机电一体化教案与课件.ppt

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1、第1章引论1.1概述1.2机电一体化系统的设计1.3机电一体化的发展趋势1.1概述1.1.1引言机电一体化技术是20世纪60年代后在传统的机械技术基础上，随着电子技术、计算机技术，特别是自动控制技术、信息技术及系统工程技术等的迅速发展而发展起来的一门新技术。“机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics”,它是取Mechanics（机械学）的前半部分和Electronics（电子学）的后半部分拼合而成的。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

2、体技术等群体技术，从系统的观点出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质和能量的有规则运动，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。机电一体化技术：从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。机电一体化不是机械与电子简单的叠加，而

3、是在信息论、控制论和系统论的基础上建立起来的应用技术，特别是微电子技术是其发展的物质基础机电一体化信息科学机械学电子学两个显著特征：１）系统的科学性２）学科综合性和技术集成性机电一体化一般包含机电一体化产品(系统)和机电一体化技术两层含义。典型的机电一体化产品(系统)有：加工制造业：数控机床、机器人家用电器：洗衣机航空航天设备：雷达、飞船医疗仪器设备：CT、分析仪汽车业：其他：、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。机电一体化技术：共性关键技术数控机床焊接机器人汽车防抱死系统(ABS)机电一体化产品的特点：1、整体结构最优化（

4、小型轻量）2、系统控制的智能化（“傻瓜”相机）3、操作性能柔性化（灵活性和适应性）机电一体化技术与其他高新技术的关系：1、机电一体化技术是其他高新技术发展的基础；2、机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发展。位置,速度检测单元电机机械部件位置,速度反馈CNC数控机床伺服系统组成1.1.2机电一体化系统的基本组成要素执行器控制信息电子控制单元动力源检测传感部分机械本体参数变化信息驱动力能量检测参数典型的机电一体化系统应包含以下几个基本要素：1、机械本体机身、框架、机械联接等产品支持机构，实现构造功能要求：可靠、小型、美观2、动力

5、与驱动部分提供能量，转换成需要的形式，实现动力功能要求：效率高、、适应性好、可靠性高3、传感测试部分检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能要求：体积小、精度高、抗干扰能力强4、执行机构包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成要求的动作，实现主功能。常用执行机构：机械、电磁、电液等机构5、控制及信息处理单元处理、运算、决策，实现控制功能要求：高可靠性、柔性、智能化图1-1机电一体化系统的组成要素及功能(a）机电一体化系统的组成要素;(b）机电一体化系统的功能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

6、统。遵循四大原则：接口耦合、能量传递、信息传递、运动传递6、接口耦合与能量转换（1）变换：通过接口完成信息或能量的统一的过程。如：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（2）放大：在两个信号强度相差悬殊的环节间,经接口放大,达到能量的匹配如：电液阀（3）耦合：变换和放大后的信号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：其执行元件包含了执行器和驱动器如：电动机、液压泵7、信息传递系统控制单元作为智能组成要素,在软、硬件的保证下,完成数

7、据采集、分析、判断、决策功能,以达到信息控制的目的。8、运动传递运动传递是指运动各组成环节之间的不同类型运动的变换与传输,如位移变换、速度变换、加速度变换及直线运动和旋转运动变换等。运动传递还包括以运动控制为目的的运动优化设计,以提高系统的伺服性能。1.1.3机电一体化系统的技术组成1、机械技术机械技术是机电一体化的基础。实现机电一体化产品的主功能和构造功能，影响系统的结构、重量、体积、刚性、可靠性等。2、计算机与信息处理技术主要完成信息的交换、存取、运算、判断和决策等.其主要工具是计算机要求：信息处理速度快、运行可靠

8、、抗干扰能力强传感器A/D计算机D/A执行装置3、自动控制技术关于软件方面的技术，主要以控制理论为指导，对控制系统设计、仿真、现场调试、可靠运行等机电自动控制技术是机电一体化中的关键技术。4、传感与检测技术研究对象：传感器及其信号检测装置（即变送器）作用：感