机电一体化 - 01课件

1、机电一体化概论本课程的性质、任务和要求性质：它是自动化专业、工业电气自动化方向的学生必修的一门专业必修课。本课程主讲机电一体化系统的基本概念、基本构成和一般设计方法。先修课程：机械原理、电路、电子技术基础等基础课程。任务及课程安排按教学计划要求： 二本：总学时36，理论教学36，实验教学0 二级学院：总学时28，理论教学28，实验教学0教学内容：教学进度安排教学方式：讲授+提问+讨论+自学网上的一篇文章主要内容第1章 概论第2章 机械系统的部件选择与设计第3章 机电一体化中的执行元件第4章 微机控制系统及接口设计 第5章 机电一体化系统中的检测传感器 第6章 机电一体化系统的控制策略 第7章

2、典型机电一体化系统实例分析 第1章概论1.1 机电一体化的涵义及实例 1.2 机电一体化系统的作用与特点1.3 机电一体化系统的基本构成 1.4 机电一体化系统构成要素的联接 1.5 机电一体化系统的理论基础与关键技术 1.6 机电一体化的发展1.7 本教师在机电一体化方面所做的研究工作简介1.1 机电一体化的涵义及实例机电一体化技术是微电子技术向传统机械工业渗透过程中逐渐形成的一门新的技术学科。机电一体化技术就是利用电子、信息（包括传感器、控制、计算机等）技术使机械柔性化和智能化的技术。或者说：机电一体化是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相

3、关软件有机结合而构成系统的总称。从机电一体化的概念可见，它是机械技术、微电子技术、信息技术等多学科技术为一体的交叉学科，它具有自己的技术基础、设计理论和研究方法（非每门学科的简单组合）。 机电一体化产品的归类实例1：数控系统组成普通机床用手工驱动机电一体化系统的作用与特点 作用: 采样机电一体化技术可以使产品达到以下效果 使产品具有原来所不具备的功能（功能多元化）。产品的柔性增强（flexibility）.操作性得到改善。使产品的体积小，重量轻。可靠性增强。节能性更好。成本降低。1.2 机电一体化系统的作用与特点机电一体化的特点 柔性化：机电一体化产品既能够像动物一样灵活动作，又能够像人类一样

4、思考判断。智能化：利用传感器检测机械运动，将检测信息输入计算机，经过计算得到能够实现预期运动的控制信息，由此来控制执行装置，而计算依据就是利用自动控制理论来研究开发计算机软件，而不是用螺栓和螺母来重新组装机械，只是通过控制理论修改程序就可灵活地改变机械运动，实现新的功能。1.3 机电一体化系统的基本构成 机械装置：能够实现某种运动的机构（相当于人的骨骼）执行装置：驱动机械装置运动的部分（人的肌肉）能源：为执行装置提供能量的部分（人的内脏）传感器：检测机械运动（五官）计算机：运动控制的计算和判断（神经和大脑）机电一体化系统物质构成图解1.4 机电一体化系统的分类机电一体化的两大分支：生产过程的机

5、电一体化；机电产品的机电一体化；（2）机电产品的机电一体化生产用机电一体化产品 ：数控机床、机器人、自动生产设备；柔性生产单元FMU、自动组合生产单元；FMS、无人化工厂、CIMS；运输、包装及工程用机电一体化产品 微机控制汽车、机车等交通运输工具数控包装机械及系统数控运输机械及工程机械设备 社会服务性机电一体化产品 ：自动化办公设备动力、医疗、环保及公共服务自动化设备文教、体育、娱乐用机电一体化产品 家庭用机电一体化产品 ：微机或数控型耐用消费品炊事自动化机械家庭用信息、服务设备 1.5 机电一体化理论基础与关键技术 系统论、信息论、控制论是机电一体化的理论基础。而微电子技术（特别是微型计算

6、机技术）、精密机械技术是其技术基础。 1.5.1 机电一体化的学科按照上述机电一体化一词的定义，机械工程学科和电子工程学科是机电一体化的两个支柱。但除此之外，机电一体化还是控制工程和信息工程学科等的多学科综合技术。图1.6是机电一体化的学科和技术。1.5.2 机电一体化系统的关键技术传感检测技术 信息处理技术 自动控制技术 伺服驱动技术 精密机械技术 信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。实现信息处理技术的主要工具是计算机。包括硬件和软件技术、网络通信技术、数据处理技术以及数据库技术。其中数

7、据处理是产品的核心，包括人工智能、专家系统、神经网络技术等。自动控制技术所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。自动控制技术主要研究控制原理，包括控制规律、分析方法和系统过程等。主要以传递函数为基础，研究单输入、单输出、线性自动控制系统的分析与设计问题，这些都属于经典控制技术，而且日趋成熟，在工程上已成功解决了很多实际问题。现代控制技术主要以状态空间为基础，研究多输入、多输出、变参量、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析与设计问题。伺服驱动技术系统中执行元件和驱动装置的技术问题。执行元件：电动、气动和液压等，最主要是电动式执行元件。驱动

8、装置：各种电动机的驱动电源电路，主要是电力电子器件及集成化的功能电路。精密机械技术精密机械技术是机电一体化系统的基础。系统的任何功能最终是要机械来完成的。随着高新技术引入机械行业，传统机械技术面临着挑战和变革。结构、重量、体积、刚性、热变形、材料、精度等因素对系统的性能提高有着极其重要的影响。1.6 机电一体化的发展 机电一体化的发展状况 机电一体化的发展趋势机电一体化的发展状况机电一体化系统经历了三个阶段：战后20世纪60年代：初级阶段，自觉或不自觉利用电子技术成果完善机械产品。20世纪7080年代：蓬勃发展阶段，由于计算机、控制技术、通信技术、电子技术（尤其是大规模集成电路和微机）的迅猛发

9、展，为机电一体化技术发展提供了充分条件。20世纪90年代：向智能化方向迈进新阶段，光学、通信、微细加工等技术在机电一体化系统的中崭露头角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支技术。 机电一体化的发展趋势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融合，它的发展依赖并促进相关技术的发展。智能化：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、心理学等新思想、新方法模拟人类智慧，使它具有判断推理、逻辑思维能力。模块化：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、环境接口极其有意义。 网络化：基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，远程控制的终端就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势。微型化：几何尺寸小于1CM2的产品称为微电子机械系统或微机电一体化系统，正在向微米、纳米级发展，在生物医学、军事、信息等领域具有独特优势。绿色化：环保型机电一体化系统，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。人性化：如何赋予机电一体化产品人的智慧、情感、人性显得