机电系统设计理论与方法-Chapter01汇编

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1、1机电专业研究生课程刘今越刘今越河北工业大学河北工业大学 机械工程学院机械工程学院2014.9机电系统设计理论与方法机电系统设计理论与方法机械电子工程系机械电子工程系机电研究生课程2机电系统工程设计方法机电系统工程设计方法&建模与仿真建模与仿真 Research Institute of Robotics and Automation(RIRA), HEBUT教材教材参考教材：参考教材：机电一体化系统设计（英文版），机电一体化系统设计（英文版），/ /（美）谢提（美）谢提（ShettyShetty. D.). D.)等著。等著。 机械工业出版社。机械工业出版社。机电一体化系统设计，机电

2、一体化系统设计，/ /（美）谢提（美）谢提（ShettyShetty. . D.)D.)等著等著; ; 张树生等译，张树生等译， 机械工业出版社。机械工业出版社。 参考书目：参考书目：机电一体化系统设计，张建民，北京理工大学出机电一体化系统设计，张建民，北京理工大学出版社。版社。机电产品开发设计与制造技术标准实用手册，刘机电产品开发设计与制造技术标准实用手册，刘力，力， 世图音像电子出版社。世图音像电子出版社。3机设专业本科生课程第一章第一章 机电一体化系统设计机电一体化系统设计1.1 什么是机电一体化？什么是机电一体化？ 1.2 机电一体化集成设计问题机电一体化集成设计问题1.3 机电一体化

3、关键要素机电一体化关键要素1.4 机电一体化设计过程机电一体化设计过程1.5 机电一体化中的高级方法机电一体化中的高级方法1.6 小结小结机电研究生课程4机电系统工程设计方法机电系统工程设计方法&建模与仿真建模与仿真 Research Institute of Robotics and Automation(RIRA), HEBUT概念：是概念：是微电子技术微电子技术向向机械工业机械工业渗透过程中渗透过程中逐渐形成逐渐形成的一个新概念。的一个新概念。是精密机械技术、微电子技术和信息技术等各种相关技术有机结合的一是精密机械技术、微电子技术和信息技术等各种相关技术有机结合的一种新形式。种新

4、形式。MechatronicsMechatronics由由MechaMechanicsnics和和ElecElectronicstronics组合而成。组合而成。（机械电子学）（机械电子学）日本日本“机械振兴协会经济研究所机械振兴协会经济研究所”提出的解释：提出的解释：在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术。并将机械装置和电子装置用相关软件有机结合而构成的系统总称。 可以说机电一体化技术是机械技可以说机电一体化技术是机械技术、微电子技术及信息技术术、微电子技术及信息技术相互相互交叉融合交叉融合的产物。的产物。1.1 1.1 什么是机电一体化（什么是机电一体化（Mechat

5、ronicsMechatronics) )？机电研究生课程5机电系统工程设计方法机电系统工程设计方法&建模与仿真建模与仿真 Research Institute of Robotics and Automation(RIRA), HEBUT机电一体化技术机电一体化技术具有技术和产品两方面内容具有技术和产品两方面内容 技术方面：技术方面：包括使机电一体化系统得以实现、使用和发展的技术技术。产品方面：产品方面：机械系统与微电子系统（部件和软件）相互置换或有机结合而构成的新系统。且赋予其新的功能和性能的新一代产品新一代产品。实例：数控机床电主轴。以电气执行元件替代传统的机械传动机构；其本身也

6、体现了机电融为一体的有机结合，从而具有新的性能。机电一体化技术融机械、电子、信息、控制等多种技术为一体，打破机电一体化技术融机械、电子、信息、控制等多种技术为一体，打破旧的各学科的分类，是旧的各学科的分类，是从系统角度从系统角度分析与解决问题的一门新兴的分析与解决问题的一门新兴的交叉交叉学科学科。 1.1 1.1 什么是机电一体化（什么是机电一体化（MechatronicsMechatronics) )？机电研究生课程6机电系统工程设计方法机电系统工程设计方法&建模与仿真建模与仿真 Research Institute of Robotics and Automation(RIRA),

7、 HEBUT1.1 1.1 什么是机电一体化（什么是机电一体化（MechatronicsMechatronics) )？系统的目的功能系统的目的功能 系统的目的功能：系统的目的功能：满足人们使用要求的功能。使用要求：使用要求：要能对输入的物质、能量和信息（工业三大要素）进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。要用系统科学的方法设计。要用系统科学的方法设计。1978年，钱学森就曾指出：“系统科学是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法”。 机电研究生课程7机电系统工程设计方法机电系统工程设计方法&建模与仿真建模与仿真 Re

8、search Institute of Robotics and Automation(RIRA), HEBUT1.1 1.1 什么是机电一体化（什么是机电一体化（MechatronicsMechatronics) )？机电一体化是一种用于机电产品最优设计的方法学机电一体化是一种用于机电产品最优设计的方法学方法学（方法学（Methodology)Methodology)是从事某个知识领域的特定分支或学科的专业人员是从事某个知识领域的特定分支或学科的专业人员所运用的实践、程序和规则的一个集合。所运用的实践、程序和规则的一个集合。多学科系统（多学科系统（Multi-disciplinaryMult

9、i-disciplinary）例如机电系统（例如机电系统（electromechanical electromechanical system)system)，使用按学科顺序设计的方法。使用按学科顺序设计的方法。机电一体化（机电一体化（MechatronicsMechatronics) )系统是多学科的系统是多学科的电气、机械、计算机和信息技电气、机械、计算机和信息技术。并行的学科设计方法。术。并行的学科设计方法。 F-22战斗机（洛克希德和波音研制）是机电一体化技术应用的一个实例。战斗机（洛克希德和波音研制）是机电一体化技术应用的一个实例。机电一体化系统和多学科系统之间的区别机电一体化系统和

10、多学科系统之间的区别：不在于他们的构成要素，而是对：不在于他们的构成要素，而是对这些要素设计的次序。这些要素设计的次序。 例如机电系统设计：机械设计例如机电系统设计：机械设计电源和微电子系统设计电源和微电子系统设计控制算法控制算法 按学科顺序设计的缺点：对各个点的固定设计导致新的限制，沿学科传按学科顺序设计的缺点：对各个点的固定设计导致新的限制，沿学科传递。递。机电研究生课程8机电系统工程设计方法机电系统工程设计方法&建模与仿真建模与仿真 Research Institute of Robotics and Automation(RIRA), HEBUT1.1 1.1 什么是机电一体化

11、（什么是机电一体化（MechatronicsMechatronics) )？“设计并制造机械系统。然后叫来油漆匠进行油设计并制造机械系统。然后叫来油漆匠进行油漆，叫来控制系统工程师安装控制器。漆，叫来控制系统工程师安装控制器。”控制器的设计常常因为这些控制器的设计常常因为这些附加的限制附加的限制而失败。而失败。比如，比如，降低成本降低成本在许多系统中是一个主要的因素。在许多系统中是一个主要的因素。在机械和电气设计阶段的折中往往会涉及传感器和在机械和电气设计阶段的折中往往会涉及传感器和执行器。减少传感器和执行器的数目以及使用低精执行器。减少传感器和执行器的数目以及使用低精度传感器和低能耗执行器是