机电一体化系统设计

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1、第一章绪论本章教学重点：机电一体化功能要素、相关技术。本章教学难点：机电一体化相关技术。本章教学方式：多媒体教学、机电一体化功能要素举例说明。第一节机电一体化概念一、机电一体化概念Mechatronics=Mechanics+Electronics机械工程和电子工程相结合的技术，以及应用这些技术的机械电子装置（产品）。图1-1机电一体化产品归类图机电一体化产品分类：数控机床、机器人、自动生产设备生产用机电一体化产品柔性生产单元、自动组合生产单元FMS、无人化工厂、CIMS微机控制汽车、机车等交通运输工具运输、包装及工程用机电一体化产品数控包装机械及系统数控运输机械及工程

2、机械设备自动仓库储存、销售用机电一体化产品自动空调与制冷系统及设备74自动称量、分选、销售及现金处理系统自动化办公设备社会服务性机电一体化产品动力、医疗、环保及公共服务自动化设备文教、体育、娱乐用机电一体化产品微机或数控型耐用消费品家庭用机电一体化产品炊事自动化机械家庭用信息、服务设备测试设备科研及过程控制用机电一体化产品控制设备信息处理系统农、林、牧、渔及其它民用机电一体化产品航空、航天、国防用武器装备等机电一体化产品二、机电一体化产品的表现形式1.机械的电子化（1）在原有机械系统的基础上采用微型计算机控制装置，使系统的性能提高，功能增强。例如，模糊控制洗衣机能根据衣

3、物的洁净度自动控制洗涤过程，从而实现节水、节电、节时、节洗衣粉的功能；机床的数控化是另一个典型的例子。（2）用电子装置局部替代机械传动装置和机械控制装置，简化结构，增强控制灵活性。例如，数控机床的进给系统采用伺服系统，简化了传动链，提高了进给系统的动态性能；将传统电机的电刷用电子装置替代形成的无刷电机，具有性能可靠、结构简单、尺寸减小等优点。（3）用电子装置完全替代原来执行信息处理功能的机构，既减化了结构，又极大地丰富了信息传输的内容，提高了速度。例如，石英电子钟表、电子秤、按键式电话等。（4）用电子装置替代机械的主功能，形成特殊的加工能力。例如，电火花加工机床、线切割

4、加工机床、激光加工机床等。2.机电技术完全融合形成新型机电一体化产品生产机械中的激光快速成形机；信息机械中的传真机、打印机、复印机；检测机械中的CT（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。第二节机电一体化构成要素及相关技术一、机电一体化构成要素74图1-2机电一体化系统与人体对应关系举例1：数控系统组成图1-3数控系统组成图举例2：机器人组成74图1-4机器人组成图举例3：钢板自动切割系统组成成型板材自动切割工作原理图1-5钢板自动切割系统组成图二、相关技术1.机械技术机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优

5、越。现代机械要求具有更新颖的结构、更小的体积、更轻的重量，还要求精度更高、刚度更大、动态性能更好。在设计和制造机械系统时除了考虑静态、动态刚度及热变形等问题外，还应考虑采用新型复合材料和新型结构以及新型的制造工艺和工艺装置。2.传感检测技术传感检测技术的内容，一是研究如何将各种被测量（包括物理量、化学量和生物量等）转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理，如放大、补偿、标度变换等。图1-6机电一体化相关技术图机电一体化系统要求传感检测装置能快速、准确、可靠的获取信息3信息处理技术实现信息处理的主要工具是计算机，计算机技术包括计算机的软件技术、硬件技术、网

6、络与通讯技术和数据技术。机电一体化系统中主要采用工业控制机（包括可编程控制器，单、多回路调节器，单片微控制器，总线式工业控制机，分布式计算机测控系统）进行信息处理。信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术的范畴。4自动控制技术自动控制所依据的理论是自动控制原理（包括经典控制理论和现代控制理论），自动控制技术就是在此理论的指导下对具体控制装置或控制系统进行设计；设计后进行系统仿真，现场调试；最后使研制的系统可靠地投入运行。机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制

7、、自适应控制以及模糊控制、神经网络控制等。5伺服传动技术伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置常见的伺服驱动系统主要有电气伺服（如步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机等）和液压伺服（如液压马达、脉冲油缸等）两类。6系统总体技术机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合运用而达到整体系统的最佳化。74三、学科构成图1-7机电一体化学科构成74第三节机电一体化发展方向一、机电一体化特点1、体积小，重量轻2、速度快，精度高3、可靠性高4、柔性好二、发展方向1、复合化2、小型化，轻量化3、高速化4、移动