机电一体化概论(I)

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1、机电一体化概论一、机电一体化系统的基本组成要素二、机电一体化中共性关键技术三、机电一体化发展趋势一、机电一体化系统的基本组成要素一个较完善的机电一体化系统，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，通过接口耦合、运动传递、物质流动、信息控制、能量转换有机融合集成一个完整系统。1．机械本体系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、联接等。由于机电一体化产品技术性能、水平和功能的提高

2、，机械本体要在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面适应产品高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观等要求。2．动力部分按照系统控制要求，为系统提供能量和动力使系统正常运行。用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出，是机电一体化产品的显著特征之一。驱动部分在控制信息作用下、提供动力、驱动各执行机构完成各种动作和功能。机电一体化系统一方面要求驱动的高效率和快速响应特性，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性。由于几何尺寸上的限制，动作范围狭窄，还需考虑维修和实行标准化。由于电力电子技术的高度发展，高性能步进驱动、直流和交流伺服驱

3、动大应用于机电一体系统3．测试传感部分对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。其功能一般由专门的传感器和仪器仪表完成。4．执行机构根据控制信息和指令，完成要求的动作。执行机构是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。根据机电一体化系统的匹配性要求，需要考虑改善性能，如提高刚性，减轻重量，实现组件化、标准化和系列化，提高系统整体可靠性等5．控制及信息单元将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相

4、应的指令控制整个系统有目的地运行。一般由计算机、可编程控制器(PLC)、数控装置以及逻辑电路、A／D与D／A转换、I／O(输入输出)接口和计算机外部设备等组成。机电一体化系统对控制和信息处理单元的基本要求是：提高信息处理速度，提高可靠性，增强抗干扰能力以及完善系统自诊断功能，实现信息处理智能化和小型、轻量、标准化等。这些我们通常称为机电一体化的五大组成要素。在系统中的这些单元和它们各自内部各环节之间都遵循接口耦合、运动传递、信息控制、能量转换的原则，我们称它们为四大原则。6．接口耦合、能量转换(1)变换两个需要进行信息交换和传输的环节之间，由于信息的模

5、式不同(数字量与模拟量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等等)，无法直接实现信息或能量的交流，通过接口完成信息或能量的统一。(2)放大在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配。(3)耦合变换和放大后的信号在环节间能可靠、快速、准确地交换，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范。接口具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递。(4)能量转换还包含了执行器、驱动器它们的不同类型能量的最优转换方法与原理。7．信息控制在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成数据采集、分析、判断、决策，以达到信息控制的目的

6、。对于智能化程度高的系统，还包含了知识获取、推理机制及知识自学习等以知识驱动为主的信息控制8．运动传递运动传递是指各组成要素之间不同类型运动的变换与传输之间以及以运动控制为目的优化。由于采用四大原则使各组成要素联接成为一个有机整体，由于控制和信息处理单元的预期信息导引，使各功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电一体化系统工程。二、机电一体化中共性关键技术机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。1．机械技术机械技术是机电一体化的基础。随着高新技术引入机

7、械行业，机械技术面临着挑战和变革。在机电一体化产品中，它不再是单一地完成系统间的连接，在系统结构、重量、体积、刚性与耐用性方面对机电一体化有着重要的影响。机械技术的着眼点在于如何与机电一体化的技术相适应，利用其他高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上以及功能上的变更，满足减少重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善性能增加功能的要求。在制造过程的机电一体化系统中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。这里原有的机械技术以知识和技能的形式存在。如计算机辅助工艺规格编制(CAPP)是目

8、前CAD／CAM系统研究的瓶颈，其关键问题在于如何将各行业、企业、技术人员中的标准、习惯和经验