems)是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段。简称自控系统。

8、反馈控制系统是指什么反馈？

答:反馈控制系统指的是系统的输出信号的一部分或全部以一定的方式和路径送回到系统的输入端作为输入信号的一部分。

9、什么是反馈？什么是正反馈？什么是负反馈？

答：把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输入端的做法叫做反馈。

负馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈；反之为正反馈。

10、什么叫做反馈控制系统？

答：同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制(即前馈控制)作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。