机电一体化系统设计课件

机电一体化技术

张立勋编著高等教育出版社讲授：岳鹏机械工程系机电一体化技术绪论0.1机电一体化基本概念0.2机电一体化系统设计的工程路线机电一体化系统设计课件绪论

0.1机电一体化的基本概念一、

机电一体化的技术基础

机械学（Mechanics）+电子学（Electronics）

=机电一体化或机械电子工程（Mechatronics）机电一体化的定义和主要目的

定义：在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。

主要目的：增加机械系统或装置的附加值和自动化程度。

图

机电一体化的涵义

绪论0.1机电一体化的基本概念机电一体化技术主要研究方向

·

机电一体化产品或系统的原创性研究与设计——原创性设计。·

机电一体化产品或系统的机械系统（或部件）与微电子系统（或部件）相互转换或有机结合研究与设计——变异性设计。机电一体化技术研究的主要内容

主要研究“省能源、省资源、智能化”三大基本要素，形成交叉学科的基础理论知识，解决机电一体化（技术）设计中的核心技术问题——接口技术。机电一体化技术主要研究方向·机电一体化产品或系统的原创性原创性设计原创性设计机电一体化的核心：机械技术+电子技术机械技术的四大支柱学科:力学、机械学、制造工艺学和控制机电一体化的核心：二、机电一体化的概念：机电一体化是微电子、计算机技术、信息技术与机械技术相结合的新兴的综合性高新技术。机电一体化产品是新型机械结构与微电子器件，特别是微处理器、微型机相结合而开发出来的新一代电子化机械产品。二、机电一体化的概念：0.1.2机电一体化系统的结构要素：六大基本要素：机械本体、执行机构、驱动部分、测试传感部分、控制及信息处理单元、能源。0.1.2机电一体化系统的结构要素：0.1.3机电一体化的发展优势1.机电一体化系统的高性能化2.机电一体化技术的智能化趋势3.机电一体化的轻量化及微型化发展趋势0.1.3机电一体化的发展优势1.机电一体化系统的高性能化0.2

机电一体化系统的设计流程

设计内容：（1）确定产品规格、性能指标

——运动参数、动力参数、品质参数。（2）系统功能部件要素的划分

——功能部件选择、设计和与系统主功能的匹配。（3）接口设计

——机械接口、物理接口、信息接口、环境接口0.2机电一体化系统的设计流程设计内容：（4）综合评价或系统评价——系统性能、结构质量的各种定量指标和参数，系统的附加价值，满足设计或用户需求的功能性产品或系统为前提。评价方法依据产品要求有所不同。（5）可靠性复查（6）试制与调试

——样机制造与调试、试验。（7）最终产品结果评价

——是否达到设计或用户要求（4）综合评价或系统评价——系统性能、结构质量的各种定量指第一章机电一体化系统总体设计方案1.1概述1.2总体结构方案设计1.3传动方案设计1.4控制方案设计1.5可靠性设计第一章机电一体化系统总体设计方案1.1概述总体方案设计的主要内容（1）总体结构方案设计（2）驱动方案设计（3）控制方案设计（4）人机工程设计（5）可靠性设计1.1概述总体方案设计的主要内容1.2总体方案设计明确设计思想和概念—→分析系统（产品）的综合性能指标要求—→类似产品调研和市场调研—→划分部件或子系统的功能模块—→决定系统和部件、子系统的性能参数—→拟定总体可行性方案（采用不同的设计方法和手段达到设计目的的多种方案）—→方案评价与对比、方案定型—→编写总体方案的可行性论证书—→专家评定鉴定—→确定最终总体设计方案。1.2总体方案设计明确设计思想和概念—→分析系统（产品）的1.3驱动方案设计一、直线运动机构的驱动二、转动输出型驱动机构1.3驱动方案设计一、直线运动机构的驱动1.4控制方案设计驱动控制方案一、开环控制二、闭环控制三、半闭环控制1.4控制方案设计驱动控制方案一、开环控制特点：结构简单、成本较低、技术容易掌握；但难于实现高精度控制二、闭环控制特点：定位精度高、调节速度快；但系统复杂、成本高三、半闭环控制特点：传感器可以与控制电动机集成，结构紧凑；但精度没有闭环高一、开环控制1.5可靠性设计一、可靠性指标二、可靠性预测三、可靠性指标的分配1.5可靠性设计一、可靠性指标习题：P140-1、P301-1、1-8注意：请同学们将作业于3月20日前发送到邮箱：xiaoyue0354@163.com习题：P140-1、P301-1、1-8机电一体化技术

张立勋编著高等教育出版社讲授：岳鹏机械工程系机电一体化技术绪论0.1机电一体化基本概念0.2机电一体化系统设计的工程路线机电一体化系统设计课件绪论

0.1机电一体化的基本概念一、

机电一体化的技术基础

机械学（Mechanics）+电子学（Electronics）

=机电一体化或机械电子工程（Mechatronics）机电一体化的定义和主要目的

定义：在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。

主要目的：增加机械系统或装置的附加值和自动化程度。

图

机电一体化的涵义

绪论0.1机电一体化的基本概念机电一体化技术主要研究方向

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机电一体化产品或系统的原创性研究与设计——原创性设计。·

机电一体化产品或系统的机械系统（或部件）与微电子系统（或部件）相互转换或有机结合研究与设计——变异性设计。机电一体化技术研究的主要内容

主要研究“省能源、省资源、智能化”三大基本要素，形成交叉学科的基础理论知识，解决机电一体化（技术）设计中的核心技术问题——接口技术。机电一体化技术主要研究方向·机电一体化产品或系统的原创性原创性设计原创性设计机电一体化的核心：机械技术+电子技术机械技术的四大支柱学科:力学、机械学、制造工艺学和控制机电一体化的核心：二、机电一体化的概念：机电一体化是微电子、计算机技术、信息技术与机械技术相结合的新兴的综合性高新技术。机电一体化产品是新型机械结构与微电子器件，特别是微处理器、微型机相结合而开发出来的新一代电子化机械产品。二、机电一体化的概念：0.1.2机电一体化系统的结构要素：六大基本要素：机械本体、执行机构、驱动部分、测试传感部分、控制及信息处理单元、能源。0.1.2机电一体化系统的结构要素：0.1.3机电一体化的发展优势1.机电一体化系统的高性能化2.机电一体化技术的智能化趋势3.机电一体化的轻量化及微型化发展趋势0.1.3机电一体化的发展优势1.机电一体化系统的高性能化0.2

机电一体化系统的设计流程

设计内容：（1）确定产品规格、性能指标

——运动参数、动力参数、品质参数。（2）系统功能部件要素的划分

——功能部件选择、设计和与系统主功能的匹配。（3）接口设计

——机械接口、物理接口、信息接口、环境接口0.2机电一体化系统的设计流程设计内容：（4）综合评价或系统评价——系统性能、结构质量的各种定量指标和参数，系统的附加价值，满足设计或用户需求的功能性产品或系统为前提。评价方法依据产品要求有所不同。（5）可靠性复查（6）试制与调试

——样机制造与调试、试验。（7）最终产品结果评价

——是否达到设计或用户要求（4）综合评价或系统评价——系统性能、结构质量的各种定量指第一章机电一体化系统总体设计方案1.1概述1.2总体结构方案设计1.3传动方案设计1.4控制方案设计1.5可靠性设计第一章机电一体化系统总体设计方案1.1概述总体方案设计的主要内容（1）总体结构方案设计（2）驱动方案设计（3）控制方案设计（4）人机工程设计（5）可靠性设计1.1概述总体方案设计的主要内容1.2总体方案设计明确设计思想和概念—→分析系统（产品）的综合性能指标要求—→类似产品调研和市场调研—→划分部件或子系统的功能模块—→决定系统和部件、子系统的性能参数—→拟定总体可行性方案（采用不同的设计方法和手段达到设计目的的多种方案）—→方案评价与对比、方案定型—→编写总体方案的可行性论证书—→专家评定鉴定—→确定最终总体设计方案。1.2总体方案设计明确设计思想和概念—→分析系统（产品）的1.3驱动方案设计一、直线运动机构的驱动二、转动输出型驱动机构1.3驱动方案设计一、直线运动机构的驱动1.4控制方案设计驱动控制方案一、开环控制二、闭环控制三、半闭环控制1.4控制方案设计驱动控制方案一、开环控制特点：结构简单、成本较低、技术容易掌握；但难于实现高精度控制二、闭环控制特点：定位精度高、调节速