机电一体化系统设计+第1章+绪论汇编

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1、河南理工大学机械学院机电一体化系统设计机电一体化系统设计主讲教师：张业明河南理工大学机械学院国际机电一体化项目资源 http:/ http:/manufacturinghub.org/国际机器人网站 http:/ http:/ 一些网络资源一些网络资源 机电一体化系统设计课程是多学科的交叉和综合，机电一体化系统设计课程是多学科的交叉和综合，涉及的相关专业知识较多，讲授的涉及的相关专业知识较多，讲授的主要内容包括：主要内容包括： 机电一体化系统基本知识；机电一体化系统基本知识； 机电一体化系统总体设计；机电一体化系统总体设计； 机电一体化系统机械设计技术；机电一体化系统机械设计技术； 机电一体化

2、控制系统设计技术；机电一体化控制系统设计技术； 机电一体化伺服系统设计技术。机电一体化伺服系统设计技术。 机电一体化检测技术；机电一体化检测技术； 机电一体化技术的应用。机电一体化技术的应用。第1章 绪论 1.1 1.1 机电一体化概念机电一体化概念机电一体化是在新技术浪潮中，电子技术、信息技术向机械工业渗透并与机械技术相互融合相互融合的产物。 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、接口技术及系统总体技术等群体技术群体技术。从系统系统的观点出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标,以智能、动力、结构、运动和感知等组成要素为基础,对各组

3、成要素及相互之间的信息处理、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系统工程技术。 机电一体化的外文名词是机电一体化的外文名词是 ，来源于日本（来源于日本（70年代）。取英语年代）。取英语Mechanics（机械学）的前半部和（机械学）的前半部和Electronics（电子学）的后半部拼合而成。（电子学）的后半部拼合而成。我国通常称为我国

4、通常称为机电一体化或机械电子学机电一体化或机械电子学； 涉及到许多相关的学科涉及到许多相关的学科 机械学机械学：机械设计、机械制造等：机械设计、机械制造等电子学电子学：电工学、电机学、数字电路、模拟电路：电工学、电机学、数字电路、模拟电路等等控制论控制论：经典控制（控制工程基础：经典控制（控制工程基础)、现代控制（多变量、现代控制（多变量)等等计算机科学计算机科学：微处理系统及接口技术，应用软件技术（：微处理系统及接口技术，应用软件技术（CAD、 CAM、FMS、CAT、CNC）等等 1.1 机电一体化基本概念机电一体化基本概念 ：从：从系统的观点系统的观点出发，将机械技术出发，将机械技术 、

5、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机有机地地加以综合，以实现整个加以综合，以实现整个系统最佳化系统最佳化的一门新科学技术。的一门新科学技术。 机电一体化不是机械机电一体化不是机械与电子与电子简单的叠加简单的叠加，而，而是在是在信息论、控制论和信息论、控制论和系统论等系统论等的基础上建立起的基础上建立起来的来的应用技术应用技术 。机电一体化信息科学机械学电子学 是使系统(产品)高附加价值化高附加价值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻、薄、轻、薄、短、小巧化短、小巧化方向发展，不断满足人们生活的多样化

6、需求和生产的省力化、自动化需求。机电一体化的机电一体化的“目的目的” 机机电电一一体体化化相相关关学学科科关关系系 从控制的角度控制的角度来讲, 机电一体化系统可分为开环控制系统开环控制系统和闭环控制系统。和闭环控制系统。开环控制的机电一体化系统是没有反馈的控制系统,这种系统的输入直接送给控制器,并通过控制器对受控对象产生控制作用。一些家用电器、简易NC机床和精度要求不高的机电一体化产品都采用开环控制方式。开环控制机电一体化系统的优点优点是结构简单, 成本低, 维修方便; 缺点缺点是精度较低,对输出和干扰没有诊断能力。机电一体化系统的分类机电一体化系统的分类 从从用途用途和和功能功能两个方面分

7、类两个方面分类按照用途分：按照用途分：按照功能分：按照功能分：产业机械：用于工业生产的电子控制机械，如数控设备产业机械：用于工业生产的电子控制机械，如数控设备信息机械：用于信息处理、存储的机械如自动化办公设备信息机械：用于信息处理、存储的机械如自动化办公设备民生机械：用于人民生活的电子机械产品家用电器民生机械：用于人民生活的电子机械产品家用电器数控机械类：数控机床、机器人数控机械类：数控机床、机器人电子设备类：如自动洗衣机电子设备类：如自动洗衣机电液伺服类：如电液振动台电液伺服类：如电液振动台信息控制类：如传真机信息控制类：如传真机机电结合类：如自动售货机机电结合类：如自动售货机数数控控铣铣床

8、床汽车防抱死系统汽车防抱死系统(ABS)一个典型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、结构组成要素、 动力组成要素、运动组成要动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素素、感知组成要素、智能组成要素； 这些组成要素内部及其之间,形成通过接口耦合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统。机电一体化系统的组成要素及功能如图1-1至1-3所示：1.2 1.2 机电一体化系统的基本组成要

9、素机电一体化系统的基本组成要素 构成机电一体化系统的要素很多，其中五大要素是必须的，可以从构成构成机电一体化系统的要素很多，其中五大要素是必须的，可以从构成人体的五大要素得到启发。人体的五大要素得到启发。 图图1.11.1所示为人体的五大要素所示为人体的五大要素 图图1.1.3 3所示为机电一体化的五大要素所示为机电一体化的五大要素 脑心脏骨骼五官四肢控制系统动力装置检测装置执行机构机械本体图图 1.1 1.1图图 1. 1.2 2 机电一体化系统的功能 图图 1. 1.3 31.1.机械本体机械本体 机电一体化系统的机械本体包括机身、框架、连接等。是机电一体化技术的基础基础，对系统的结构、重

10、量、体积刚性、耐用性等有重要影响。 强调精密机械设计技术的运用，即利用高、新技术手段，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足： 减轻重量，减小体积； 提高刚度； 实现标准化、通用化、系列化； 提高系统整体的可靠性。 2.2.动力与驱动动力与驱动 ( () ) 动力部分的功能是按照系统控制要求,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用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出获得尽可能大的功能输出, ,是机电一体化产品的显著特是机电一体化产品的显著特征之一征之一。 驱动部分的功能是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。3. 3. 传感测试部分传感测试部分

11、传感测试部分的功能是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,生成相应的可识别信号,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。这一功能一般由专门的传感器及转换电路完成。这一功能一般由专门的传感器及转换电路完成。 4. 4. 执行机构执行机构 执行机构的功能是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执行机构是运动部件, ,一般采用机械、电一般采用机械、电磁、磁、电液等机构电液等机构。 5. 5. 控制及信息单元控制及信息单元 控制及信息单元的功能是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