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　　20132013年年44月月2626日星期五日星期五机械与电子工程系20132013年年44月月2626日星期五日星期五029-0165E-0132013年年44月月2626日星期五日星期五1.1基本概念1.2机电一体化相关技术1.3机电一体化系统建模1.4现代机械电子技术及其发展习题20132013年年44月月2626日星期五日星期五1.1基本概念1、机电一体化技术的出现2、机电一体化系统的组成20132013年年44月月2626日星期五日星期五1.1基本概念1、机电一体化技术的出现20132013年年44月月2626日星期五日星期五机电一体化是机械、电子、计算机和自动控制等技术有机结合的一门复合技术，其产生与发展与自动化技术的发展密切相关。1.1基本概念-1机电一体化技术的出现20132013年年44月月2626日星期五日星期五18世纪的锅炉供水的水位调节装置，19世纪的转速调节器，都是行之有效的自世纪动控制装置。20世纪30年代，自动化技术已普遍应用于各类生产过程中，当时所实现的只是单机或单个温度、压力、流量等工艺参数的控制。20世纪40到50年代，随着生产规模的进一步扩大，生产水平的逐渐提高，自动化水平亦在不断提高。气动仪表、电动单元组合仪表及巡回检测装置等自动化仪表的采用，使得一些比较复杂的生产过程和一个工段或一个车间的集中控制得以实现。20世纪60年代以来，由于生产向综合自动化方向发展，对控制设备和控制方式提出了崭新的要求。电子计算机的发展，特别是微型计算机的广泛应用，标志着工业生产自动化的一次重要技术革命。1.1基本概念-1机电一体化技术的出现20132013年年44月月2626日星期五日星期五从60年代到80年代，自动化技术的发展经历了三个时60年代是自动化技术定向的时期。它以高速成长、大量生产为背景，在过程控制和机械加工两个领域内相继实现自动化。因此，这一时期以单机自动化和专用设备自动化为主。70年代是系统自动化的时代。这一时期注意从总体考虑，从个别设备的自动化进入到追求整条生产线的自动化以及工段、车间的综合自动化。80年代则是综合自动化的时期。这一时期出现了便于产品更新换代，提高市场竞争能力，适合中、小批量生产的柔性制造系统（FMS）与机电一体化产品。1.1基本概念-1机电一体化技术的出现20132013年年44月月2626日星期五日星期五机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。进入20世纪80年代，机电一体化技术和产品如雨后春不断涌现。现代化的机械将电子技术、自动化技术、计算机技术融为一体，从而使机电一体化进入了所谓大发展时期。1.1基本概念-1机电一体化技术的出现20132013年年44月月2626日星期五日星期五随着生产和科学技术的发展，机电一体化本身的含义还在被赋予新的内容。因此，机电一体化这一术语尚无统一的定义，不过其基本概念和涵义可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、计算机信息技术、自动控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最优化而建立起来的一门新的科学技术。机电一体化技术的出现20132013年年44月月2626日星期五日星期五机电一体化包含机电一体化技术和机电一体化系统两方面的内容。机电一体化技术是指包括技术基础、技术原理在内的、使机电一体化系统得以实现、使用和发展的技术。机电一体化系统有机电一体化产品和机电一体化生产系统。机电一体化产品是指采用机电一体化技术，在机械产品基础上创造出来的新一代产品或设备；机电一体化生产系统是运用机电一体化技术把各种机电一体化设备按目标产品的要求组成的一个高生产率、高柔性、高质量、高可靠J9九游会登录入口首页性、低能耗的生产系统。机电一体化技术的出现20132013年年44月月2626日星期五日星期五目前机电一体化系统的主要类型如图所示：机电一体化技术的出现20132013年年44月月2626日星期五日星期五机电一体化总的发展趋势可概括为以下三个方面：1）性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展。以数控机床为例，其控制精度能实现0.1um的高精度，进给速度可达20-100m/min甚至更高，联动和控制的轴数能实现9-15轴，同时增加了人-机对话功能，设备具有智能I/O通道和智能工艺数据库，给使用、操作和维护带来了极大的方便。今后，随着专用集成电路特别是超大规模集成电路的发展，机电一体化产品将越来越向高性能方向发展。机电一体化技术的出现20132013年年44月月2626日星期五日星期五机电一体化总的发展趋势可概括为以下三个方面：2）功能上，向小型化、轻型化、多功能化方向发展。小型化、轻型化乃是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。通过结构优化设计和精细加工，可使机械的重量减轻到与人体重量相称的程度。多功能也是自动化发展的要求和必然结果。一般机电一体化产品，为适应自动化控制规模的不断扩大和高技术的发展，不仅要求它们具有数据采集、检测、记忆、监控、执行、反馈、自适应、自学习等多种功能，甚至还具有神经系统功能，以便能实现整个生产系统的最佳化和智能化。机电一体化技术的出现20132013年年44月月2626日星期五日星期五机电一体化总的发展趋势可概括为以下三个方面：3）层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。复合集成，既包含各种分技术的互相渗透、互相融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分为若干个层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后，再通过硬、软件将各个层次有机地连接起来，使其性能最优、功能最强。柔性制造系统就是这种层次结构的典型。机电一体化技术的出现20132013年年44月月2626日星期五日星期五机电一体化技术的主要特征：（1）整体结构最优化在传统机械产品中，为了增加功能，或实现某一种控制规律，往往靠增加机械机构的办法来实现。例如，为了达到变速的目的，出现了由一系列齿轮组成的变速箱；为了控制机床的走刀轨迹而出现了各种形状的靠模；为了控制柴油发动机的喷油规律出现了凸轮机构等。随着电子技 术的发展，人们逐渐发现，过去笨重的齿轮变速箱可以用 轻便的电子调速装置来代替；精确的运动规律可以通过计 算机的软件来调节。由此看来，在设计机电一体化系统时， 可以从机械、电子、硬件、软件四个方面去实现同一种功 机电一体化技术的出现2013 2013年年44月月26 26日星期五 日星期五 机电一体化技术的主要特征： （2）系统控制智能化 这是机电一体化技术与传统的工业自动化技术最主要 的区别之一。电子技术的引入，显著地改变了传统机械那 种单纯靠操作人员，按照规定的工艺顺序或节拍，频繁、 紧张、单调、重复的工作状况。可以依靠电子控制系统， 按照预定的程序一步一步地协调各相关机构的动作及功能 关系。有些高级的机电一体化系统，还可以通过控制对象 的数学模型，根据任何时刻外界各种参数的变化情况，随 机自寻最佳工作程序，以实现最优化工作和最佳操作。大 多数机电一体化系统都具有自动控制、自动检测、自动信 息处理、自动修正、自动诊断、自动记录、自动显示等功 能。在正常情况下，整个系统按照人的意图（通过给定指 令）进行控制，一旦出现故障，就自动采取应急措施，实 J9九游会登录入口首页现自动保护。 机电一体化技术的出现2013 2013年年44月月26 26日星期五 日星期五 机电一体化技术的主要特征： （3）操作性能柔性化 计算机软件技术的引入，能使机电一体化系统的各个 传动机构的动作通过预先给定的程序，一步一步地由电子 系统来协调。在生产对象变更需要改变传动机构的动作规 律时，无须改变其硬件机构，只要调整由一系列指令组成 的软件，就可以达到预期的目的。这种软件可以由软件工 程人员根据要求动作规律及操作事先编好，使用磁盘或数 据通信方式，装入机电一体化系统里的存储器中，进而对 系统机构动作实施控制和协调。 1.1 基本概念 2、机电一体化系统的组成 2013 2013年年44月月26 26日星期五 日星期五 机电一体化系统以机为主，机、电、光、气、液 相互结合，它不仅包括机电工程产业中生产系统，而 且包括非机电工程产业的各种生产系统，覆盖面更， 生产对象以固体物料为主，兼顾液体、气体等其他物 机电一体化系统的组成2013 2013年年44月月26 26日星期五 日星期五 系统必须具有以下三大“目的功能”： 变换（加工、处理）功能； 传递（移动、输送）功能； 储存（保持、积蓄、记录）功能。 机电一体化系统的组成2013 2013年年44月月26 26日星期五 日星期五 机电一体化产品一般都具备四种内部功能，即主功能、 动力功能、控制功能和构造功能。 机电一体化系统的组成2013 2013年年44月月26 26日星期五 日星期五 计算机控制的自动化轧钢机系统原理如图所示： 机电一体化系统的组成2013 2013年年44月月26 26日星期五 日星期五 机电一体化系统由机械本体、检测传感部分、电子控 制单元、执行器和动力源组成。 动力源 （内脏） 电控单元 （大脑） 检测传感 （五官） 执行器 （四肢） 机械本体 （身躯） 机电一体化系统的组成2013 2013年年44月月26 26日星期五 日星期五 机电一体化系统由机械本体、检测传感部分、电子控 制单元、执行器和动力源组成。 （1）机械本体 机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机 电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运 动和动力的作用。与纯粹的机械产品相比，机电一体化系 统的技术性能得到提高、功能得到增强，这就要求机械本 体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能 够与之相适应，具有高效、多功能、可靠和节能、小型、 轻量、美观的特点。 机电一体化系统的组成2013 2013年年44月月26 26日星期五 日星期五 机电一体化系统由机械本体、检测传感部分、电子控 制单元、执行器和动力源组成。 （2）检测传感部分 检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其 作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境 有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控J9九游会 - 真人游戏第一品牌J9九游会 - 真人游戏第一品牌