机械工程控制基础

1. 简述功能分析设计法的工作步骤。

答：（1）明确设计任务。

（2）确定系统的整体目的性，即总功能。

（3）进行功能分解。

（4）分功能求解。

（5）功能解组合，综合。

（6）评价与决策。

（7）得到总的原理方案。

2. 举例说明何谓“黑箱”方法并说明如何进行“黑箱”设计。

答：（1）黑箱法可以理解为是根据系统的输入和输出关系来研究功能系统的一种方法。像人的大脑，地球等内部构造不清楚，由于条件的限制，只能通过外部的观测和实验去认识其功能和特性的系统都可以看作是黑箱。

例如像中医看病时，都是通过“望闻问切”等外部观测来诊断病情，却并不进行开刀检查。又例如我们平日所接触的计算机，输入一个程序，从而得到一个输出的程序，我们可以判断程序的错与对，但我们并不知道这个程序在计算机中是如何进行的，更不知道这个程序的代码是什么。上述这些就是典型的黑箱法。

（2）进行黑箱设计时，我们要通过外部观测，分析比较黑箱与输入量，输出量以及周围环境之间的变化和关系，就可以获得黑箱的功能及特性，从而就可以进一步探求系统的机理和结构，逐步使“黑箱”透亮化，直到方案设计的拟定。

3. 举例说明何谓功能—技术矩阵法，何谓形态学矩阵法。

答：（1）功能—技术矩阵法：

我们可以将总功能用U表示，实现总功能的各个分功能用U i 表示，则总功能就可以用若干个分功能来表示。用t ij(j=1,2,···，n)表示实现某分功能的可能的功能解，那么每个分功能就可以用若干个分功能解表示。我们以功能为行，以功能解为列构成的矩阵称为功能—技术矩阵法。

例如为了构造起重机的功能—技术矩阵，首先要对起重机功能进行定义以及动能定义的分类和整理，把起重机的总功能分解成若干个分功能，并找到实现分功能的可能的功能解，然后探索实现这些分功能和功能解的技术途径，最后把功能定义与技术途径按照矩阵的形式排列，就构成了起重机的功能—技术矩阵。

（2）形态学矩阵法：

形态学矩阵是功能和功能解之间关系的表格表示形式。我们将功能元和功能解列成表格的形式，构成形态学矩阵，在形态学矩阵中每一行任取一个解，组合起来即为实现总功能的一种方案。

例如机器运动导轨的形态学矩阵（见下表），我们将它的总共能分解为导向，传动，驱动三个功能元，然后将导向分成滑动导轨，滚动，液体静压，气体静压四个功能解，将传动分成齿轮传动，涡轮，齿形带，丝杠传动，齿轮齿条五个功能解，将驱动分成交流伺服，直流步进电机，直线电机，液压和气动六个功能解，最终我们可以得到的可能的组合方案数为4×5×6=120个。运用形态学矩阵可以得到许多种

方案，但并不是每种方案都是合理可行的，所以在实际应用中，我们应当选择合理的方案。

机器运动导轨的形态学矩阵

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