机电一体化技术考试总结.docx

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机电一体化技术考试总结

机电一体化技术考试总结

机电一体化技术考试总结

1.机电一体化的定义：

机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息机电一体化技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。

2.机电一体化的几个要素：

机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感器检测部分、控制及信息处理部分。

3.机电一体化系统的组成：

机械本体、动力与驱动、传感器检测部分、执行机构、控制及信息单元、接口耦合与能量转换、信息控制、运动传递。

4.机电一体化关键技术：

机械技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、传感与检测技术、伺服传动技术、系统总体技术。

5.机电一体化技术与其它技术的区别：

1）与传统机电技术的区别：

传统机电技术的操作控制主要通过具有电磁特性的各种电器来实现，在设计中不考

虑或很少考虑彼此间的内在联系；机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机

控制。

机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

2）与并行工程的区别：

机电一体化技术将机械技术、微电子技术、控制技术和检测技术在设计和制造阶段就有

结合在一起，十分注意机械和其他部件之间的相互作用。

而并行工程将上述各种技术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装置。

3）与自动控制技术的区别：

自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。

机电一体化技术将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件应用自控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。

4）与计算机应用技术的区别：

机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。

计算机在机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术的一部分，它还在办公、管理及图像处理等方面得到广泛应用。

机电一体化技术研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身。

6.机电一体化系统产品开发的类型：

开发性设计、适应性设计、变参数设计。

7.机械传动部分：

1）基本要求：

高精度、快速响应、稳定性良好。

2）组成：

传动机构、导向机构、执行机构。

3）总传动比的确定：

imL”m”L”“m”“L

8.传动链的级数和各级传动比的分配：

1）等效转动惯量的最小原则：

小功率传动装置：

i=i1*i2*i3前小后大原则；大功率传动装置：

i=i1*i2*i3前大后小原则；2）质量最小原则：

3）输出轴转角误差最小原则：

9.死区：

启动的时候无法克服阻力的现象。

爬行：

周期性时停时走或时慢时快的运动现象。

空回：

就是当主传动机构改变运动方向时,从动机构滞后的一种现象。

10.机械性能参数对系统性能的影响：

1）阻尼的影响：

当阻尼比ξ=0时，系统处于等幅持续震荡状态；当ξ>=1时，系统为临界阻尼或过阻尼系统；

当04）齿轮齿条传动：

双片薄齿轮错齿调整法。

5）螺旋传动消隙法：

利用单向作用力、利用调整螺母、利用塑料螺母。

6）滚珠丝杠消隙法：

垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式。

12.螺旋传动的特点：

降速传动比大、具有增力作用、能自锁、效率低磨损快。

滚珠螺旋传动的特点：

运动效率高、运动精度高、具有传动的可逆性，但不能自锁、制造工艺复杂，成本高，但使用寿命长，维护简单。

13.滚珠循环方式：

内循环、外循环（螺旋槽式、插管式、端盖式）

滚动化发展：

滚珠导轨、滚柱导轨、静压导轨。

14.检测系统：

1）检测的作用：

用于检测相关外界环境及产品自身状态，为控制环节提供判断和处理依据的信息反馈环节。

2）常用传感器的工作原理及适用场合：

电位器传感器：

变电阻原理，作用测大行程往返式位移；涡流式传感器：

测位移，分为高频和低频；光栅位移传感器：

测测位移。

转速传感器：

编码器测转速，电涡式转速传感器（非接触式），必须有槽才能用；遮断式光电开关，反射

型光电开关，定区域式光电开关（流水线计数），霍尔传感器。

加速度传感器：

最常用压电式；电容式。

流体压强传感器：

膜式压强传感器，筒式压强传感器。

3）检测的器具：

传感器。

4）传感器的构成：

敏感元件、传感原件、基本转换电路。

5）传感器的分类：

按测定对象：

位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速；按原理分：

电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波。

6）稳定性包括：

稳定度、环境影响量。

7）传感器的性能静态：

线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、零漂、分辨力、重复特性、精度。

传感器的动态特性：

传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。

8）压电效应：

当某些材料在某一方向被施加压力或拉力时，会产生变形，并且在材料的某一相对表面产生符号相反的电荷，当去掉外力后，它又重新回到不带电状态，这种现象称为压电效应。

9）电涡流效应：

当线圈输入一交变电流时便产生交变磁通量，金属板在此交变磁场中会产生感应电流，这种电

流在金属体内是闭合的，所以称之为涡电流或涡流。

10）霍尔效应：

半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I通过薄片时，在垂

直于电流和磁场的方向上将产生电动势E，这种现象称为霍尔效应。

15.控制原理：

1）典型控制环节：

比例环节、积分环节、微分控制、惯性环节。

2）典型调节方法：

开环控制、闭环控制、阶跃响应、PI、PD、PID。

PID（比例-积分-微分）3）机电一体化中的工业控制计算机：

单片微型计算机、可编程控制器、总线工控机。

16.伺服控制：

1）伺服系统的原理：

伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确地位置、速度及动

力输出的自动控制系统。

2）伺服系统组成部分：

比较环节、控制器、执行环节、被控对象、检测环节。

3）伺服执行原件：

交流电机、直流电机、步进电机。

4）5）6）7）

伺服系统技术要求：

调速范围宽并且稳定，位置精度高0.010.001，稳定性好、响应速度快。

直流伺服电机特点：

响应快、精度高、但需要维护，交流伺服电机不需要维护，其他同直流。

步进电机：

反应式、永磁式、混合式。

步距误差直接影响执行部件的定位精度。

步距角可以用下公式计算：

a=360o/kmzm相数z齿数单向双相通电k=1，单双向轮流通电k=2。

8）最大静转矩：

是指步进电机在某相始终通电而处于静止不动状态所能承受的最大外加转矩。

9）最高运行频率：

步进电机不失步的情况下输入的最高脉冲数。

10）步进电机参数术语：

步距角、拍数（单三拍、双三拍、六拍）、相数、定位转矩、静转矩。

11）步进电机工作原理性能：

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。

在非超

载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

12）步进电机特性：

步距误差、最大静转矩、启动矩频特性、运行矩频特性、最大相电压相电流、最高运行频率。

13）步进电机控制与驱动：

单电源驱动电路、双电源驱动电路、斩波限流驱动电路。

14）步进电机的矩频特性：

步进电机连续运行时所能接受的最高工作频率，他与步距角一起决定执行部件的最大运行速度。

15）步进电机的调节特性：

17.干扰：

1）干扰三要素：

干扰源、传播途径、接收载体。

2）抗干扰的措施：

屏蔽、隔离、滤波、接地、软件处理等。

3）干扰存在的形式：

串模干扰、共模干扰。

4）干扰的耦合模式：

静电干扰、磁场耦合干扰、漏电耦合干扰、共阻抗干扰、电磁辐射干扰。

18.符号：

1）FMC：

柔性制造单元

FMS：

柔性制造系统FML：

柔性制造线FAL：

柔性装配线

CIMS：

计算机集成制造系统RGV：

有轨小车AGV：

自动导向小车CAE：

计算机辅助工程

CAPP：

计算机辅助工艺编制CAQ：

机辅助质量管理

2）CIMS的功能构成：

管理功能、设计功能、制造功能、质量控制功能、集成控制与网络功能、

3）机器人共同点：

机器人的动作机构具有类似与人或其他生物的某些器官的功能、是一种自动机械装置，可以

在无人参与下（独立性），自动完成多种操作或动作功能，既具有通用性。

可以在编程，程序流程可变，既具有柔性（适应性）、具有不同程度的智能型。

4）机器人的机械配置形式最常见的是坐标：

直角坐标、圆柱坐标、极坐标、关节型、平面关节型。

5）电火花加工必备条件：

与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙、必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行、必须采用脉冲电源。

6）刀具磨损破损检测方法：

刀具、工件尺寸及相对距离测定法、放射线发、电阻法、光学图像法、切削力法、

切削温度法、切削功率法、振动法、噪声分析法、声发射法、加工表面粗糙度法。

7）自动化制造系统常用辅助设备：

清洗站、去毛刺设备、切削和冷却液的处理。

例题1已知一传动系统JL=20xxkg*m2,Jm=500kg*m2,传动级数为n=3，试按传动惯量最小原则，确定各级传动比。

解：

由负载角加速度最大原则确定总传动比，i=由等效转动惯量最小原则分配

2313JLJm20xx5002

1i12i22（21）3*i231（21）31.346

2*（i32）221=1.28

22（31）3i32*（i3）21=1.16

22验算i=i1*i2*i3≈2满足设计要求。

参考：

1.控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软件和硬件接口电路组成。

2.机电一体化是从系统的观点出发机械技术检测技术伺服技术信息技术等在系统工程的基础上有机的加以综合，实现整个机械系统协调工作而建立的一门新的科学技术。

3.机电一体化产品按用途可以划分为民用机电一体化、办公机电一体化和产业机电一体化产品。

4.机电一体化系统设计的质量管理主要体现在质量目标管理、实行可行性设计和进行设计质量评审三个方面。

5.机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制在精度、稳定性和快速响应性-等方面的要求。

6.机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节静态设计、动态设计。

7.在机电一体化系统的驱动装置中，位于前向通道闭环之内的环节，其误差的低频分量对输出精度基本无影响，而误差的高频分量-影响系统的输出精度。

8.机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括性能指标系统功能使用条件经济效益9.机电一体化系统中常见的轴承包括滚动轴承滑动轴承静压轴承磁轴承。

10.机电一体化系统一般由机械本体动力与驱动、接口、执行机构传感器检测部分控制及处理部分等部分组成。

11.在机电一体化中传感器输出电信号的参量形式可以分为:

电压输出电流输出频率输出三种形式。

12.机电一体化产品中需要检测的物理量分成电量和非电量两种形式。

13.机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理阻尼合理刚度大抗振性好间隙小并满足小型、轻量等要求。

14.机电一体化的核心是（控制器）15.机电一体化技术归纳为机械技术检测传感技术信处理技术自动控制技术伺服传动技术和系统总体技术六个方面。

16.从控制角度讲，机电一体化可分为开环控制系统和闭环控制系统。

17.拟定机电一体化系统的设计方案的方法有替代法、整体法、组合法。

18.下列不属于机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法（个别设计法）A替代法B整体设计法C组合法19.衡量机电一体化系统可靠性高低的数量指标有概率指标和寿命指标。

20.市场预测主要包括定期预测和定量预测方法。

21.在多级传动中，为了减小传动误差，传动比的分配应遵守前小后大原则。

22.当负载折算到电机轴上的惯量等于转子惯量时，系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。

23.机械传动系统中，影响系统传动精度的误差可分为传动误差和回程误差两种。

24.步进电动机又称电脉冲马达是通过脉冲的数量决定转角位移的一种伺服电动机。

25.对于交流感应电动机其转差率s的范围为0

扩展阅读：

机电一体化考试总结习题答案

1.什么是机电一体化？

各国的主要观点有哪些？

（P1~3）

答：

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，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上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.试述机电一体化技术与传统机电技术的区别。

（P2）

答：

传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。

机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。

机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

1．机电一体化技术是微电子技术和计算机技术向机械工业渗透的过程中逐渐形成并发展起来的一门多学科领域交叉的新型综合性学科，它是机械工业的发展方向。

数控技术是机电一体化技术中的核心技术，机电一体化技术的另外一个重要表现形式是机器人技术。

2．系统论、信息论和控制论是数控技术的理论基础，微电子技术、计算机技术和精密机械技术就是数控技术的技术基础。

3．数字控制是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。

数控技术采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。

它集计算机技术、微电子技术、自动控制技术和机械制造技术等多学科、多技术于一体。

数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。

数控系统实现数字控制的装置。

它能够自动输入载体上事先给定的数字量，并将其译码后进行必要的信息处理和运算后，控制机床动作并加工零件。

CNC系统的核心是CNC装置。

4．数控机床的优势：

自动化程度高；效率高，操作人员少；精度高和质量稳定；废品率低、工装成本低；复杂零件加工；一机多用；便于建立通讯网络，实现企业信息化管理；附加值高

5．数控技术的发展趋势：

1.大功率、高精度2.高速度3.CNC智能化（a.适应控制技术b.故障自诊断、自修复功能c.刀具寿命自动检测和自动换刀功能d.模式识别技术e.智能化交流伺服驱动技术）4.具有高速、多功能的内装可编程机床控制器5.彩色CRT图形显示、人机对话功能及自我诊断功能6.采用交流数字伺服系统。

。

。

。

。

。

。

3.试分析机电一体化系统的组成及相关技术。

（P1~3）

答：

机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。

其技术组成包括：

机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。

现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。

4.一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？

答：

机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：

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。

我们将这些部分归纳为：

结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。

5.试述机电一体化系统的设计方法。

答：

机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。

6.试述现代设计的概念。

（P4）

设计这个词有两种概念。

广义的概念是指发展过程的安排，包括发展的方向、程序、细节和达到的目标。

狭义的概念指的是将客观需求转化为满足该需求的技术系统的活动，各种产品包括机械产品的设计即属此类。

现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，是随着设计实践经验的积累，由个别到一般、具体到抽象、感性到理性，逐步归纳、演绎、综合而发展起来的。

由于科技进步的速度日益增快，特别是计算机技术的高速发展，人们在掌握事物的客观规律和人的思维规律的同时，运用相关的科学技术原理，进行过去难以想象的综合集成设计计算，使设计工作包括机械产品的设计过程产生了质的飞跃。

8.现代设计方法有哪些？

（P3～13）

现代设计方法门类众多且不断出新。

可按所研究解决的问题性质分为总体问题和个别性能问题两大类：

1.研究总体设计的现代设计方法

（1）设计方法学

（2）价值工程设计（3）优势设计（4）绿色设计（5）计算机辅助设计（6）并行工程设计（7）虚拟设计（8）反求工程设计（9）优化设计及其发展（10）创新设计技术2．研究产品性能的现代设计方法

（1）工业产品艺术造型设计

（2）模块化设计（3）相似性设计（4）摩擦学设计（5）三次设计（6）人机工程设计（7）智能设计（8）动态设计（9）可靠性设计（10）有限元法（11）机械疲劳设计9.何为机电一体化系统的四视图设计？

（P13）功能视图、结构视图、控制视图和信息视图

第二章

1.什么技术系统？

什么是技术过程？

什么是作业对象？

（P27）

例如，为了得到某种复杂形状的金属零件，可通过编程在加工中心上对坯料进行加工。

坏料是作业对象，加工中心是技术系统，所完成的加工过程是技术过程。

作业对象一般可分为三大类：

物料、能量和信息

2.确定技术过程的一般步骤是什么？

（P27）

1）根据信息集约和调研预测的资料，分析确定作业对象以及主要转换要求。

2）分析比较传统的和现代的理论和实践，确定实现主要转换的工作原理。

3）明确实现技术过程的环境和约束条件。

环境是与技术系统发生联系的总和，包括经济条件、生产条件、技术条件、社会条件等。

4）确定主要技术过程和其他辅助过程。

5）根据高效、经济、可靠、美观、使用方便等原则，初步规定技术系统的边界及工作范围。

3.试述功能设计方法和主要步骤。

（P28~30）

功能是对技术系统中输入和输出的转换所作的抽象化描述。

只有用抽象的概念来表述系统的功能，才能深入识别需求的本质，辨明主题，发散思维，启发创新，

总功能逐步分解为比较简单的分功能，一直分解到不能再分解的功能元，形成功能树

（一）功能分析

（二）功能元求解1．选择工作原理2．构思功能载体（三）方案综合

4.功能设计的工具有哪些？

（P30）1．设计目录

（1）对象目录

（2）作业日录（3）解法目录2．知识库

（1）数据库

（2）设计词典（3）手册

5.试分析设计与技术系统的关系。

设计若是为了对作业对象完成某种技术过程，设计对象就是人造技术系统。

第三章

1.结构设计有哪些内容？

（P78）

宏观地看，结构设计大致有以下三方面内容:

（1）功能设计以各种具体的结构实现机电一体化系统的功能要求。

（2）质量设计兼顾各种要求和限制，提高机电一体化系统质量和性能,

（3）优化设计和创新设计充分应用现代设计方法系统地构造设计优化模型，用创造性设计思维方法进行机电一体化系统设计的优化和创新。

2.机电一体化系统中运动联系结构的基本单元有哪些？

（P87）

需要联轴器、减速、变速装置及运动换向与转换装置等基本传动结构

3.滚动导轨副的品质用那几方面来衡量？

（P108）

（1）导向精度导向精度是导轨副最基本的性能指标。

移功件在沿导轨运动时，不论有无载荷，部应保证移动轨迹的直线性及其位置的精确性。

各种设备对导轨副的平面度，垂直度及等高、等距的要求都有相应的规定或标准可以参照。

（2）耐磨性导轨副应在预定的使用期内，保持其导向精度。

精密滚动导轨副的主要失效形式是磨损。

因此，耐磨性是衡量滚动导轨副性能的主要指标之一。

（3）刚度为了保证足够的刚度，应选用最合适的导轨类型、尺寸及其组合。

选用可调整间隙和能够预紧的导轨副可以提高刚度。

（4）工艺性导轨副要便于装配、调整、测量、防尘、润滑和维修保养。

4.结构设计品质是指在那些方面应注意的问题？

（P116）

结构设计品质是指结构强度和静刚度、结构动刚度、结构热稳定性和结构工艺性等四大方面应注意的问题

第四章

1.机电一体化系统中控制器的作用是什么？

它的基本功能应包括那些？

（P149~150）

机电一体化机械的控制器是一个以计算机为核心的测量和控制系统它将来自各传感器的检测信号与外部输人命令进行集中，存储、分析、转换，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。

它的基本功能应包括以下几点:

1）实时的信息转换和控制功能。

2）人机交互功能。

3）和机电部件接口的功能。

4）对控制软件运行的支持功能。

2.单板机模式的控制系统有哪些特点？

（P150）

1）结构形态的随意性。

2）空间位置的随意性。

3）形态规模的随意性。

4）最佳的经济性。

3.组合模式的控制系统有哪几种模式？

（P150~151）

采用商品化硬件模块通过总线母板组合成控制系统．具有多种灵活的组成模式，它可以自成系统，即采用独立模式；也可以方便地作为其他小型、微型计算机的前端控制机，或者组成分布式系统的典型的分散系统。

4.在工控机中对存储器有哪些要求？

（P153）

像个人计算机存储代码和数据供CPU或其他设备读写

（1）可靠性高即抗干扰能力强，能在恶劣的工业现场环境下准确进行读写操作。

（2）实时性好能满足工业控制系统对存储器访问的要求。

（3）功耗低降低自然发热造成的温升，并可用电池供电。

（4）数据存储器非易失性这并不是对全局存储器的要求，但系统中至少有局部非易失数据段或程序代码段，以便能长期保存数据，并在系统突然停电后再重新启动时能迅速恢复现场运行

5.I/O子系统的作用是什么？

按其物理量的形式分成哪两大类？

（P153~154）

控制器除了基本系统以外，还应包括各种检测、控制量的输入输出接口，这部分功能称为I/O子系统。

按其物理量的形式来分，一般可分成开关量（数字量）I/O即DI／DO、模拟量I/O即AI/AO两大类。

6.什么是总线？

控制系统中包括哪些总线？

各总线作用是什么？

（P154~155）

所谓总线是指一组信号线的集合，是一种按规定协议传送信息的公共通道，由数据总线、地址总线、控制总线和电源总线组成。

7.简述控制系统的基本组成。

（P152～155）

（一）中央处理单元（CPU）

（二）存储器

（三）机电一体化控制系统的I/O子系统（四）人--机接口（五）系统支持功能（六）总线

8.什么是计算机数控系统（CNC）？

（P155）

计算机数控系统简称CNC系统，它是用计算机通过执行其存储器内的程序来完成数控要求的部分或全部功能，并配有接口电路、伺服驱动的一种专用计算机系统。

9.计算机数控系统（CNC）由哪几部分组成？

（P155）

CNC系统由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置（CNC装置）、可编程序控制器（PLC）、主轴驱动和进给驱动装置等组成，

第五章

1.根据自动化机械的基本模型，简述信息流主要集中在那些子系统中？

（P195）

信息流主要集中在人机界面、检测机构和控制器。

2.现代机械和传统机械最本质的区别是什么？

（P195）

现代机械和传统机械最本质的区别是现代机械中具有信息流。

信息系统保证了机电一体化系统基本单元（MEE）的正确运行，也使许多基本MEE耦合组成复杂的机电一体化系统。

3.在机电一体化系统设计中信息流的作用是什么？

（P196）

信息系统保证了机电一