机电一体化系统的接口技术初探

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1、机电一体化系统的接口技术初探摘要：机电接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题，使系统中信息和能量的传递和转换更加顺畅，使系统各部分有机的结合在一起，形成完整的系统。文章分析了机电一体化系统的设计及内涵，并探讨机电接口技术对机电一体化发展的影响。　　关键词：机电一体化接口技术动力接口智能接口　　　　1前言　　机电一体化产品的性能在很大程度上取决于接口的性能，即各要素和各子系统之间的接口性能是综合系统性能优劣的决定性因素。因此，机电接口技术是解决如何把机电及相关领域技术有机地融为一体，从而设计出最优的机电一体化产品的研究领域。　　2机电一体化系统的设计　　机电一

2、体化是建立在机械、电子、计算机、自动控制、传感与测试等现代高新群体基础上的一种先进技术。机电一体化产品由机械分系统和微电子分系统两大部分组成，二者又分别由若干要素构成。要构成一个完整的系统，就必须在系统各要素、各子系统之间顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换。即各要素和子系统的相接处必须具备一定的联系条件，这个联系条件即机电一体化系统接口。　　在早期的机电一体化系统中，机械部分的设计是系统设计的中心。电能仅用于驱动，为系统提供动力。利用直流电动机的变速功能，虽然可以简化机械系统的传动结构，但因为无法控制运动部件的行程，因而程序自动化仍然是系统控制设计的主要目

3、标。伺服电动机的运动、速度和方向可控，运动部件位置和轨迹的单独/联动控制使得柔性自动化成为可能。驱动电动机不再是机械运动链的起点，而成为联结机械运动和动力以及控制的接口。机电一体化系统设计已从“纯”机械的设计延伸到控制领域。计算机、数字电路、传感器以及自动控制理论已成为系统设计师不可或缺的知识基础。信息技术和软件设计已经成为表达系统设计思想和协调自动化工作的重要工具。　　机电一体化技术是一个不断发展和完善的过程。产品精度和生产效率对机电一体化系统提出了不断改进伺服驱动性能和发展控制算法的要求，而性能优良的伺服驱动既拓展了机械系统的功能、简化了传统的机构，又要求

4、机械系统具有合理的惯量和更好的系统动态性能。传感器的在线监测确保了系统安全可靠的运行，反馈的信息通过闭环确保了先进控制理论的实现和产品的质量要求。机、电、信息的密切交叉已经使机电一体化系统中各部分的互相联结和影响成为设计必须综合考虑的重要内容。早期的机电一体化设计主要集中于系统的组成和结构，随着设计实践的丰富和设计理论的成熟，机电接口技术作为机电一体化设计的核心已经受到专家和学者越来越多的关注。　　3机电接口技术的内涵　　机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其子系统之间的接口极为重要，从某种意义上说，机电一体化系统设计就是接口的

5、设计。但现在对于机电接口技术的研究较少，通过对机电一体化系统进行总结和归纳，我们提出了机电接口技术的概念，形成了如下几点认识。　　3.1机电接口技术的内涵　　机电接口技术是一门新兴的技术，它研究机电一体化系统中各组成部分（子系统）和各组成技术之间的接口问题。研究这门技术是为了更有效地进行系统中信息能量的交互，融合各种技术，实现机电一体化系统最优化设计。　　3.2机电一体化系统接口（简称机电接口）的功能　　机电接口传递和转换信息和能量，并将机电一体化各组成技术的特性融为一体。机电接口包括硬件和软件，硬件主要在子系统之间或人与机电一体化系统之间建立连接，为信息和能

6、量的输入/输出、传递和转换提供物理通道。软件主要是提供系统信息交互、转换、调整的方法和过程，协调和综合机电一体化组成技术，使各子系统集成并融合为一个整体，实现新的功能。　　3.3机电接口的分类　　机电接口包括人—机接口、动力接口、智能接口和机—电接口4类。　　3.3.1人—机接口　　人与机电一体化系统之间的接口，通过此接口，可以监视系统的运行状态，控制其运行过程，即通过人—机接口能够使系统按照人的意志进行工作。人—机接口是双向的，硬件包括输入/输出设备，主要有显示屏、键盘、按钮等。　　3.3.2动力接口　　动力源连接到驱动系统的接口，为驱动系统提供相应的动力。

7、根据系统所需的动力类型不同如直流电、交流电、气动、液压等，动力接口的形式也有很大的不同。但动力接口有一个共同的特点，能够通过较大的功率。　　3.3.3智能接口　　智能接口主要存在于三处，控制系统到驱动系统、驱动系统到传感器、传感器到控制系统。智能接口的应用情况相对比较复杂，但可以得出它的一些共性：智能接口传递和转换各种信息，按照不同技术的要求改变信息形式，使不同的子系统、不同的技术能够集成在一起，形成完整的系统。通常，智能接口是软件表现出的功能连接。　　3.3.4机—电接口　　执行机构与驱动系统和传感器之间的接口。将驱动信号转换成执行机构所需的信号，或将执行机

8、构的机械信号转换成传感器所需的信号。