机械电子工程作业

1、离线作业（一）一、填空题：1.机电系统的一般组成： 机械本体 、 动力与驱动部分 、 执行机构 、 传感测试部分 、 控制及信息处理部分 。2.常见的测量系统有 力测量系统 、 温度测量系统 、 转速测量系统等（流量测量系统、压力测量系统等） 等。3.对于四位编码，若有符号二进制码为10011101b，则它代表的十进制数为 157 ，对应的十六进制为 0x9d ，其中高字节为 9 ，其中低字节为 13 。4.无符号二进制码为10111000b，它代表的十进制数为 184 ，对应的十六进制为 0xb8（或b8h） 。5.计算机由 运算器 、 存储器 、 控制器 、 输入设备 和 输出设备 五大功

2、能部件组成。6.常见的计算机输入设备有： 键盘、鼠标器、扫描仪等 。7.数据采集卡上输入输出端口的地址可以表示为：端口地址= 基地址 + 偏移地址 。8.计算机的输入通道可以分为 开关量输入通道 和 模拟量输入通道 ，计算机的输出通道可以分为 开关量输出通道 和 模拟量输出通道 。9.如果设定812pg数据采集控制板卡的基地址base为0x220，则di低字节的偏移地址是 6 ，ad通道多路开关寄存器的地址是 0x220+10 。10.一个12位的a/d转换器的量程已经设置为-10+10v，则量化单位是 0.004884v ，若采用四舍五入的归整办法，其量化误差为 0.002442v .11.

3、工业系统的静态特性主要有 线性度 ， 滞环特性 ， 重复性 。12.温度系统具有惯性 大 （大、小）的特性，而电机转速系统存在 死区、滞环 等非线性特征。13.控制系统性能的品质主要有 快速性 、 稳定性 和 准确性 三个方面。14.开环系统与闭环系统的主要差别是 是否存在反馈(用偏差进行控制) 。15.在控制系统中，闭环控制系统是靠 偏差 进行控制的，所以闭环控制系统的输出到输入之间必然存在 反馈 通路。16.pid控制中三个系数的物理含义（具有什么作用） 比例 ， 微分 ， 积分 。17.模糊控制是以 模糊集理论 、 模糊语言变量 和 模糊逻辑推理 为基础的一种智能控制方法。18.元素属于

4、模糊集合的程度用 隶属度 来表示，用来计算该程度的函数称为 隶属函数 。二、简答题1. 数据采集卡的型号为812pg，基地址为0x220，该卡do低字节8位为分别控制着8个led，例如当do低字节的第1位为高电平时，与之相连的1号led就亮，请编写出让这8个led顺次闪烁（1号亮其它都灭，间隔一段时间后2号亮其它都灭，依次轮流循环）的程序并画出流程图。依次闪烁流程图如图所示，相应的程序如下： main()short f;f=1;while(!kbhit() outportb(0x220+13,f) delay(1000); f=f8)&0x0f; lbyte=out&0xff; outport

5、b(base_address+4+2*(channel-1),lbyte); outportb(base_address+5+2*(channel-1),hbyte);3. 常用什么信号作为系统动态特性的测试信号？原因是什么？答：常用阶跃信号作为系统动态特性的测试信号。因为阶跃信号包含丰富的低频和高频成分，能够激励出系统的特性，实现相对比较容易。4. 如图所示rlc无源网络，输入为uin，输出为uout，请写出该系统的输入与输出之间的微分方程。系统的频率为多少？阻尼系数为多少？当电感l=0时，上图变为下图所示的rc电路，请写出此时系统的输入与输出之间的微分方程；当输入为1v时，写出该系统时域内

6、的阶跃响应函数。图 rlc电路图 rc电路答：输入与输出之间的微分方程：系统的频率： 阻尼系数：系统变为rc电路之后，输入与输出之间的微分方程：当输入为1v时，写出时域内的阶跃响应函数：5. 在控制节拍（时间间隔）t为单位时间1时，离散型位置式的pid控制式可以写为：，请推导出此时的增量式pid控制式子。答：离线作业（二）一、填空题：1. 在工业系统测量中，传感器的作用是_按照一定的规律将被测量从一种能量形式转化为另一种能量形式输出_。2. 信号调理电路的作用是_对传感器的输出信号进行预处理_，以便输入显示装置或控制装置。3. 无符号二进制码为10111011b，它代表的十进制数为 187 ，

7、对应的十六进制为 bbh（或0xbb） 。4. 无符号二进制码为10011010b，它代表的十进制数为 154 ，对应的十六进制为 0x9a（或9ah） 。5. 常见的计算机输出设备有： 显示器、打印机、绘图仪等 。6. 微处理器也称为中央处理器，简称 cpu ，由 运行器 和 控制器 组成。7. ad是 模拟量输入通道 通道，da是 模拟量输出通道 通道， di是 开关量输入通道 通道，do是 开关量输出通道 通道。8. 计算机通道中，di指 数字量输入通道 通道，do指 数字量输出通道 通道。9. 如果a/d转换器的位数为8，量程设为05v，则量化单位是 0.0196v ，若采用四舍五入的

8、归整办法，量化误差为 0.0098v 。10. 如果a/d转换器的位数为12，基准电压为10v，则量化单位是 q=20/(212-1)v（或0.004884v） ， 舍五入法时量化误差为 0.002442v（q/2） ，全舍时量化误差为 0.004884v（q） ，全进位时量化误差为 +0.004884v（+q） 。二、简答题1. 数据采集卡的型号为812pg或8112pg，基地址为0x220，该卡do低字节8位分别控制着8个led，例如当do低字节的第1位为高电平时，与之相连的1号led就亮。现要求实现8个led间隔一定时间奇偶闪烁，即奇数号led亮时，偶数号led都灭，间隔一段时间后，偶数

9、号led亮，奇数号led灭，依次循环闪烁。请画出软件流程框图，并编写相应的程序。奇偶闪烁程序流程框图如图所示，相应的程序如下：int base_address=0x220;main()int outvar, t=1000;while(!kbhit() outvar=0x55;outportb(base_address+13,outvar); delay(t); outvar=0xaa;outportb(base_address+13,outvar);delay(t);奇偶闪烁程序流程图2. 用一片12位的a/d转换芯片采集一个模拟信号（a/d转换时间为10s，采集卡输入范围为5.12v+5.1

10、2v），当采集的信号为模拟电压v(t)=5sint时，为了使a/d转换器最低位的转换值不受影响，试求输入信号的最高变化频率值。由给定的采集电压范围为5.12v+5.12v，采集卡位数为12位，获得采集时的量化单位q为0.0025v，为了保证a/d转换器最低位的转换值不受影响，则要保证被采集信号在采样时一个采样时间间隔里电压幅值变化量要小于量化单位，因此有：，即有0.00001*5cost=q，不等号左边的值最大时是要cost取1时，即0.00005=q，计算得到最大为50hz。3. 数据采集卡的型号为812pg，基地址为0x220，位数为12，请按照给定子函数的定义画出ad子函数实现的软件流程

11、框图，并编写相应的程序。子函数定义：double ad (int channel)，其中，channel是采集通道，取值范围为015；函数返回值为采集电压，范围为10v+10v；另外，采集中选择软件触发方式及相应的查询方式传输。ad程序流程框图如图所示，相应的程序如下：int base_address=0x220;double ad(int channel) unsigned short drdy;int lbyte,hbyte; double ad_data; outportb(base_address+10,channel); outportb(base_address+9,0); out

12、portb(base_address+11,1); outportb(base_address+12,0); drdy=inportb(base_address+5)&0x10; while(drdy=0x10) drdy=inportb(base_address+5)&0x10; hbyte=inportb(base_address+5); lbyte= inportb(base_address+4); ad_data=(hbyte&0x0f)8)+lbyte)*20.0/4095-10.0; return(ad_data); 图 da程序流程图 图 ad程序流程图4. 常用什么信号作为系统

13、动态特性的测试信号？原因是什么？答：常用阶跃信号作为系统动态特性的测试信号。因为阶跃信号包含丰富的低频和高频成分，能够激励出系统的特性，实现相对比较容易。5. 简述为系统建立微分方程形式数学模型的一般步骤。答：建立微分方程形式的数学模型，一般步骤如下：1）从系统的输入端开始，依据各变量所遵循的物理学定律，依次列写出各元件、部件的微分方程。2）消去中间变量，得到描述系统输入量与输出量之间关系的微分方程。3）有时将某些小参数或轻微的非线性忽略掉，可以降低方程的阶次，简化分析而保持满意的精度。6. 如图所示为惯性质量弹簧阻尼器系统的力学模型，其中，m、k、b分别表示质量、弹簧刚度和粘性阻尼系数，“0”点为系统静止平衡时的位置。输入量是外力fi(t)，输出量为质量块的位移y(t)，请写出该系统的输入与输出之间的微分方程。并推倒出系统的无阻尼振荡频率和系统的阻尼系数。图 质量弹簧阻尼器系统答：输入与输