第一篇：机电一体化3
七.步进电机的驱动的控制 1.驱动：
① 这个功能由驱动电源行使的。
驱动电源由（脉冲分配器）和（功率放大器）组成
② 脉冲分配器作用：接收来自变频信号源的脉冲信号，并分配给电机绕组，使电机绕组的通电顺序按一定规律交换的元件。
③ 功率放大器作用：从计算机输出口令从环形分配器输出的信号脉冲电流一般只有几个毫安，不能直接驱动步进电机，必须采用功率放大器将脉冲电流进行放大，使其增长到几至十几安培，从而驱动步进电机运转。④ 驱动原理：从变频信号源发出的电脉冲信号，经过脉冲分配器，按一定规律的分配，然后又经过功率放大器的放大就可以驱动步进电机运转了。⑤ 细分驱动
1）2）概念：将一个步距角细分成若干步的驱动方法。
原理：在每次电机输入脉冲切换时，我们不将绕组的电流全部通入或切除，而是只改变一部分。3）细分驱动两个主要特点：
a：不改变电机结构参数，使步距角减小，但不够精确，功放电路也较复杂。b：能使电机运行平稳，提高匀速性，并能减弱或消除振荡。控制：这个功能主要是由单片机来执行。有串行和并行两种方式。
① 串行控制：这种方式与前面所讲的驱动原理基本相同。单片机发出脉冲信号和方向信号，给脉冲分配器，经过脉冲分配器的分配再送给功率放大器，经放大后驱动步进电机。
② 并行控制：这种控制方式与串行不同，用微机各个端口输出控制信号，直接控制电机各项的驱动电路，至于脉冲分配器的功能由微机自己来完成。③ 速度控制：前面讲过，可以通过控制脉冲的频率来控制电机的转速，也就是说控制微机系统发出时钟脉冲的频率或者换相周期来控制电机转速，有两种方法：
a.软件延时：是通过调用延时子程序的方法来实现的，它占用CPU的时间。b.定时器：是通过设置定时时间常数的方法来实现的。④ 加减速控制 在一位控制系统中，电机的速度变化有这样的过程。加速→恒速→减速→低恒速→停止
用微机为步进电机进行加减速控制，实际上就是改变输出脉冲的时间间隔，开速时使脉冲串逐渐加密，也就是减小脉冲的时间间隔，使频率增大，减速时使脉冲串逐渐稀疏，也就是增大脉冲的时间间隔使脉冲频率下降。开速的规律一般有两种选择： a.按照直线规律开速：
加速度为恒定值，这就要求电机产生的转矩有所下降。
b.按指数规律开速：加速及在开速过程中是下降的这种方式接近于电机输出转矩随转速变化的规律。
⑤ 开环与闭环控制
开环控制：没有速度或位置反馈，电机输出转矩和速度，取决于驱动电源和控制方式。
闭环控制：直接或间接检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适当处理，自动给出驱动的脉冲串，采用闭环控制不仅可以获得更加精确的位置控制和高得多，平稳得多的转速。
本章思考题：
1、直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机的驱动原理及其区别。
2、机电一体化系统对执行元件的基本要求
3、步距角、矢量控制的定义
4、步距角的计算方法
第四章 微机控制系统的接口设计
〔本章教学重点〕：1、2、3、4、5、专用与适用，硬件与软件的权衡与抉择
如何选择微型计算机
微型计算机的系统构成与种类 微型计算机的分类 使用PLC的工作过程
一、专用与适用，硬件与软件的权衡与抉择
机电一体化系统的控制功能一般是采用微机来完成的，微机包括单板机、单片机和微型计算机等几种类型。由于产品不同所需要的控制功能，控制形式和动作控制方式都不完全相同。所以机电一体化系统的设计就是：选用微机、设计接口、选用控制形式和动作控制方式的问题。要解决这些问题必须具备微机控制理论，数字电路，设计等方面的知识，还应具备一定的生活和生产工艺知识，在设计中常会遇到以下几种问题。2.专用与适用的选择
解决这个问题是根据生产量的大小，如果是大批量生产，那么就要设计一种专用部件，可以长期使用，可以降低成本，提高效率。如果是中小批量生产，那么就应该选用通过部件。因为在产品转型时通用部件不会失去作用，这也是降低成本的一种算途径。在控制系统中，适用与专用的选择依据也大致相同。⑴专用控制系统
① 依据：用于大批量生产
② 实质：选用适当的通用芯片组成控制系统，以便与执行元件和检测传感器相匹配，或重新设计制作专用集成电路，把整个控制系统集成在一块或几块芯片上。⑵通用控制系统
① 依据：中、小批量生产的产品
② 实质：合理选择主控制微机型，设计与其执行元件和检测传感元件之间的接口，并在此基础上控制应用软件的问题。2.硬件与软件的权衡
⑴硬件的特点：a 分散元件（二极管、三极管）组成的小规模集成电路结构复杂，体积圈套，不易改变。
b 大规模集成电路芯片(LSI)，结构简单，体积较小，易于改动，可靠性高，处理速度快。
⑵软件的特点：运算和判断功能强，并且容易修改，适应性强。
知道了硬件与软件的特点就可以进行权衡。主要依据是：根据经济性、可靠性的标准来决定的。
例如：在选用软件和硬件都可以实现某种功能的情况下，根据软、硬件的特点。在必须用分
元件组成硬件的情况下，不如使用软件，如能用通用的LSI芯片来组成所需的电路则最好采用硬件。
二、控制系统的一般设计思路 1.确定系统整体控制方案
首先：要了解被控对象的控制要求构思整体方案，通常先考虑采用开环控制还是闭环控制。在这里还涉及到检测传感元件的选用问题。其次：采用执行元件采用的方式：电动式，液动式，还是气动式。
第三：考虑在控制方面是否有特殊要求，如：在可靠性、快速性及控制精度等方面的要求。
第四：考虑微机在整个控制系统中需要完成哪些任务，从而确定微机要具备哪些功能。
第五：应初步估算成本。2.确定控制算法
首先是建立系统的数字模型：它是选择控制算法的依据，所谓数字模型就是系统动态特性的数字表达式，它反映了系统输入、内部状态、输出之间的数量和逻辑关系，根据这些关系就可以推算出控制算法，计算机就是依据所推出的控制算法进行运算处理，进而进行控制的。
按所设计的是何控制对象和不同的控制性能指标要求，心脏所适用的微型机处理功能，它是一种控制算法。3.选择微型计算机
控制系统中的微机要完成其控制功能需满足下列条件 ① 较完善的中断系统：具有以下优势
a：同步操作：有了中断功能，可以使CPU和外设同时工作，当外设把数据准备好以后，发出中断申请，请求CPU中断电源在执行的主程序，执行输入或输出程序。执行完毕后，CPU恢复执行主程序，外设也继续工作，这样就大大提高了CPU的率，也提高了输入输出的速度。
b：实现实时处理：当计算机用于实时控制时，现场的各个参数信息如需要及时修改，可在任何时间发出中断请求，要求CPU处理，CPU在中断开放的情况下，马上就可以响应，并予以处理。
c:故障处理：指计算机在运行时，内部出现故障，如存储出错，运算溢出，或者输入输出异常等情况下，可以利用中断系统自行处理。②足够的存储容量 ③完善的输入输出通道和实时时钟
输入输出通道是外部过程和主机交换信息的通道：根据控制系统的要求不同有开点通道，模拟量通道以及直接数据通道。
实时时钟：在过程控制中给出时间参数，记下某部件发生的时间，同时使系统能按规定时间顺序完成各种操作。④其它特殊要求
a、字长：指的是并行数据总路线的线数，字长直接影响到数据精度，寻址能力，指令数目和执行操作时间，所以要根据具体情况，如对控制系统的精度要求，处理速度要求选择四位、八位、十六位等。
b、速度：可与字长的选择一并考虑，字长长时处理速度高。
c、指令：一般来说指令数多，针对特定操作的指令就多，可以缩短程序，处理速度加快。
此处还要考虑成本，程序编制难易及扩充输入输出接口是否方便等问题。4.系统总体设计
是对控制方案进行具体实施步骤的设计，通常包括以下三个方面： 1)接口设计
在对控制系统进行接口设计时，首先要合理使用微机接口，当通用接口不够时，应进行接口扩展，扩展方法通常有以下三种。a)选用功能接口板：其上有多种数字量，模拟量通道，这种方法硬件工作量小，可靠性高，但价格较贵。
b)选用通用接口电路：用于较小的控制系统，由于电路标准化可进行任意扩展。
c)用集成电路自行设计接口电路：中、小规模集成电路使用方便，价格便宜。2)通道设计：输入输出通道是计算机与被控对象相互交换信息的部件。包括开关量、数字量、模拟量输入输出通道。开关量输入主要解决电平转换，去抖动及抗干扰等问题。开关输出要解决功率驱动问题，模拟量输入通道主要电信号处理装置采样单元，采样保持器和放大器，A/D转换器等组成模拟量输出通道主要由D/A转换放大器等组成。3)操作控制台设计
控制台相当于微机的键盘，便一般不能用键盘代替，主要考虑到现场操作人员不一定对微机的结构熟悉避免发生操作失误。5.软件设计：微机软件主要分两类
1)系统软件：包括操作系统，诊断系统，开发系统和信息处理系统这些系统是机器固有的，不需用户设计。
2)应用软件：由用于自行设计，方法有两种：
① 模块设计方法
模块是指能完成一定功能相对独立的程序段，根据所要完成的任务，把要设计的整个程序分成若干部分，也就是分成若干模块分别编程。② 结构化设计方法
指给程序施加了一定的约束，采用规定的结构类型和操作顺序，使编出的程序操作顺序分明，便于查找和纠正错误，常用的方法有直线顺序结构，条件结构，循环结构和选择结构。
最后是系统调试：步骤为：硬件调试→软件调试→系统调试
4-2微型计算机的系统构成与种类 一 微型计算机的系统构成
“微机”是微处理器（CPU），微型计算机（MC）和微型计算机系统（MCS）的总称。
1.微处理器：简称CPU，是一种大规模（LSI）或超大规模（ULSI）集成电路器件，能完成计算机对信息的处理与控制。但它并非是完整的计算机，一般由运算器和控制器组成。
2.微型计算机：简称MC，是以CPU为中心，加上只读存储器（ROM），读写存储器（RAM），I/O接口电路，系统总体和其它逻辑电路组成。
我们一般认为CPU＋存储器构成微型计算机。3.微型计算机系统：简称MCS
是在微型计算机基础上加上系统软件，外设、系统总体和接口而构成的。硬件构成看图4－2。
各组成部分由数据总线，地址总线和控制总线相联。
（1）主存储器：又叫内部存储器，主要有RAM和ROM两部分构成。
ROM：只读存储器，存储固定程序和数据。（由于只读写入后不能擦去，更改）
RAM：读写存储器，存储输入/输出数据和作业领域的数据。（2）输入/输出装置：主要执行数据和程序的输入/输出，以及用于控制时输入检测元件的信息和输出控制执行元件的信息。
（3）辅助存储装置：可作为存储器使用。
输入/输出装置与辅助存储装置。统称为计算机外围设备。二 微型计算机的分类。＜有3种分类方式＞
1.按组装形式分类：单片机、单板机、微机、微机系统。
（1）单片机：在一块集成电路芯片上装有CPU、ROM、RAM以及输入/输出端口电路，该芯片称为单片机。
（2）单板机：将CPU、ROM、RAM、I/O接口电路。以及辅助电路分别作成LSI芯片，并将其配置在一块印刷电路板上，用电缆线和外部设备连接起来，称为单板机。
单板机可完成简单的数据处理和编辑功能，成本低在简易数控检测设备，工业机器人的控制领域应用广泛，功能没有单片机强，集成度差。
（3）微机系统：将CPU、ROM、RAM、I/O接口电路，电源等组装在不同的印刷电路板上，然后组装在一个机箱内，再配上键盘、CRT显示器、打印机的硬盘、软盘驱动器等。外部设备和系统软件就构成了完整的微机系统。
我们目前所用的计算机就可称之为微机系统。2.按微处理器（CPU）位数分类
所谓位数，指数据总线的宽度。即并行处理数据的位数有4、8、16、32、64位机之分。3.按用途分类
按用途分类可将计算机分成（控制）和（数据处理）用。对单片机来说，分为（通用型）和（专用型）两类。
（1）通用型：把可开发资源全部提供给用户，用户根据自己的需要来设计接口程序，使用灵活、广泛，所以叫通用型。
（2）专用型：专门为某一应用领域或某一特定产品开发的，其内部系统结构来指令系统都是特殊设计的，甚至已固化不能更改，只适用于某一功能，具有针对性。
三 微机软件与程序设计语言
微机软件是一个很广义的概念，并不单指程序，还包括以下一些内容： 程序设计语言，操作系统，程序库等。
1.程序设计语言（编写计算机程序所用语言，是人机对话的工具）大体分三类：机器语言、汇编语言、高级语言。（1）机器语言
早期的计算机都由机器语言编程，它的指令由“0”“1”两个符号构成的二进制代码。没有特征，不易记忆，不好掌握。但是这是能被计算机所识别的唯一语言主。（2）汇编语言
用一些助记符(通常是指令功能的英文词的缩写)来代替操作码(机器语言中的二进制代码)这就是汇编语言。
如：传递指令MOV（Move缩写）加法指令ADD。相对于机器语言来说，还是不好掌握，并且互换性差。（3）高级语言
如c FORTRAN 语言等。容易掌握，使用有一定的通用性。
但缺点是计算机并不认识它，必须在计算机内经过语言处理变为计算机所能识别和执行的机器语言才能工作。所以所以占用容量较大，执行速度慢。语言处理的过程：
有高级语言 汇编语言写出的源程序，转变为机器语言的目标程序。2.操作系统：
所谓操作系统：就是计算机的管理程序库。它是用于提高计算机利用率，方便用手使用计算机及提高计算机响应速度的一种软件。操作系统可以看成是用户用计算机的接口，用于通过它而使用计算机。比如Dos,Windows98操作系统。3.程序库
程序库：称为软件包，它是计算机的可用程序和子程序的结合。四 微机应用领域及选用要点
将微机用于机电一体化系统后，使机电产具有以下效果
① 小型化
②多功能化
③适用性增强
④提高了可靠性 ⑤提高了设计效率
⑥经济效果好 ⑦产品（或系统）标准化
⑧提高了维修保养性能⑨ 控制信号用的驱动器
按其功能分为随机存储器RAM和只读存储器ROM两大类 1.读写存储器RAM（随机存储器）
随机存储器又叫读写存储器，是能够将程序和数据读出和写入的存储器，它的内容可以随机读出写入和复改，但不能永久保存，一旦断电，信息就会消失。
RAM可分成双极型和MOS型两大类 ① ② 双极型的特点是存取速度快
MOS 型RAM由MOS组成，集成度高，功耗低，价格便宜，它又可以分为静态RAM（SRAM）和动态RAM(ORAM)两大类。
刷新：动态RAM（由于电容器存储的电荷会产生泄漏），所以每隔数秒，要将记忆内容读出，重新再写入这个操作称为刷新。2.只读存储器ROM,EPEOM,EPRAM ①
ROM:只读存储器中的数据是预先存放好的，使用时只能读出不能写入或改变，也不会因断电而消失，只读存储器主要用于存放固定的节数和等量程序。③ EPROM：固定ROM中的内容不改变不，满足不了用于各种不同的需要，于是发展了EPROM,EPROM的内容因用户根据需要写入，如需对其中的内容作些修改，则可在专用设备上将旧的擦去，将新内容写入。因而特别适用于程序的研制和开发。
常用的EPROM有2716（存储器内容为2k）2732,2764,27128,27256,27512等。
③EPROM ：它是用电信号挠阻和编程的只读存储器，在十供电下就可以进行编程，不需专门的编程器和擦除器，芯片可以放在系统上进行在线改写。
3.存储容量和存取时间
（1）存储容量：（与地址总线的宽度有关）
LSI存储器的存储器容量同，用单个芯片内能够存储信息的位数表示2＝1024字节称为1k
1022（2）存取时间：从CPU将地址信息给于地址总线上开始到存储器内容，出现在数据总线上为止的时间称为存取时间 四．输入输出接口
在微机与外部设备之间，执行元件与传感元件之间都需要I/O通道。用来交换信息。I/O接口应包括I/O接口硬件电路和软件两方向内容。
I/O接口硬件电路：主要由地址译码，I/O读写译码和I/O接口芯片组成
I/O扩展节用的接口芯片通常分为两类
（1）一类是采用TTL或CMOS工艺的数据存储器和数据缓冲器等芯片
特点：是其成本低，配置灵活，在扩展单个八位输入或输出时，非常方便。所以这一类芯片是机电一体化系统经常采用的。它的缺点就是体积大。
（2）采用可编程的通用I/O接口芯片，主要有Intel公司的PPI8255,8251,8243等
4-4单片机的硬件结构特点及应用 单片机（single-ship microcomputer）(1)MCS-51系列单片机包括：8051，8751，和8031三种产品，其硬件设计简单灵活(2)单片机的特点：
a.小巧灵活，成本低，易于产品化，可随意组装 b.可靠性好，适应温度范围宽
c.易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强 d.可以很方便的实现多机和分布控制（3）8031最小应用系统的组成
一片Z－PROM2764（外部程序存储器）＋一片74LS373（储存器）＋8031组成一个最小计算机系统。
4－5可编程逻辑控制器（PLC）
一 PLC的构成
PLC实质是一台面向用户的专用数字控制计算机，PLC通过输入/输出接口与被控对象－机和机相连接。二 使用PLC的工作过程
1.首选确定被控对象与PLC之间的输入/输出信号，并根据所需要的动作顺序过程画出梯形图。
2.随后，根据梯形图所表达的顺序过程用PLC指令编写顺序程序。3.用PLC编程器将程序写入PLC的RAM中并进行调控，修改。
4.当所有程序均通过后，即可将RAM中的程序写入PLC的EPROM中，再经过测试直至无误为止。
4-6微机应用系统中的输入/输出控制的可靠性设计
微机的输入/输出都是通过硬件和软件的配合来共同完成的。本节所要讲到的可靠性设计主要是针对硬件电路的微机系统借助硬件电路完成输入/输出的功能。必须要对硬件电路提出一些要求。
1.能可靠地传递信息，并能够输入有关运动机构的状态信息 2.能进行信息转换，以满足微机对输入/输出信息的转换要求
3.应具有较强的阻断干扰信号，进入微机控制系统的能力，提高微机可靠性。
几种常用的提高输入/输出可靠性的电路 1.光电隔离电路 2.信息转换电路
4-7检测传感器分类与基本要求
一 检测传感器的分类与基本要求 1.概念
传感器是将机电一体化系统中被检测对象的各种物理变化量变换为电信号的一种变换器。
它的检测对象包括：系统本身，作业对象，作业，环境的状态，物理变化量包括：位移，速度，加速度，力，力矩，温度等。2.分类
⑴ 按传感器的作用可分为
① 内部信息传感器：这种传感器检测系统内部的状态和变化，包括各种系统各元件中的位置，位移，力矩，温度的变化量以及其它一些异常变化。
② 外部信息传感器：检测作业对象和作业环境状态变化，包括有与人感官相对的如压觉，滑动感，视感，听觉，听觉传感器等还有纯工程性的如超声波，测距仪，激光测距机等。⑵ 按传感器输出信号的性质分为：
①开关型：输出信号只有两个状态。“1”和“0”，或“开”和“关”
（二值型）根据本身的量当检测达到某值输出为1，其值以下输出为0。由于它输出的是数字信号所以可直接被微机接收进行处理不必经过模/数转换，很方便。
又可分为接触型和非接触型。
②模拟型:将检测到的物理变化转换为连续变化的电量输出，所以要经过模/数转换，才能将信号输入微机进行处理。
③数字型：输出信号是一个脉冲序列求几个不等式的脉冲序列组成的一组二进制代码，脉冲序列可用来计数，而每一个二进制代码可用来代表被检测对象的各种物理状态。
可分为计数型和代码型 二 位移检测传感器
位移传感器属于内部传感器，那么它的对象就应该是系统内部的位移量，而在机电一体化系统内部它的各个子系统需要进行位移检测的应该是执行机构。
几种位移传感器：磁尺，光栅，差动变压器。1.磁尺
⑴ 构成：由尺部，磁头，检测三部分构成。
尺部表面有一层磁性材料并被磁化为磁刻度，尺部可固定在执行机构的运动部件上。
磁头:是磁-电转换器件和，它将反映位移变化的磁化信号出来，并转换成电信号输送给检测电路。
⑵ 工作原理：（磁尺上的信号磁头读出）
磁尺是利用它的漏磁变化来产生感应电势的。
⑶
信号处理方式：①振幅检测 ②相位检测
2.光栅式传感器 ⑴ 特点： ①精度高，测长度精度可高达0.5-3um（300mm范围内）分辨率可达0.1um,测角度精度可达0.15＇＇，分辨率可达0.1＇＇
②可用大量程测量 ③可实现动态测量 ④具有较强的抗干扰能力 ⑤制作成本高 2.分类
计量光栅：利用光栅的莫尔条纹现象进行精密测量称为计量光栅。计量光栅可分为：长光栅，圆光栅。
第五章
机电一体化系统的元部件特性分析
一 变换机构及其运动变换分析 包含线性变换和非线性变换
1.线性变换包括：齿轮传动机构，挠性传动机构：同步带，链轮链条，绳轮传动等。回-直线变换机构：齿轮，齿条机构、滚珠丝杠。
① 齿轮传动机构，可传递回转运动：不改变运动平面
改变运动平面：如水平转---竖直转
② 挠性传动机构
适合轴间距离较大的轴之间回转运动。其中绳传动的回转轴方向可自由改变 ③ 齿轮齿条传动，滚珠丝杠传动。
都是将直线运动变为旋转运动，或将旋转运动变为直线运动。2.非线性交换机构
① 间歇传动部件:棘轮机构、槽轮机构、蜗形凸轮机构 ② 连杆机构:平面连杆机构、空间连杆机构 二 机构静力特性（重点）
A．机构输出端所受负载（力或力矩）向输入端换算。
B．机构内部的摩擦力（或力矩）对输入端的影响。
C．求由上述各种力或重力加速度引起的机构内部各连杆轴承等的受力。
第六章 机电有机的结合分析与设计
〔本章重点内容〕
1、典型负载
2、负载的等效换算方法
机电一体化系统设计过程是机电有机结合，即机电参数相互匹配的过程 本章以机电伺服系统为例，说明机电一体化系统设计的一般方法。一 机电伺服系统的设计步骤 1.制订出系统的控制步骤
在进行机电伺服系统设计时，首先要了解被控对象的特点和对系统的总体要求，通过调查研究制定出系统的控制方案，该方案运算只是一个初步轮廓，包括系统主要元部件的种类，各部分之间的联接方式，系统的控制方式，所需能源形式，核正补偿方法等。2.定量的分析计算
分析计算稳态设计计算和动态设计计算
稳态设计包括使系统的输出运动参数达到技术要求。执行元件的参数选择，功率及过载能力的验算，各主要元部件的选择与控制线路设计信号的有效传递。各级增益的分配，各级之间阻抗的匹配和抗干扰措施等。
动态设计主要是设计和核正补偿，使系统满足动态技术指标要求，通常要进行计算机仿真术进行计算机辅助计算 3.样机的试验与调试
功能就是确定系统的实际路线及参数
6-2 机电有机结合之一机电一体化系统稳态设计的考虑方法 一 负载分析 1.典型负载（重点）
被控对象也就是负载的运动形式有直线运动，回转运动，间歇运动等。具体负载往往比较复杂。为便于分析常将它分解成几种典型负载。
典型负载：是指惯性负载，外力负载，弹性负载，摩擦负载（滑动摩擦负载，粘性摩擦负载，滚动摩擦负载等）
对具体系统而言，其负载可能是以上几种典型负载的组合，不一定均包含以上所述所有负载项目
1.负载的等效换算（重点内容必须掌握）
执行元件的额定转矩（或力），加速度控制及制动方案的选择，应与被控对象的固定参数（如质量，转动惯量）相互匹配。因此要将被控对象相关部件的固有参数及其所受的负载力（求力矩）等效转换到执行元件的输出轴上，也就是计算其输出轴承受的等效转动惯量和等效负载或计算等效质量和等效力。
从P222图6-1机床工作台的伺服进给系统为例。图6-1所示系统由m个移动部件和n个转运部件组成。Mi，vi和Fi分别为移动质量（kg）,运动速度（m/min）和所受负载力（N）
J，nj（wj），Tj分别为转动部件的转动惯量（kgm）,转速（r/minj2或rad/s）和所受负载力矩（NM）
（1）求等效转动惯量[J]（应用动能原理）
1该系统的动能总和为：E=
2Ki1m1n2＋ JMiVi2jjj12k12k 设等效到执行元件输出轴上的总动能为EJ2k11m1n222JJjjMiVi2k22i1j1k由于EE即
kJkMii1m(Vi)Jj(2j1nj2)kk将角速度转为工程上常用转速
2k2nk
2njVi)J(()JM4nknkk1mn2i1ij1j
（2）求等效负载转矩T（应用功原理）设上述系统在时间
t
内克服负载所作功的总和为
kWFiVitTjjt
i1j1mn执行元件在时间t内所作的功为Wk由于：WWk
Tt
kkTtFVtTt kmnki1iij1jjV+[T]FTkminjki1ikj1j
由于
k2nk
Tk12nVFTnnmini1ikj1jj
k（3）计算举例
已知移动部件（工作台，夹具，工件等）的总质量MA400kg沿运动方向的负载力F2800N（包含导轨副的摩擦阻力）电机转子的转动惯量Jm410kgm转速为nm齿轮轴部件（包括齿轮）的转动惯量JI52510kgm，齿轮轴部件（包括齿轮）的转动惯量4242J710kgm轴的负载转矩T2＝4NM，齿轮Z1,Z2齿数分别为20与40，模数为1
求等效副电机轴上的等效转动惯量[J]m和等效转矩[T]m 解： ①求[J]m
利用公式[J]k142VMi(i)2nki1mj1nJj(njnk)2
（在这里移动部件总质量MA，速度VA，转动惯量包含电机轴的转动惯量Jm，齿轮轴Ⅰ的转动惯量J1和齿轮轴Ⅱ的转动惯量J2，因此利用公式可得：
[J]mnm2VA2n2n22)J()J()J()m2nmnmnmnm 42VA2n221 M()JJJ()Am122nn4mm1MA(因为工作台是通过齿轮齿条机构把旋转运动变为直线运动，所以 据公式VAnzn dmz2 i21m得 1000z1n2n2dn2VAmz2nm1000imz21000nmz1z1 nmmz21000[J]mnmmz12z12M()JJJ()Am121000nmz24211400（1201000420.040715kgm2)241047104(202)40
②求[T]m
1据公式[T]2kVFiinki1mi1nTjnjnk可得
[T]m Vn1FLATL22nmnmnmz1z1800m4121000nmz2
11202080042100040 10(NM)二
执行元件的匹配选择
我们以电机的匹配选择为例，说明执行元件的选择方法。
被控对象由电机驱动，因此电机的转速、转矩和功率等参数应和被控对象的需要相匹配。如果冗余量大，易使执行元件价格昂贵，使机电一体化价格升高，市场竞争下降，而且在使用时，由于冗余量过大，冗余部分用户用不上，造成资源浪费，如果选用的执行元件的参数值偏低，将达不到使用要求，所以应选择与被控对象的需要相适应的执行元件。1.系统执行元件的转矩匹配
设伺服系统执行元件输出轴所承受的等效力矩为[T]m，等效惯性负载力矩为T惯，则电机轴上的总负载力矩为：
[T]m已知 T＝[T]mT惯 T惯＝[J]mm
[J]m：等效转动惯量
m：为电机升降速时的角加速度（rad/s2）
mm/t m：为换算后的电机输出轴角速度（rad/s）
t：为等加速、等减速时间。考虑到机械的总传功效率时
TT([T]mT惯)
TT
例：设机床工作台某轴的伺服电机输出轴上所受的等效负载力矩[T]m2.5NM,等效转动惯量为[J]m3102kgm2，由工作台某轴向最高速度换算为电机输出轴角速度m为50rad/s等加等减时间t0.5s，机械传动系
统的传动总效率为0.85，求电机轴上的总负载力矩T。
解：T[T]mT惯
T惯[J]mm[J]mmt3102500.53(NM)
T[T]mT惯2.535.5(NM)
TT5.50.856.47(NM)
2.系统执行元件的功率匹配
它主要是针对直流、交流伺服电机，这里简单介绍一下它的计算公式。在选择电机时常先进行预热，然后进行必要的验算，预选电机的估算功率P，可由下式确定：
([T]m[J]mm)nmaxPTmax（W）
9.55式中：nmax：电机的最高转速（rmin）
ma：电机的最高角速度（rads）x
：功率系数一般取1.2～2，对于小功率伺服系统可达2.5。在预算电机功率后，应进行过热过载验算。
6－
4可靠性、安全性设计
一 可靠性设计（重点）1.可靠性设计的基本概念
可靠性问题是机电一体化系统设计的一个主要组成部分，因为要充分发挥机电一体化系统的作用，必须保证它可靠地工作。因此在设计新的系统时，就必须要考虑到可靠性问题。
⑴ 所谓可靠性：是指产品（或系统）在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。
“完成规定功能”的含义是指能够连续地保持产品（或系统）的工作能力。便各项技术指标等符合规定值。如果产品不能完成规定功能就称为失效。对于可修复的产品也可称为故障。如果产品或系统的失效（或故障）越频繁，可靠性就越低。
从可靠性的定义可知，产品或规定功能是有条件的，它是相对于“规定条件”和“规定时间”的。
“规定条件”是指使用时的应力条件，环境条件和存储时间的存储条件等。规定条件不同产品的可靠性也不同。
“规定时间”长短的不同，产品的可靠性不同，一般来说，规定霎时间越长，故障越多，可靠性也就越低。（规定霎时间越短越好）
⑵ 含义
产品的无故障性：是指产品在某一时间内，连续不断地保持其工作能力的性能。
产品的耐久性：是指产品在整个使用期限内和规定的维修条件下，保持其工作能力的性能。
2.保证产品（或系统）可靠性方法
⑴ 提高产品的设计和制造质量：＜保证产品可靠性的最根本方法＞
①可靠性预测法：对各种可靠性指标进行估计，对可靠性要求特别高的产品还可采用以下两种方法。
②裕度法：对于关键性的产品，可以加大设计的安全系数，以保证一定的可靠性储备。
③自动控制：在产品的设计中，利用机电一体化技术的优势，使产品具有自适应，自调整，自诊断甚至自修复的功能，这样可以大大提高产品的可靠性。
⑵ 冗余技术：又称技术，它是利用了系统的并联方式来提高系统可靠性的一种手段，可分为（工作冗余）和（后备冗余）两类。
通常机械系统很少采用冗余技术，而常采用裕度法来提高可靠性。⑶ 诊断技术：从本质上看，它属于检测技术，用来取得有关产品中产生的失效（或故障）类型和失效位置信息。3.干扰和抗干扰措施（重点）
⑴ 电噪声的干扰：就是产生元、部件失效或数据传输，处理失误进而影响其可靠性最常见和最主要的因素。
⑵ 抗干扰措施
①供电系统抗干扰措施：稳（稳压）、滤（滤波）、隔（隔离）②接口电路抗干扰措施：首先采用吸收的方法，抑制其产生，然后采取隔离的方法阻断其传导。
③接地系统的抗干扰措施：（主要是切断接地环路）单点接地、并联接地、光电隔离 4.软件的可靠性技术（包括两方面的内容）
⑴ 利用软件来提高系统的可靠性 ⑵ 提高软件的可靠性
本章思考题：
1、典型负载和可靠性的定义。
2、负载的等效换算方法。
第二篇：机电一体化
只要你学会了机电一体化的所有课程已经很不错了，机电一体化课程画法几何与机械制图、工程力学、电工电子技术、机械设计基础、液压传动、金属材料与金属工艺学、微机原理与接口技术、C语言程序设计、自动控制原理、机床电气控制、机电一体化系统设计、数控系统及应用、可编程器原理及应用、计算机辅助设计与制造等，你是学习上面这些内容吗？如果是的话，就可以找机电厂，电厂，电气控制设备厂，或普通工厂的机电维修等工作，在工作中，就学点电气自动化的知识，这样深化你的机电一体化的知识。只要你认真领会了机电一体化化的实践知识，去到那里都会很容易找到工作的。因为现在的社会都是机电自动化的社会了。现在中型的小工厂都会用得上 机电一体化，只要有控制机械的工厂都可以去实践学习。刚开始就是不求工资的高低，只要在实践中深化自己，有了第一次的就业经验，第二次就也就会很容易了，因为招聘的人一般都会问你第一次在那里工作。工作的情况，经验的，你就要好好展示你的才华了。
管理员也可以呀，专门搞画法几何与机械制图、工程力学，C语言程序设计等工作，专门专业是很不错的，将来社会所有工厂都会陆续进行改造为机电一体化控制。前景无限呀。
至今机电一体化发展已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展,还将被赋予新的内容。对机电一体化技术的基本与成长进行了简要介绍,并阐述了机电一体化的发展进程及未来的发展趋势。机电一体化是现代技术的必然结果,机电一体化技术是现代科技发展的核心技术,机电一体化专业人才也是现代社会不可或缺的核心人才。现从机电一体化技术的发展、现状、前景等方面谈机电一体化技术以及培养适应现代社会工业发展需要机电一体化专业高职人才的必要性。机电一体化是我国制造业发展的重要基础专业之一.但我国目前这个专业高层次人才奇缺,高精尖方向大部分都被国外控制.因此,如果想在这个方面发展,如果有硕士研究生学历,并有实践经验,甚至是博士研究生,那么前途无量的.机电一体化的未来发展趋势探析
【论文关键词】：光机电一体化；技术特征；发展
【论文摘要】：介绍了光机电一体化技术特征，研究了国内外技术现状和发展趋势，指出了未来发展前景和一些重要技术热点。
近些年来，光机电一体化技术得到迅猛发展，在民用工业和军事领域得到广泛地应用。因此，光机电一体化技术成为当今机械工业技术发展的一个主要趋势。
1.光机电一体化技术特征
光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成，相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。与传统的机械产品比较，光机电一体化产品具有以下技术特征。
1.1 体积小，重量轻，适应性强，操作更方便
光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节后频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序，任何一台光机电一体化装置的动作，可由预设的程序一步一步控制实现，甚至实现操作全自动化和智能化。
1.2 功能增加，精度大幅提高
光机电一体化系统包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使得包馈控制 水平提高，运算速度加快，通过电子自动控制系统可精确按预设动作，其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差，达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时，由于机械传动部件减少，机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。
1.3 部分硬件实现软件化，智能化程度提高
传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序，指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋势向“软件化”和“智能化”。
1.4 产品可靠性得到提高，使用寿命增长
传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，导致可动摩擦、撞击、振动等加重，严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。
1.5 融合了多种学科新技术，衍生出许多功能更强、性能更好的新产品
光机电一体化产品的研究开发涉及到许多学科和专业知识，包括数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等。例如人们很熟悉的静电复印机、彩色印像机等，就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。光机电一体化技术将光电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来，衍生出许多功能更强、性能更好的新一代技术装备。
1.6 产品系统性增强，各部分系统间协调性要求提高
光机电一体化是一门学科的边缘科学技术，多种技术的综合及多个部分的组合，使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就要求各种技术扬长避短，提高系统协调性。
2.研究现状和发展趋势
2.1研究现状
自从我国实行改革开放以来，科技领域急起直追，我国的光机电一体化技术已取得明显的成效，数控产品有了很大的提高，尤其是经济型灵敏数控装置发展很快，是我国特有的经济实用产品，不但适用国内市场的需要，部分产品还随主机配套出口。国内的机械产品采用可编程控制器（PC）和微电子技术控制设备也越来越多，覆盖面也日益扩大，从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻工业机械都是如此，我国自行研制和生产的光机电设备，在质量上也有重大突破，为今后的推广应用打下了良好的基础。
2.2 发展趋势
光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域，成为一种新兴的学科，并逐渐成为一种产业，而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。
从世界科学技术的发展情况来看，光机电一体化技术的未来技术热点主要包括：
（1）激光技术
1）高单色性，利用激光高单色性作精密测量时，可极大地提高测量精度和量程。
2）高方向性，因具有很远距离传输光能和传输控制指令的能力，从而可以进行远距离激光通信、激光测距、激光雷达、激光导航以及遥控。
3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦点附近可产生几千到几万度的高温，可使照射点物体熔化或汽化，对各种各样材料和产品进行特种加工。
4）相干性，由于激光速频率单
一、相位方向相同。适用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光学计算机的研制，而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性，应用范围更广。
（2）传感检测技术
1）激光准直，能够测量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三维空间的基准测量。
2）激光测距，其探测距离远，测距精度高，抗干扰性强，体积小，重量轻，但受天然影响大。
3）光纤探测器，在目标很小，间隔受限或危险的环境中，最常选用的是光纤探测器。
其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。
（3）激光快速成型技术
激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层，将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结，由点、线构造零件的面（层），然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场，极大地提高了汽车生产企业对市场的适应能力和产品的竞争能力。
（4）光能驱动技术
利用光致变形材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器，其工作原理是将光照在形状记忆合金上，反复地通、断使材料伸缩，再利用感温磁性体的温度特性，将材料末端吸附在衬底上。利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性，加上光的通断便能实现所要求的动作。实验验证，该致动器能可在顶面步行。这种状态目标处于初级阶段，如果能发现具有优异光作用特性的动态物质，则可使光能驱动技术广泛应用。
3.结语
技术上的改革和与之相配套的技术支持是创新技术的基础。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。
参考文献
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梁进秋.微光机电系统国内外研究进展.光机电信息，2000（8）
宋云夺编译.光机电一体化业的未来.光机电信息，2003（12）
左铁钏、施定源、陈铠.激光加工技术的优势及在工业生产中的应用.激光杂志，1999（4）
王家淳.激光焊接技术的发展与展望.激光技术，2001（2）
第三篇：机电一体化
机电一体化
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》的副刊上，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。
具体内容
（1）机械技术
（2）计算机与信息技术
（3）系统技术
（4）自动控制技术
（5）传感检测技术
（6）伺服传动技术
阶段
1、模型阶段
2、测试阶段
3、原型阶段
组成要素与四大原则
1.五大组成要素
2.四大原则 选型与设计
课程简介
就业前景
发展方向
光机电一体化技术
具体内容
（1）机械技术
（2）计算机与信息技术
（3）系统技术
（4）自动控制技术
（5）传感检测技术
（6）伺服传动技术 阶段
模型阶段
测试阶段
原型阶段
组成要素与四大原则
1.五大组成要素 2.四大原则 选型与设计 课程简介 就业前景 发展方向
光机电一体化技术 展开
定义：机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息
机电一体化
技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。
中国机电设计迈入PLM全新阶段，正挑战着了前所未有的，不可预测的难题，一个个久战沙场经久不衰精兵良将正褪去了昨日英雄的光环，唯有CAMEL VIEW 能够胜任军统三国，光复旧业的重任，此时数系科技与德国iXtronics GmbH公司携手共同开拓机电设计领域的新篇章，CAMEL VIEW 作为机电一体化设计系统，从产品的概念设计到产品性能的测试、验证、通过都是一体化的，流程化的、规范化的，在满足用户设计的前提下，数值实验的仿真与结果的验证无不精确化，支持复杂环境下，多工况，多耦合场设计。
编辑本段介绍
研究将电子器件的信息处理和控制功能附加或融合在机械 装置中的一种复合化技术。俗称机电一体化。机械电子学(mechatronics)是由机械学(mechanics)和电子学(electronics)两个词结合而成的新词。其全称为机械电子工程学，英语为mechanical and electronical engineering。机
机电一体化
械电子学主要研究目的是把机械技术与微电子技术和信息技术有机地结合为一体，实现整个系统的最优化。机械电子学可以充分发挥机械技术、微电子技术和信息技术的各自的长处和特点，促进机械产品的更新换代。机械电子学系统主要由机械主体、传感器、信息处理和执行机构等部分组成。较高级的系统不但有硬件，而且还有相应的软件,利用软件技术可以实现硬件难以实现的功能,使机械系统增加柔性。典型的机械电子系统有数控机床、加工中心、工业机器人等。机械电子学技术除用于单个机器、设备或一般的生产系统的技术改造之外，还用于柔性制造系统、计算机集成制造系统、工厂自动化、办公自动化、家庭自动化等方面。
编辑本段内容 具体内容
（1）机械技术
机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技
机电一体化
术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，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。
（2）计算机与信息技术
其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
（3）系统技术
系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。
（4）自动控制技术
其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
机电一体化
（5）传感检测技术
传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。
（6）伺服传动技术
包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。
编辑本段阶段 模型阶段
模型阶段，所有的系统组件都能够被最优化；
在仿真计算的帮助下，可以测试和分析这些组件的适用性；监测响应频率；
对模型进行分析。此外，还能够生成一个物理/拓扑系统模型，包括机械、液压和控制导向组件。有必要有一个模型工具，这个工具支持机电一体化系统的物理模型，即当有实物和节点时，这些模型能够以1：1来测试，并且原型设计研究阶段可以在严酷的实时条件下进行。
测试阶段
在系统运行完模型阶段之后，所产生的具体的性能数据可以通过试验台验证。这
机电一体化
样就可以测试和检验该系统有关参数波动的鲁棒性，功率储备及连续运行的特征。这样做的话，用户可以进行测试或者使用CAMeL-View TestRig进行硬件在回路（的测试）。要进行硬件在回路测试，相关装置的物理特性需要详细确认，这些装置必须是建立在测试平台的基础之上。识别经过测试平台上测试过的组件，容许这些组件在模型中被识别，并确保整个以系统为基础的仿真分析布局。
原型阶段
成功的测试之后，就会建立一个原型。这里要特别关注的是模型特性，这些特性特指通过特别费力的仿真所决定的特性，比如组件损耗（性能）。这些数据结果，为模型基础性分析提供服务，同时为进一步研发提供知识基础。
编辑本段组成要素与四大原则 1.五大组成要素
一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行
机电一体化
所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分（职能组成要素）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。执行机构（运动组成要素）
根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。
机电一体化系统一般由机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器和动力源5个组成部分构成。
2.四大原则
构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。接口耦合：两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。
能量转换：
两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。
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，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高
机电一体化 的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。
运动传递：运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。
三、自动化技术：
所谓自动化技术，是指人类利用各种技术手段和方法来代替人去完成各种测试、分析、判断和控制工作，以现实预期的目标、功能。一个自动化系统通常由多个环节要素组成，以完成信息的获取、信息的传递、信息的转换、信息的处理及信息的执行等功能，最后实现自动运行目标。
编辑本段选型与设计
控制系统各功能元件的选型与设计：
1．单片机选用INTEL公司生产的8031单片机
单片机，它主要通过并行8255口担负控制系统的信号处理：接收系统对转矩、阀门开
机电一体化
启、关闭及阀门开度等设定信号，并提供三相PWM波发生器所需要的控制信号；处理IPM发出的故障信号和报警信号；处理通过模拟输入口接收的电流、电压、位置等检测信号；提供显示电动执行机构的工作状态信号；执行控制系统来的控制信号，向控制系统反馈信号；
2．三相PWM波发生器 PWM波的产生通常有模拟和数字两种方法。模拟法电路复杂，有温漂现象，精度低，限制了系统的性能；数字法是按照不同的数字模型用计算机算出各切换点，并存入内存，然后通过查表及必要的计算产生PWM波，这种方法占用的内存较大，不能保证系统的精度。为了满足智能功率模块所需要的PWM波控制信号，保证微处理器有足够的时间进行整个系统的检测、保护、控制等功能，文中选用MITEL公司生产的SA8282作为三相PWM发生器。SA8282是专用大规模集成电路，具有独立的标准微处理器接口，芯片内部包含了波形、频率、幅值等控制信息。
3．智能逆变模块IPM 为了满足执行机构体积小，可靠性高的要求，电机电源采用智能功率模块IPM。该执行机构主要适用功率小于5．5kW的三相异步电机，其额定电压为380V，功率因数为0．75。经计算可知，选用日本产的智能功率模块PM50RSA120可以满足系统要求。该功率模块集功率开关和驱动电路、制动电路于一体，并内置过电流、短路、欠电压和过热保护以及报警输出，是一种高性能的功率开关器件。
4．位置检测电路 位置检测电路是执行机构的重要组成部分，它的功能是提供准确的机电一体化
位置信号。关键问题是位置传感器的选型。在传统的电动执行机构中多采用绕线电位器、差动变压器、导电塑料电位器等。绕线电位器寿命短被淘汰。差动变压器由于线性区太短和温度特性不理想而受到限制。导电塑料电位器目前较为流行，但它是有触点的，寿命也不可能很长，精度也不高。笔者采用的位置传感器为脉冲数字式传感器，这种传感器是无触点的，且具有精度高、无线性区限制、稳定性高、无温度限制等特点。
5、电压、电流及检测 检测电压、电流主要是为了计算电机的力矩，以及变频器输出回路短路、断相保护和逆变模块故障诊断。由于变频器输出的电流和电压的频率范围为0～50Hz，采用常规的电流、电压互感器无法满足要求。为了快速反映出电流的大小，采用霍尔型电流互感器检测IPM输出的三相电流，对于IPM输出电压的检测采用分压电路。
6)、通讯接口为了实现计算机联网和远程控制，选用MAX232作为系统的串行通讯接口，MAX232内部有两个完全相同的电平转换电路，可以把8031串行口输出的TTL电平转换为RS－232标准电平，把其它微机送来的RS－232标准电平转换成TTL电平给8031，实现单片机与其它微机间的通讯。
7．时钟电路时钟电路主要用来提供采样与控
制周期、速度计算时所需要的时间以及日历。文中选用时钟电路DS128
机电一体化
87。DS12887内部有114字节的用户非易失性RAM，可用来存入需长期保存的数据。
8．液晶显示单元 为了实现人机对话功能，选用MGLS12832液晶显示模块组成显示电路。采用组态显示方式。通过菜单选择，可分别对阀门、力矩、限位、电机、通讯和参数等信号进行设置或调试。并采用文字和图形相结合的方式，显示直观、清晰。
9．程序出格自恢复电路为了保证在强干扰下程序出格时系统能够自动地恢复正常，选用MAX705组成程序出格自恢复电路，监视程序运行。如图2-3所示，该电路由MAX705、与非门及微分电路组成。工作原理为：一旦程序出格，WDO由高变低，由于微分电路的作用，由“与非”门输入引脚2变为高电平，引脚2电平的这种变化使“与非”门输出一个正脉冲，使单片机产生一次复位，复位结束后，又由程序通过P1．0口向MAX705的WDI引脚发正脉冲，使WDO引脚回到高电平，程序出格自恢复电路继续监视程序运行。
编辑本段课程简介
核心课程
机械制图、电气CAD工程实践、电工技术基础、工程力学、机械设计基础、机械加工工艺、数控机床编程、单片机原理与应用、电子技术基础、检测与传感技术、液压与气动技术、机床电气控制(电机与电气控制)、PLC、电力电子技术、数控加工工艺与编程、数控机床与维修、机电一体化技术（机电控制技术）、自动化控制原理（PC控制与组态）、供配电技术等。
实训课程
电工技术基础实训、金工实习、电子技术基础实训、单片机原理与应用实训、液压传动实训、电力拖动控制线路实训、PLC编程实训、数控机床维修实训、毕业实训、职业生涯规划、大学生涯规划、职业环境认知、成功素养拓展、工作能力提升、激情自主创业、求职过程胜出、初涉职场转型等。
专业软件
设计制图：AUTO CAD、UG、solidworks、3ds max等
编程仿真：PLC编程setp7（西门子PLC组态编程调试软件）、；51单片机编程keil（AT89系列、8051内核）仿真Proteus（很多单片机支持C++，包括凌阳十六位单片机）；数控编程仿真斯沃数控、宇龙数控仿真系统；维修仿真数控机床维修仿真软件。
PC组态软件：wincc(西门子)、组态王、昆仑组态等。
电子仿真：NI Multisim、Proteus 等
液压与气动仿真：AMEsim、MSC等
培养目标与就业方向
1、培养学生具有机、电、液一定的理论知识和较强的实践技能。
2．具有机械加工设备的初步操作技能和数控加工、数控编程的能力。
3．具备从事机电技术必需的理论知识和综合职业能力的机电设备、自动化设备和生产线的运行与维护人员，并具有设备改造能力的高等技术综合性应用型人才。
4．能在机电设备制造企业、从事机电产品设计与开发、企业与车间生产技术管理等工作，以及机电一体化设备的安装、调试、维修、销售及管理；普通机床的数控化改装等。
编辑本段就业前景
机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称.目前实操性人才缺乏,各企业高薪聘请机电一体化专业人才,在深圳地区例如:富士康、三星、华为、等一线企业拥有大量高薪职位就业前景十分广阔.以下由工控行业网为您进行的机电一体专业就业前景的方向分析。
机电一体专业就业方向
1、从事机电一体化液体灌装生产线及商品包装自动化机械运行、维护、管理、技术改造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才.可在大型啤酒、饮料、食品及商品包装生产企业从事现代化自动机与生产线的维护和管理工作,也可在相关的自动机与生产线的生产厂家或设计部门、营销单位从事技术工作.2、机电一体化专业(计算机辅助设计与制造方向)
从事机电产品的计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM),并熟练使用和维修数控加工设备的机电一体化高等技术应用性专门人才.可在模具设计也制造、机械加工、塑料、五金、电子产品、计算机生产等企业从事数控机床的加工工艺设计编程,数控机床的调试、维护及加工操作,从事生产和技术管理工作,也可以从事国内外数控设备的营销工作.3、机电一体化专业(模具CAD/CAM方向)
从事利用计算机技术和数控加工技术对模具进行设计和制造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才.可在模具、机械、五金、塑料、家电等生产企业从事模具计算机辅助设计与制造等方面的技术工作,也可在企事业单位从事与本专业有关的经营、管理工作.4、机电一体化专业(机电CAD技术方向)
在机电一体化产品、设备的设计、制造、维修、管理、技术改造与服务过程中专门从事用电脑绘图设计、信息处理和资料管理的高等技术应用性专门人才.可在机械设计、制造与装备行业、模具制造业,轻工、家用电器、电子制造业从事设计、制造、技术改造、产品营销、设备管理与维护等工作.机电一体专业就业前景
有关研究报告显示机电一体化“一词最早是日本提出的,在上世纪80年代初,日本名古屋大学最早设置了机电一体化专业.如今已改称为”机械电子工程“专业;在高职高专则仍延用机电一体化专业名称.机电一体化专业是精密机械--电子技术(含电力电子)--计算机技术等多门学科交叉融合的产物,属高新技术,也是当前发展最快的技术之一,它是先进制造技术的主要组成部分.它的发展推动了当前制造技术的迅速更新换代,是产品向高、精、快迅速迈进,使劳动生产率迅速提高.由于我国逐渐成为世界制造业基地加上传统企业面临大规模的技术改造与设备更新,国内急需大量先进制造技术专业人才.因此该专业毕业生就业前景很好,而且待遇也高.毕业生主要在各行政、企业、事业单位从事机械、电气工程、常用电器的维修、安装与调试以及技术管理等工作.机电一体化专业就业前景到底怎样呢?市场调研发现机电一体化专业是一个宽口径专业,适应范围很广,学生在校期间除学习各种机械、电工电子、计算机技术、控制技术、检测传感等理论知识外,还将参加各种技能培训和国家职业资格证书考试,充分体现重视技能培养的特点.学生毕业后主要面向珠江三角洲各企业、公司,从事加工制造业,家电生产和售后服务,数控加工机床设备使用维护,物业自动化管理系统,机电产品设计、生产、改造、技术支持,以及机电设备的安装、调试、维护、销售、经营管理等等。[1] 编辑本段发展方向
机电一体化向智能化方向迈进.20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。
关注六个发展方向：
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。未来机电一体化的主要发展方向有：
1．智能化。智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而必要的。
2．模块化。模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。
3．网络化。20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育及人们的日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system，CIAS)，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
4．微型化。微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS)，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
5．绿色化。工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。
6．系统化。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，特别是“人格化”发展引人注目，即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系。机电一体化的人格化有两层含义。一是机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层含义是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。
编辑本段光机电一体化技术
光机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、控制技术、光学技术与机械技术的相互交叉与融合，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它包括产品和技术两方面：光机电一体化产品是集光学、机械、微电子、自动控制和通信技术于一体的高科技产品，具有很高功能和附加值；光机电一体化技术是指其技术原理和使光机电一体化产品得以实现，使用和发展的技术。
光机电一体化技术是由光学，光电子学，电子信息和机械制造及其他相关技术交叉与融合构成的综合性高新技术是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它丰富和拓宽了光机电一体化技术的内涵和外延。
第四篇：关于机电一体化
关于机电一体化
【摘要】讨论了机电一体化技术对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用，并说明其在以后工业生产中的应用以及发展趋势。
【关键词】机电一体化技术应用
近些年，随着科学技术的迅猛发展，特别是随着一些新开发的半导体器件的产生，机电一体化技术有了深入提升，必然使工业生产发生巨大变化，因为科学研究一定服务于生产。促进经济腾飞。机电一体化技术的发展是发展经济的主要内容。
机电一体化?它的来源是什么机电一体化在国外被称为Mechatronics是日本人在20世纪7O年代初提出来的，它是用英文Mehnc的前半部分和c的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合。
这一名称已得到包括我国在内的世界各国的承认，我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。机电一体化技术又称为机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。
机电一体化技术基本概念机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展。向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，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，形成物质的和能量的有规则运动．在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。
机电一体化技术五大组成要素：
一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要索、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素五大组成要素有机结合而成。(请参考机电之家机电一体化频道机械本体(结构组成要素)；是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。
动力驱动部分(动力组成要素)：依据系统控制要求．为系统提供能量和动力以使系统正常运行测试传感部分(感知组成要素)：对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测．并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。
控制及信息处理部分(职能组成要素)；将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。
执行机构(运动组成要素)：根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。自动化技术与一体化技术的不同：
所谓自动化技术，是指人类利用各种技术手段和方法来代替人去完成各种测试、分析、判断和控制工作，以现实预期的目标、功能。一个自动化系统通常由多个环节要素组成，以完成信息的获取、信息的传递、信息的转换、信息的处理及信息的执行等功能，最后实现自动运行目标。
机电一体化技术发展机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其
发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向是：
数字化说的数字化就是数字电子应用的越来越多，越来越广。微控制器将是机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床或者机器人等-而计算机网络的迅速崛起也将为数字化铺平道路。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复等各种功能。
模块化换句话说更加标准，更加统一。由于机电一体化产品种类和生产厂家多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元。具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，更利于新产品的开发。
智能化即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智／O接口和智能工艺数据库会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，这将是机电产品研究的重要方向。机电一体化技术发展广阔空间。
人性化机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。
微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统，简称MEMs)是指可批量制作的，微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，年美国加州大学Berkeley分校研制出第.个微电机以来，国内外在工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种器件和系统，如各种微型传感器(压力传感器、微加速度计、微触觉传感器)，各种微构件..(微膜、、微探针、微连杆、、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等)。
带源化不局限于是用电能。机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。
集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、和各种产品不同结构的优化，又包含在生产过程中同时处理加工、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解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。
绿色化绿色环保在当今世界各行业已成为主话题科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化被人类所重视。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时产品可分解、再利用。
第五篇：机电一体化
机电一体化技术的主要应用领域和发展前景
摘要:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。
关键词:机械工业;机电一体化;数控;模块化
现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电 一体化”为特征的发展阶
段。
一、机电一体化的核心技术
机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处 理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从
以下 几方面着手。
(一)机械本体技术
机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。
(二)传感技术
传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外
部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。
(三)信息处理技术
机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的性而提高处理速 度,并解
决抗干扰及标准化问题。
(四)驱动技术
电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机
三位一体的伺服驱动单元。
(五)接口技术
为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及
光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。
(六)软件技术
软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修 1的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
二、机电一体化技术的主要应用领域
(一)数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精
度
上都有迅速提高,具体表现在:
1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多C PU、多主总线的体系结构。
2、开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。
3、W O P技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工
过程的动态仿真,并引线诊断、模糊控制等智能机制。
4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强
了C N C系统的控制功能。
5、能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控
制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。
6、系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。
7、以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
(二)计算机集成制造系统(CIMS)
C IM S的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得 到更大的发挥。
(三)柔性制造系统(FMS)
柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
(四)工业机器人
第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智 能,已开始走向实用化;第3代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。
三、机电一体化技术的发展前景
纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向,机电一体化将朝着以下几个方向发展。
(一)智能化
智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一,也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。
(二)系统化
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除R S232等常用通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。
(三)微型化
微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm 3,并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。
(四)模块化
模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。
(五)网络化
网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
(六)绿色化
工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少,生态环境受到严重污染,于是绿色产品应生。绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。
综上所述,机电一体化是众多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革,使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品,不仅是改造传统机械设备的要求,而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。
由此可见，机电一体化技术应用领域极其广阔，发展前景更是一片光明。机电一体化技术必将是推动我国工业发展的主动力，必将把我国推向更加美好的明天！
参考文献:
1、李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003.2、芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004.3、王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化,2006(6).4、章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7).5、梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯,2007(9).
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