Unit-15-Mechatronics-机电专业英语-图文课件

Unit15MechatronicsContentsNewWords&Expressions

Text&TranslationComplexSentenceAnalysisKeytoExercisesNewWords&Expressionsmechatronics[mi′kætrɔniks]n.机电一体化coin[kɔin]v.造词integration[intig′reiʃn]n.集成synergetic[sinə′dʒetik]adj.协同的，合作的fusion[′fju:ʒən]n.融合notion[′nəuʃən]n.概念，想法unattainable[′ʌnə′teinəbl]adj.做不到的interdisciplinary[intə′displinəri]adj.学科间的paradigm[′pærədaim]n.范例NewWords&Expressionsbenchmark[′bentʃma:k]n.基准，标准entreaty[in′tri:ti]n.恳求，请求evolutionary[i:və′lu:ʃnəri]adj.发展的，演化的DSP(digitalsignalprocessing)数字信号处理IC(integratedcircuit)集成电路consensus[kən′sensəs]n.一致augment[ɔ:g′ment]v.增加，扩大unify[′ju:nifai]v.成为一体，统一cornerstone[′kɔ:nəstəun]n.基石，基础Text&TranslationMechatronicshasbeenoriginallycoinedsincethetwoengineeringdisciplines—mechanicsandelectronicsintegratedinthe1970s.［1］Morerecently，withspectaculardevelopmentintheareasofcontrolandcommunications，thewordmechatronicshasbeenadaptedasthesynergeticintegrationofthreedisciplines：mechanics，controlandelectronicsandisaimedatthestudyofmainlymanufacturingmachinescontrolledbyelectronics.Itisalsobeingregardedasthefusionofmechanicalengineeringwithelectronicsandintelligentcomputercontrolinthedesignandmanufactureofindustrialproductsandprocesses.Oflatethenotionof“intelligence”or“smartness”isassociatedwiththeseindustrialmachinesandtheyarebeingcalled“intelligent”or“smart”machines.Text&TranslationMechatronicsisalsodefinedasthesynergeticintegrationofmechanicalengineeringwithelectronicsandintelligentcomputercontrolinthedesignandmanufactureofproductsandprocesses.［2］Inengineeringterms，whatcanbemadetoemergeisanewandpreviouslyunattainablesetofperformancecharacteristics.Thusmechatronicsistrulyaninterdisciplinarysubjectdrawnfrommechanical，electrical，electronics，computer，andmanufacturingengineering.InengineeringeducationthroughoutAsia，EuropeandtheUSA，thesubjectofmechatronicsisgainingacceptanceasanessentialcourse，andthefieldofmechatronicsisacceptedasabasisfornewindustrialdevelopment.Text&TranslationThetechnologyareasofmechatronicsinvolvesystemmodeling，simulation，sensorsandmeasurementsystems，driveandactuationsystem，analysisofthebehaviorofsystems，controlsystemsandmicroprocessorsystems.［3］Mechatronicsparadigmdealswithbenchmarkingandemergingproblemsinengineering，science，andtechnologieswhichhavenotbeenattackedandsolved.Thisreflectsobvioustrendsinfundamental，applied，andexperimentalresearchaswellascurriculumchangesinresponsetolongstandingunsolvedproblems，engineeringandtechnologicalenterpriseandentreatiesofsteadyevolutionarydemands.Text&TranslationMechatronicsisanintegratedcomprehensivestudyofintelligentandhighperformanceelectromechanicalsystem(mechanismsandprocesses)，intelligentandmotioncontrolthroughtheuseofadvancedmicroprocessorsandDSPs，powerelectronicsandICs，designandoptimization，modelingandsimulation，analysisandvirtualprototyping，etc.Integratedmultidisciplinaryfeaturesareapproachingquickly，andmechatronics，whichintegrateselectrical，mechanical，andcomputerengineeringareas(Fig.15.1).Fig.15-1MechatronicsIntegratesElectrical,MechanicalandComputerEngineeringText&TranslationOneofthemostimportantproblemsinmechatronicssystemsdesignisthedevelopmentofsystemarchitecture,e.g.，selectionofhardware(actuators,sensors，devices，powerelectronics,ICs,microcontrollers,andDSPs)andsoftware(environmentandcomputationalgorithmstoperformsensingandcontrol,informationflowanddataacquisition，simulation,visualization，andvirtualprototyping).［4］Attemptstodesignstateoftheartmanmademechatronicssystemsandtoguaranteetheintegrateddesigncanbepursuedthroughanalysisofcomplexpatternsandparadigmsofevolutionarydevelopedbiologicalsystems.Recently,moreemphasishasbeenputonintegratedanalysis，designandcontrolofadvancedmechanicalsystems.Text&Translation［5］Thescopeofmechatronicssystemhascontinuedtoexpand，andinadditiontoactuators,sensors,powerelectronics,ICsmicroprocessors,DSPs,aswellasinput/outputdevices,manyothersubsystemsmustbeintegrated.Eventhoughthebasicfoundationshavebeendeveloped,someurgentareashavebeendowngraded,lessemphasizedandcovered.Toovercomethesedifficulties,themechatronicsparadigmwasintroducedwiththeultimategoalsto：Text&Translation(1)Guaranteeaneventualconsensusandensuredescriptivemultidisciplinaryfeatures.(2)Extendandaugmenttheresultsofclassicalmechanics，electromechanicalsystems,powerelectronics,ICs,andcontroltheorytoadvancedhardwareandsoftware.(3)Acquireandexpandtheengineeringcoreintegratinginterdisciplinaryareas.(4)Linkandplacetheintegratedperspectivesofelectromechanicalsystems,powerelectronics,ICs,DSPs,control,signalprocessing.MEMS(microeletromechanicalsystems)andNEMS(nanoelectromechanicalsystems)intheengineeringcurriculuminfavorofthecommonstructureneeded.Text&TranslationThestudyofhighperformanceelectromechanicalsystemsshouldbeconsideredastheunifiedcornerstoneoftheengineeringcurriculumthroughmechatronics.Theunifiedanalysisofactuatorsandsensors(e.g.electromechanicalmotiondevices)，powerelectronicsandICs，microprocessorsandDSPs,advancedhardwareandsoftware，havebarelybeenintroducedintheengineeringcurriculum.Mechatronics，asabreakthroughconceptindesignandanalysisofconventional，microandnanoscaleelectromechanicalsystem，wasintroducedtoattack,integrateandsolveagreatvarietyofemergingproblems.Text&TranslationMechatronicssystems,asshowninFig.15.2,canbedividedintoconventionalmechatronicssystems,MEMS,andNEMS.TheoperationalprinciplesandbasicfundamentalsofconventionalmechatronicssystemsandMEMSarethesame,whiledifferentconceptsandtheoriesareusedtostudyNEMS.Inparticular，thedesignerappliestheclassicalmechanicsandelectromagneticstostudyconventionalmechatronicssystemsandMEMS.QuantumtheoryandnanoelectromechanicsareappliedinNEMS.Thefundamentaltheorieswhichareusedtostudytheeffects,processes,andphenomenainconventional,microandnanoscalemechatronicssystemsareillustratedinFig.15.2.Fig.15-2ClassificationandFundamentalTheoriesAppliedinMechatronicsSystemsText&TranslationInadditiontoengineering,mechatronics,asamultidisciplinaryconcurrentintegratedconcept,integratesscienceandtechnology,asshowninFig.15.3.Text&TranslationFig.15-3Mechatronics：Engineering,ScienceandTechnologyText&Translation机电一体化(Mechatronics)这个术语一开始是在20世纪70年代由两个工程类学科——机械学和电工电子学结合而形成的。但是最近随着控制工程和通信领域的快速发展，机电一体化这个术语已经用于描述机械工程学、控制工程学和电工电子学3大学科的集成，其目标主要是研究由电工电子学所控制的机械产品的制造，同时也被认为是机械工程学、电工电子学和智能计算机控制学在工业产品设计制造和加工过程上的集成。随后由于这些工业产品具有“智能”和“时尚”的特征，因此人们经常将这些工业产品称之为“智能化”或“时尚化”的产品。机电一体化也可以被定义为在工业产品的设计和制造加工过程中，应用了电工电子学技术、智能计算机控制技术与机械工程学等集成的学科。Text&Translation在工程上，一个术语的产生肯定是新的、以前不具有的一系列性能特征的组合，因此，机电一体化这个术语真正是从机械学、电工电子学、计算机科学和制造工程学等学科中产生的一个交叉学科。机电一体化课程在亚洲、欧洲和美洲等地区的工程教学中已经作为一门必修课程，机电一体化领域已经作为新的工业产品开发基础正日益被人们所接受。机电一体化技术主要包括机电一体化的系统建模、仿真、传感和评估系统、驱动和执行系统、系统的行为分析、控制系统及微处理系统。Text&Translation机电一体化系统范例应该处理的是工程、科学和技术上出现的但目前仍无法得到解决的典型问题，这些问题必须具有明显的特征，即在基础研究、应用研究和实验研究方面与课程改革相适应的长期未得到解决。机电一体化是一种通过使用高性能的微处理器和数字信号处理（digitalsignalprocessing，简称为DSP）芯片、驱动电子元件和IC集成电路进行系统设计、优化、建摸、仿真、分析和建立有效的模型等以获得智能化、高性能的机电系统(包括机械和加工)、智能化和运动控制的综合性研究。它具有多学科交叉的特点，集成了电工电子学、机械工程学和计算机工程学等学科，如图15-1所示。Text&Translation图15-1机电一体化系统分类示意图Text&Translation在机电一体化系统设计中，其中具有重要意义的问题是系统结构的开发设计，包括硬件(执行器、传感器、装备、电子产品、IC集成电路

、微控制器和DSP等)和软件(实现传感与控制、信息流与数据采集、模拟仿真、可视化处理和建立有效模型等的软件环境和计算机算法)的选择，试图设计具有艺术特性的人造的机电一体化系统，通过分析复杂的模型和高级的生物系统的范例保证机电一体化系统的集成设计。现在的工程设计需要进行先进机械系统的集成分析、设计和控制的重要性已经得到了认识，目前机电一体化系统的范围已经得到了扩展，除了执行器、传感器、驱动电子元件、IC集成电路

、微处理器、DSP外，还集成了输入/输出设备及其他许多子系统。尽管在一些基础领域得到了发展，但有些受争议的领域已经被忽略、较少关心和掩盖了。为了克服这些困难，机电一体化系统范例被引入，其最终的目的是：Text&Translation(1)系统范例必须保证最终结果的唯一性以及具有学科交叉的特征。(2)系统范例能拓宽和增加传统的机械、电机系统，驱动电子元件、IC集成电路和控制理论以满足高级的硬件和软件的需求。(3)系统范例能获得和拓宽多学科的工程核心集成领域。(4)系统范例能连接并设置相关的电机系统、驱动电子元件、IC集成电路、DSP、控制、信号处理、微型电机-机电系统(micro-electro-mechanicalsystems，简称为MEMS)和纳米电机-机电系统(nano-electro-mechanicalsystem，简称为NEMS)的课程体系，以便于公共构架的集成需要。Text&Translation高性能电机系统的研究应该被认为是机电一体化系统范例课程的重要基础。然而执行器和传感器(如电机驱动装置)、驱动电子元件和IC集成电路、微处理器和DSP、高级硬件和软件系统的统一分析基本上没有被引入到工程课程教学中。机电一体化作为一个传统的、微型和纳米规模的三种类型的电机系统中的设计和分析的突破性的概念，已经被引入用于集成和解决大量出现的问题。Text&Translation机电一体化系统如图15-2所示，被分为传统的机电一体化系统、微型电机—机电系统MEMS和纳米电机—机电系统NEMS。传统的机电一体化系统和微型电机—机电系统MEMS在工作原理和基础理论上是相同的，而纳米电机—机电系统NEMS研究使用的是不同的概念和理论。尤其特别的是工程设计人员应用传统的力学和电磁学去研究传统的机电一体化系统和微型电机—机电系统(MEMS)。定量分析和纳米电机学已应用于纳米电机—机电系统NEMS中。一些基本理论可以用于研究传统的、微观的和纳米的机电一体化系统中的效果、过程和现象，见图15-2。Text&Translation图15-2机电一体化系统的类别及其所运用的基本理论Text&Translation除了工程技术以外，机电一体化技术作为一个多学科交叉并存而集成的概念，还集成了科学和技术等，如图15-3所示。Text&Translation图15-3机电一体化：工程、科学和技术ComplexSentenceAnalysis[1]Morerecently，withspectacularadvancementsintheareasofcontrolandcommunications,thewordmechatronicshasbeenadaptedasthesynergeticintegrationofthreedisciplines:mechanics,controlandelectronicsandisaimedatthestudyofmainlymanufacturingmachinescontrolledbyelectronics.最近随着控制工程和通信领域的快速发展，机电一体化这个术语已经用于描述机械工程学、控制工程学和电工电子学三大学科的集成，其目标主要是研究由电工电子学所控制的机械产品的制造。①with：随着……②isaimedat：目的为……ComplexSentenceAnalysis[2]Inengineeringterms,whatcanbemadetoemergeisanewandpreviouslyunattainablesetofperformancecharacteristics.在工程上，一个术语的产生肯定是新的、以前不具有的一系列性能特征的组合。①inengineeringterms：从工程上来说②whatcanbemadetoemerge：是一个主语从句,作主语，谓语动词用单数形式。ComplexSentenceAnalysis[3]Mechatronicsparadigmdealswithbenchmarkingandemergingproblemsinengineering,science,andtechnologieswhichhavenotbeenattackedandsolved.机电一体化系统范例应该处理的是工程、科学和技术上出现的但目前仍无法得到解决的典型问题。whichhavenotbeenattackedandsolved：是一个定语从句，修饰前面的problems。ComplexSentenceAnalysis[4]Attemptstodesignstate-of-the-artman-mademechatronicssystemsandtoguaranteetheintegrateddesigncanbepursuedthroughanalysisofcomplexpatternsandparadigmsofevolutionarydevelopedbiologicalsystems.试图设计具有艺术特性的人造的机电一体化系统，通过分析复杂的模型和高级的生物系统的范例保证机电一体化系统的集成设计。①attemptsto:……方面的尝试、……方面的努力②state-of-the-artman-made：具有艺术特性的人造的ComplexSentenceAnalysis[5]Thescopeofmechatromicssystemhascontinuedtoexpand,andinadditiontoactuators,sensors,powerelectronics,ICsmicroprocessors,DSPs,aswellasinput/outputdevices,manyothersubsystemsmustbeintegrated,eventhoughthebasicfoundationshavebeendeveloped,someurgent