机电一体化技术应用及其发展趋势

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1、机电一体化技术应用及其发展趋势【摘要】机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。【关键词】机电一体化1.机电一体化的发展机电一体化技术的发展大体上可分三个阶段。包括萌芽阶段、蓬勃发展阶段和智能化阶段。第二阶段，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。第三阶段，机电一体化技术以智能化为内核进入了21世纪。2.机电一体化的核心技术机电一体

2、化系统的形成多种多样，其功能也各不相同。一个较完善的机电一体化系统，应包括以下几个基本要素：机械本体、动力单元、传感检测单元、执行单元、驱动单元、控制及信息处理单元，各要素和环节之间通过接口联系。其核心技术主要为：2.1机械技术：机械技术是机电一体化的基础。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、性能更优越。现代机械不但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。因此，机械技术的出发点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其他高新技术来更新概念，实现结

3、构上、材料上、性能上以及功能上的变更。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制造工艺和工艺装置。2.2传感检测技术：传感检测装置是机电一体化系统的感觉器官，即从待测对象那里获取能反映待测对象特征与状态的信息。传感检测技术的研究内容包括两方面：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；二是研究如何将转换的电信号的加工处理，如放大、补偿、标定变换等。大力开展对传感检测技术的研究对于机电一体化的发展具有十分重要的意义。2.3信息处理技术

4、：信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策。实现信息处理的主要工具是计算机,因此信息处理技术与计算机技术是密切相关的。计算机技术包括计算机的软件、硬件技术、网络与通信技术和数据技术。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，分布式计算及控制系统）进行信息处理。计算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化技术发展和变革的最重要因素，信息处理的发展方向是如何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

5、的范畴。2.4自动控制技术：自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标最佳化。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，之后进行系统仿真、现场调试，最后使研制的系统可靠地投入运行。由于控制对象种类繁多，所以自动控制技术的内容极其丰富。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、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。2.5伺服驱动技术：伺服驱动技术就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令要

6、求运动,并具有良好的动态性能。伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置。这些传动装置通过接口与计算机相连接，在计算机控制下，带动工作机械做回转、直线以及其他各种复杂运动。伺服驱动技术是直接执行操作的技术，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置或部件，对机电一体化系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的作用。常见的伺服驱动系统主要有电气伺服（如液压马达、脉冲液压缸等）两类。由于变频技术的进步，交流伺服驱动技术取得突破性进展，为机电一体化系统提供了高质量的伺服驱动单元，极大地促进了机电一体化技术的发展。2.机电一体化技术

7、的主要应用领域1.1数控机床：数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：3.1.1总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。3.1.2开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。3.1.3大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。3.1.4能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检

8、测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。3.1.5系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。3.1.6以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。3.2工业机器人：第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行