机电系统检测与控制-第1章 绪论

1、济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院2021-12-52课程说明课程说明1232021-12-53机电系统的发展前景机电系统的发展前景第一章第一章 绪论绪论2021-12-541.1 机电系统的定义机电系统的定义 2021-12-551.1 机电系统的定义机电系统的定义机械技术机械技术电子技术电子技术信息技术信息技术机电一体化技术机电一体化技术2021-12-561.1 机电系统的定义机电系统的定义2021-12-571.2 机电系统的构成机电系统的构成2021-12-581.2 机电系统的构成机电系统的构成动力源动力源传感器传感器执行元件执行元件机构机构机电系统的构成要素机电系统的构成要

2、素计算机计算机动力动力计测计测操作操作构造构造控制控制2021-12-591.3 机电系统的分类机电系统的分类122021-12-5101.3 机电系统的分类机电系统的分类2021-12-5111.4 机电系统的关键技术机电系统的关键技术一、机械技术一、机械技术 是机电一体化技术的基础，对系统的结构、重量、体积是机电一体化技术的基础，对系统的结构、重量、体积刚性、耐用性等有重要影响。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：段，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足：v 减

3、轻重量，减小体积减轻重量，减小体积v 提高刚度提高刚度v 实现标准化、通用花、系列化实现标准化、通用花、系列化2021-12-5121.4 机电系统的关键技术机电系统的关键技术二、信息处理技术二、信息处理技术 包括信息的输入、变换、运算、存储及输出。包括信息的输入、变换、运算、存储及输出。 信息处理的工具是计算机，因此信息处理技术是和计算信息处理的工具是计算机，因此信息处理技术是和计算机技术紧密相关，包括硬件、软件、网络与通讯、数据库技机技术紧密相关，包括硬件、软件、网络与通讯、数据库技术等；术等； 机电系统中采用工业控制计算机进行信息处理，其硬件机电系统中采用工业控制计算机进行信息处理，其硬

4、件包括输入包括输入/ /输出设备、显示器、外部存储器、主机、可编程输出设备、显示器、外部存储器、主机、可编程控制器、数控装置等。控制器、数控装置等。2021-12-5131.4 机电系统的关键技术机电系统的关键技术三、自动控制技术三、自动控制技术 机电系统自动控制包括位置控制、速度控制、力或力矩机电系统自动控制包括位置控制、速度控制、力或力矩控制、自校正补偿等，自动控制的基础是自动控制原理，分控制、自校正补偿等，自动控制的基础是自动控制原理，分为为经典控制理论经典控制理论和和现代控制理论现代控制理论研究单输入研究单输入- -单输出单输出线性定常系统（以传线性定常系统（以传传递函数为基础）传递函

5、数为基础）研究多输入研究多输入- -多输出多输出非线性、高精度多变非线性、高精度多变量系统（以状态方程量系统（以状态方程为基础）为基础）2021-12-5141.4 机电系统的关键技术机电系统的关键技术四、伺服传动技术四、伺服传动技术 所谓所谓“伺服伺服”（servoservo）即即“伺候服侍伺候服侍”的意思。的意思。 电信号电信号 机械动作机械动作 在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械运动部件在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械运动部件按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。 伺服传动系统采用的驱动技术与使用的执行元件有关。伺服传动

6、系统采用的驱动技术与使用的执行元件有关。按照执行元件的不同分为按照执行元件的不同分为电气伺服电气伺服、液压伺服、气压伺服液压伺服、气压伺服速度快、控制灵活、可靠性速度快、控制灵活、可靠性高、应用较广，但低速输出高、应用较广，但低速输出力矩较小力矩较小低速输出力矩大，功率密度大，低速输出力矩大，功率密度大，在大型机床、工程机械、航空航在大型机床、工程机械、航空航天航海具有优势，但结构复杂天航海具有优势，但结构复杂2021-12-5151.4 机电系统的关键技术机电系统的关键技术五、检测传感技术五、检测传感技术 是机电一体化系统的感觉器官，即从待测对象获取信号是机电一体化系统的感觉器官，即从待测对

7、象获取信号并送到信息处理部分。并送到信息处理部分。 主要内容包括：一是将物理量（位移、速度、加速度、主要内容包括：一是将物理量（位移、速度、加速度、力、力矩、温度等）转换成一定的与其成比例的电量；二是力、力矩、温度等）转换成一定的与其成比例的电量；二是对转换的电信号的加工处理如放大、补偿、标定。对转换的电信号的加工处理如放大、补偿、标定。 检测传感装置是实现自动控制的重要环节，要求传感器检测传感装置是实现自动控制的重要环节，要求传感器及其放大处理电路快速、精确地获取信息，并能够抗干扰、及其放大处理电路快速、精确地获取信息，并能够抗干扰、可靠性高。可靠性高。2021-12-5161.4 机电系统

8、的关键技术机电系统的关键技术六、系统总体技术六、系统总体技术 从整体的观点出发，组织应用各种相关技术，即从全局从整体的观点出发，组织应用各种相关技术，即从全局和系统目标角度，将系统分解成若干功能子系统，对于每个和系统目标角度，将系统分解成若干功能子系统，对于每个子系统的技术方案要从整个系统技术协调的观点考虑，最终子系统的技术方案要从整个系统技术协调的观点考虑，最终使整个系统实现最优化。使整个系统实现最优化。2021-12-5171.5 机电系统的发展前景机电系统的发展前景step 1step 2step 3 1. 2020世纪世纪6060年代前为第一阶段，年代前为第一阶段，“萌芽阶段萌芽阶段”

9、工程师们自觉或者不自觉地把机械产品和电子技术相结合，以工程师们自觉或者不自觉地把机械产品和电子技术相结合，以提高机械产品的性能。但是由于电子技术的发展相对落后，使提高机械产品的性能。但是由于电子技术的发展相对落后，使得机械与电子的结合还没有得到广泛的应用。得机械与电子的结合还没有得到广泛的应用。 2. 702. 70年代到年代到8080年代为第二阶段，年代为第二阶段，“蓬勃发展阶蓬勃发展阶段段” 3.903.90年代后期开始为第三阶段，年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段智能化阶段”2021-12-5181.5 机电系统的发展前景机电系统的发展前景step 1step 2step 3 2. 7

10、02. 70年代到年代到8080年代为第二阶段，年代为第二阶段，“蓬勃发展阶段蓬勃发展阶段”计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础这个时期的特点是：体化的发展奠定了技术基础这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关各国均开始对机电一体化技术和产品

11、给以很大的关注和支持。注和支持。 3.903.90年代后期开始为第三阶段，年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段智能化阶段”2021-12-5191.5 机电系统的发展前景机电系统的发展前景step 1step 2step 3 3.903.90年代后期开始为第三阶段，年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段智能化阶段” 光学、通信技术等进入了机电一体光学、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崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；机电一体化等新分支； 对机电一体化系统的建模设计、分对机电一体化系统的建模设

12、计、分析和集成方法，机电一体化的学科体析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。系和发展趋势都进行了深入研究。 由于人工智能技术、神经网络技术由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，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为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。天地。2021-12-5201.1.数控机床的问世，写下了数控机床的问世，写下了“机电一体化机电一体化”历史的第一页。历史的第一页。2.2.微电子技术为微电子技术为“机电一体化机电一体化带来勃勃生机。带来勃勃生机。3.3.可编程序控制器、可编程序控制器、”电力电子电力电子“

13、等的发展为等的发展为”机电一体机电一体化化“提供了坚强基础。提供了坚强基础。4.4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使”机电一体机电一体化化“跃上新台阶。跃上新台阶。1.5 机电系统的发展前景机电系统的发展前景2021-12-521 1 1 智能化智能化 智能化是智能化是2121世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。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日益得到重视，机器人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能

14、智能化化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收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。更高的控制目标。1.5 机电系统的发展前景机电系统的发展前景二、机电系统的发展趋势二、机电系统的发展趋势2021-12-5222 2 模块化模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁

15、多，研制和开发具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。这一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由需要制定各项标准，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，

16、无论是对生产标准标准化、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，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。规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。1.5 机电系统的发展前景机电系统的发展前景2021-12-5233 3 网络化网络化 20 20世纪世纪9090年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。机年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可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，基于网络的各靠

17、，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。因此，机电一体化产品无疑朝本身就是机电一体化产品。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。着网络化方向发展。1.5 机电系统的发展前景机电系统的发展前景2021-12-524 4 4 微型化微型化 微型化兴起于微型化兴起于2020世纪世纪8080年代末，指的是机电一体化向微型年代末，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机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（memsmems

18、），泛指几何尺寸不超过），泛指几何尺寸不超过1cm31cm3的机电一体化产品，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并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小 、耗、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不能少、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，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。术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。1.5 机电系统的发展前景机电系统

19、的发展前景2021-12-525 5 5 系统化系统化 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。表现特组合，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的大大加强，一般除征之二是通信功能的大大加强，一般除rs232rs232外，还有外，还有rs485rs485等。等。1.5 机电系统的发展前景机电系统的发展前景2021-12-526add your textadd

20、your textadd your textadd your textadd your textadd your textthemegallery is a design digital content & contents mall developed by guild design inc.1.3 机电系统的分类机电系统的分类2021-12-527chart title in here2004200520062007305070120click to edit title style2021-12-528click to edit title style add your titl

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