机电一体化第一章第一节

机电一体化系统主讲人：郑亚青1课程说明

机电一体化系统设计课程是一门专业选修课。本课程在先修课程的基础上，从系统工程观点出发，研究机电一体化产品的各组成要素之间的关系，实现系统功能的目的。先修课程：机械设计，电子技术，电工技术，机电传动与控制，微机原理与应用等。2课程说明学习本课程的目的和意义掌握机电一体化相关技术及其相互之间联系；掌握机电一体化系统设计的基本方法；认识到先修课程是机电一体化系统的基本要素；培养运用基础理论解决实际问题的综合能力；培养具有设计机电一体化产品的能力；培养具有使用，维修机电产品的能力。3课程说明参考教材：1.机电一体化系统设计姜培刚，盖玉先，机工出版社2.机电一体化技术基础及应用黄筱调，机工出版社3.机电一体化机械系统设计赵松年，机工出版社4.机电一体化设计基础郑堤，唐可宏，机工出版社考核办法：考试方式:闭卷。成绩评定：出勤、作业、实验和课堂表现占总成绩的20%，期末考试成绩占总成绩的80%。4课程说明第一章绪论第二章机械系统设计第三章传感器检测及其接口电路第四章控制电机及其选择计算第五章工业控制计算机及其接口技术第六章机电一体化系统设计及应用举例567第1章绪论

1.1机电一体化的定义1.2机电一体化系统的功能要素1.3机电一体化系统的相关技术1.4机电一体化系统设计的目标与方法1.5本课程的目的和要求81.1机电一体化的定义

一、机电一体化的定义

1971年起源于日本。机械学（Mechanics）+电子学（Electronics）=机电一体化或机械电子工程（Mechatronics）机电一体化技术机械技术（机械学、机构学）微电子技术（半导体、IC、LSI）91.1机电一体化的定义

一、机电一体化的定义

定义：机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、电子、信息等有关技术，对它们进行有机的组织和综合，实现了整体的最佳化。它不是机械与电子的简单的叠加，而是在信息论（利用传感技术）、控制论（利用控制理论）和系统论（“系统”整体筹划，机械和电子分别只是“环节”）的基础上建立起来的应用技术。101.2机电一体化的基本功能要素

111.2机电一体化的基本功能要素

121.2机电一体化的基本功能要素一、机械本体主要功能是使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定位置上，并保持特定的关系。包括机械结构装置和传动装置。二、动力单元按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供动力和能量以保证系统正常运行。用最小的动力输入获得尽可能大的功能输出。131.2机电一体化的基本功能要素三、传感检测单元主要功能是对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到控制信息处理单元，经过分析、处理产生相应的控制信息。由传感器和仪器仪表组成。141.2机电一体化的基本功能要素四、执行单元根据控制信息和指令完成所要求的动作。执行单元是运动部件，根据机电一体化系统的匹配要求，需要改善执行机构的工作性能，如提高刚性，减轻重量，实现组件化、标准化和系列化，以提高系统整体工作可靠性等。151.党2机电炎一体超化的猪基本趋功能酷要素五、例驱动愚单元在控兔制信雹息的膜作用阳下，幕驱动阅各执浊行机政构完券成各扫种动援作和渠功能凡。机绕电一闲体化膀系统乖方面怪要求巨驱动屑单元盾具有讲高效威率和机快速京响应欠性等玩，同远时又异要求数其对寨外部捎环境我的适姿应性针和可考靠性喉，还中由于尸几何俩上，肆动作题范围薯狭窄悼等限俊制，脏还需谈考虑意维修艰方便击和实狱行标硬准化姻等。161.茧2机电惕一体尖化的拦基本徒功能妇要素六、壁控制毙与信叔息处恼理单台元控制极与信禾息处中理单酷元是静机电余一体宅化系享统的略核心闯单元挠。将忌来自缠各传承感器扣的检纳测信助息和单外部哭输入运指令景进行破集中香、存营储、肤分析百、加起工。奋根据霉信息益处理窜结果荡，按融照一散定的恨程序仰发出撤相应难的控挎制信卵号，稳通过织输出煤接口先送往迫执行胞机构舟，控提制整洒个系浪统有蹄目的蛮地运题行，竞并达债到预资期性较能。卧一般洽由计惹算机梢，可谢编程挎序控书制器刺，数穗控装取置等百组成辞。171.书2机电份一体盟化的他基本脸功能乎要素七、带接口甘单元接口档的作嚼用是锋将各见要素勤或子株系统科连接美成为颠一个啦有机伯整体崇，使抵各个忍功能疗环节则有目亏的地蒸协调闪一致金运动今，从圣而完铺成机么电一些体化掉的系掠统工书程。挺各个山单元蝴要完凑成物掩质，屡信息致和能健量的坊传递木和交刘换，贷为此剥，各宗要素虾和子岩系统像相接程处必生须具庸备一寇定的垂连接雾部件休，这踏个部业件就求可称战为接农口。喷基本教功能壮有三塑个：终变换由，放膝大，梁传递首。181.对3机电拾一体雾化的膜相关估技术191.昌3机电来一体哗化的码相关累技术一、冬机械氏技术机电国一体穿化的捞机械烫产品鸭与传电统的针机械裕产品朱的区菜别在搂于：歌机械疲结构艰更简象单、肉机械凡功能奔更强母、性雾能更杆优越妻。现拆代机弓械要济求具杂有更大新颖生的结帽构、知更小其的体习积、轧更轻筒的重映量，叫还要座求精阿度更保高、颜刚度区更大披、动盖态性背能更姥好。在设喊计和泽制造些机械岁系统值时除愚了考倒虑静东态、炭动态匀刚度摆及热炎变形牧等问他题外窝，还驻应考亦虑采枣用新徐型复渐合材暴料和佳新型宾结构塔以及怎新型葱的制组造工迷艺和欺工艺作装置糖。201.灶3机电拴一体晕化的丽相关丝式技术二、缎传感沙检测服技术传感设器检摇测是盒实现析自动续控制擦和自镰动调栗节的悲关键背环节唉。传扛感检浅测技愚术的释内容完包括低两方右面，例一是勇研究占如何况将各慈种被父测量蒸（包堡括物乎理量限、化照学量霸和生荣物量娱等）士转换想为与使之成胜比例共的电蕉量；途二是致研究触对转精换的舟电信惨号的怕加工出处理屿，如压放大电、补碰偿、房诚标度津变换聚等。机电膜一体志化系睁统要坛求传务感检爷测装碰置能倚快速分、准塔确、偿可靠渣的获绵取信右息。211.择3机电德一体拒化的柴相关竞技术三、府信息逝处理揭技术计算直机技贷术包雁括计收算机亦的软砖件技寺术、细硬件凯技术搭、网详络与复通讯守技术摩和数窄据技讽术。颠机电超一体度化系矩统中怎主要饿采用去工业茄控制邪机（谣包括予可编叶程控迷制器惹，单翻、多评回路估调节铺器，戚单片鲁微控完制器优，总托线式揪工业冻控制吓机，泪分布扒式计扯算机恭测控统系统透）进悄行信义息处美理。棚信息酱处理深的发外展方票向是参提高柏信息队处理直的速券度、什可靠慎性和核智能裁化程共度。励人工采智能含技术渡、专溜家系策统技兼术、渔神经走网络妻技术芬等都亏属于吉计算绒机信闲息处挤理技录术的急范畴告。221.剥3机电雁一体蚁化的询相关驴技术四、枣自动碧控制点技术自动念控制遗所依苦据的炕理论绩是自闹动控抓制原惧理（椅包括盗经典帽控制绣理论驱和现微代控剥制理胳论）袜，自护动控蜘制技责术就狮是在架此理饿论的型指导偶下对晶具体劫控制研装置阁或控腰制系测统进朋行设正计；据设计叼后进且行系羡统仿泳真，型现场蹈调试裹；最繁后使缓研制撕的系昼统可任靠地重投入兽运行捞。机电宪一体恭化系讲统中扩的自思动控万制技扩术主宵要包菊括位蒙置控棒制、范速度辜控制狮、最胞优控部制、既自适描应控蓄制以剃及模纺糊控共制、纪神经绪网络深控制撕等。231.搞3机电傻一体植化的执相关鞠技术五、捷伺服科驱动莲技术伺服钉驱动诱技术寺就是达在控内制指糠令的拍指挥榆下，源控制唉驱动孙元件粪，使俘机械涌的运轰动部吨件按绍照指酸令要冈求运亭动，该并具卧有良患好的浩动态榜性能舒。伺江服传挽动包低括电披动、蚕气动恰、液袜压等崇各种须类型具的传绞动装典置。语伺服激驱动勾技术俗是直锡接执剥行操间作的劫技术暖，伺青服系雪统是园实现米电信较号到的机械潜动作花的转境换装游置和轻部件孝，对扯机电帽一体淹化系恩统的捐性能毛起决涨定性后作用厨。常先见的蹦伺服排驱动卡系统的主要六有电耍气伺酿服（柳如步仁进电佳机、萄直流播伺服龄电机歇、交女流伺当服电薪机等伙）,液压袋伺服铜（如狂液压愉马达积、脉片冲油占缸等奴）和腐气压咱伺服蓄三类耽。241.越3机电监一体姓化的熄相关晒技术六、系统惹总体缠技术系统勿总体茧技术告是以置整体抓的概拳念组升织应足用各德种相哭关技协术的境技术伞，从纲全局怒的角前度和尚系统梳的目违标出满发，赌将系烟统分历解为够若干糖个子著系统亡，从霸实现窗整个世系统蜘技术道协调邀的观钓点来泳考虑剖每个密子系侵统的贤技术捐方案沈。机电杆一体哨化系腔统是演一个听技术曲综合榴体，脆它利赵用系贱统总漏体技婶术将击各有兼关技责术协朵调配乏合、锹综合蚀运用绝而达辆到整洽体系事统的桂最佳这化。251.绞4机电控一体办化系约统设沫计的巨目标介和方糕法一、谊机电阀一体根化产惊品和樱系统继的分铸类用途劲分类膝：产业浆机械含，信轨息机臂械，租民用劝机械墨；机械袭和电姑子的病含量签分类踢：机械旨为主星体的脚机电汇产品疾，电娱子为叶主体执的机垮电产杏品；机电惯结合藏的程盈度分吹类：功能胖附加红型，扯功能墙替代柜型，踪蝶机电继融合大型。261.递4机电映一体发化系雾统设该计的夕目标柏和方馋法一、谣机电晨一体息化产狸品和寒系统史的分枣类271.服4机电暮一体谱化系照统设旨计的宁目标妈和方隆法一、赔机电订一体摩化产筑品和克系统层的分罗类数控西机床修、机哪器人左、自幼动生夹产设胀备生产畅用机反电一呈体化傍产品柔性温生产否单元请、自佣动组告合生反产单须元FM戏S、无人赔化工堪厂、CI理MS微机吗控制填汽车讯、机甲车等交通狼运输议工具运输艰、包丘装及厚工程绞用机英电一甘体化堵产品数控袭包装豆机械祖及系铅统数控胳运输床机械拣及工毛程机械设霉备，渠自动键仓库储存器、销型售用芳机电忽一体剪化产扔品自动温空调未与制漏冷系亭统及限设备281.椒4机电爹一体筹化系现统设既计的受目标床和方含法一、善机电栗一体疤化产龄品和或系统钳的分越类自动收称量田、分圆选、罚销售靠及现禁金处沾理系魄统，自动朵化办驻公设塞备社会沸服务雅性产译品动力磁、医步疗、慈环保颗及公谎共服顽务自握动化普设备文教吓、体形育、秃娱乐秒用产洗品微机缝或数恐控型尚耐用形消费姜品家庭私用机蛙电一青体化牢产品炊事击机械胖，家软庭用赌信息雅、服于务设猫备科研顿及过沙程控姜制用幅机电队一体木化产椅品测试扫设备浪，控爬制设介备农、坐林、阳牧、展渔及兔其它软民用款机电精一体粘化产父品航空晕、航绳天、叮国防是用武摘器装恼备等均机电除一体伪化产母品291.勾4机电浇一体者化系揉统设熄计的博目标虽和方夺法二、写现代招机械遥的机促电一箩体化寸目标1、提靠高精恒度2、增晌强功升能3、提歉高生惠产效斥率4、节但约能两源、术降低妇能耗5、提娃高安向全性躺、可液靠性301.勿4机电泥一体掩化系福统设两计的献目标渔和方双法二、娇现代胡机械膜的机醉电一闭体化怒目标6、改丽善操轰作性唐和实让用性7、减睡轻劳誓动强贫度、洞改善而劳动梁条件8、简荐化结去构、涛减轻理重量9、降垄低价揉格10、增卸强柔拳性应史用功圆能311.金4机电易一体感化系贡统设用计的盖目标株和方嘱法三、胞机电魄一体阳化技缓术方伶向1.机械五的电洒子化（1）在桌原有塌机械衔系统终的基恐础上恼采用放微型附计算伍机控凳制装桂置，烟使系方统的协性能义提高封，功垒能增居强。庙例如眨，模冈糊控例制洗办衣机拼能根柴据衣蓝物的貌洁净个度自速动控胆制洗关涤过肚程，掌从而叔实现尼节水纷、节街电、张节时执、节优洗衣往粉的两功能爸；机床冠的数殃控化是另抹一个甘典型充的例厌子。321.雄4机电雷一体记化系王统设诵计的爪目标巡寿和方港法三、床机电凶一体谱化技驳术方视向1.机械苗的电愈子化（2）用维电子络装置砌局部很替代捷机械阳传动甜装置浴和机轻械控割制装容置，膝简化佛结构碍，增羡强控左制灵犬活性呼。例侮如，古数控许机床毙的进短给系煎统采凳用伺澡服系暴统，掏简化脸了传刷动链惑，提锤高了测进给萄系统凝的动漏态性座能；狗将传毫统电慢机的盗电刷置用电荡子装渣置替酿代形廉成的矩无刷即电机叙，具浇有性挠能可辫靠、由结构愉简单乔、尺杀寸减惨小等素优点绕。电子北缝纫雪机和岭电子赔绣花烈机。331.露4机电惕一体裳化系浆统设杰计的判目标狸和方锦法三、著机电墙一体递化技败术方交向1.机械寺的电国子化（3）用颗电子僻装置块完全票替代吃原来想执行艺信息狭处理宴功能袜的机球构，闯既减缓化了顿结构愿，又悟极大厕地丰园富了旺信息嫩传输拦的内婚容，院提高易了速境度。沿例如体，石英旋电子圆钟表鼓、电赔子秤、按挣键式雄电话析等。341.醉4机电络一体掉化系谎统设愈计的筝目标缝和方烦法三、怖机电肺一体渣化技真术方积向1.机械虏的电兵子化（4）用棒电子慢装置该替代丹机械呜的主臭功能盖，形罩成特琴殊的心加工晨能力增。例剧如，电火果花加睬工机们床、绘线切泰割加统工机况床、激板光加顽工机晃床，桐电子泡等。351.小4机电堪一体宿化系快统设掩计的钟目标拉和方追法三、盛机电献一体施化技芹术方计向2.机电蛇技术萝完全止融合融形成茂新型尺机电配一体傍化产艘品生产勾机械妹中的蜘激光险快速代成形乡丰机；江信息拿机械恨中的传真观机、沟打印刺机、犹复印侧机；检究测机卷械中庭的CT（计压算机南断层眯扫描得诊断返装置梁）扫婆描诊稀断仪赵、扫何描隧根道显勾微镜带等。361.娃4机电窃一体速化系遥统设命计的殃目标衔和方地法四、毙机电绩一体脚化系圾统开区发的晕设计认思想与方专法1.取代锋法取代正法就丘是用赢电气粪控制寨取代团原系台统中概的机惭械控陆制机堂构。闷该方哥法是倾改造裁旧产正品、拥开发乱新产博品或对舞原系威统进凝行技灭术改暖造常汇用的赶方法,也是院改造央传统绿机械纳产品忽的常篇用方志法。如用狸电气折调速幻玉系统盐取代伶机械的式变推速机兵构等控。371.其4机电扔一体拆化系般统设设计的典目标尘和方责法四、嗓机电属一体弄化系众统开下发的注设计交思想与方令法2.整体米设计语法整体虫设计晓法主导要用红于新琴产品辽的开迫发设记计。虎在设顿计时养完全鼓从系蹈统的既整体帐目标恢出发,考虑题各子胖系统的设门计。如某烟些激饭光打沙印机吨的激洗光扫尘描镜回，其陪转轴扣就是律电动叶机的柴转子筛轴。381.膏4机电蔬一体议化系毙统设郊计的叙目标献和方糟法四、刊机电膏一体横化系岗统开罗发的脱设计固思想与方顽法3.组合聋法组合捧法就假是选沫用各软种标拒准功闭能模面块组沙合设远计成贿机电默一体遗化系奸统。391.歌4机电磁一体屿化系牛统设矛计的渡目标俗和方戏法四、逗机电糠一体券化系均统开搬发的抄设计拔思想与方处法3.组合摔法例如,设计哨一台不数控叙机床,可以蚁依据功机床百的性拍能要刘求,通过胳对不站同厂爪家的馋计算秀机控牵制单谨元、网伺服秃驱动将单元坑、位防移和过速度成测试列单元欣及主镜轴、辽导轨舍、刀概架、态传动短系统肿等产适品的皮评估屈