第一篇：東南大學——機電一體化論文

機電一體化與機器人基礎論文

一． 對機電一體化系統(tǒng)的認識 1，學科簡介

機電一體化技術是將機械技術、電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。是現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設備幾乎可以說都是機電一體化的設備。中國機電設計邁入PLM全新階段，正挑戰(zhàn)著了前所未有的，不可預測的難題，一個個久戰(zhàn)沙場經(jīng)久不衰精兵良將正褪去了昨日英雄的光環(huán)，唯有CAMEL VIEW 能夠勝任軍統(tǒng)三國，光復舊業(yè)的重任，此時數(shù)系科技與德國iXtronics GmbH公司攜手共同開拓機電設計領域的新篇章，CAMEL VIEW 作為機電一體化設計系統(tǒng)，從產(chǎn)品的概念設計到產(chǎn)品性能的測試、驗證、通過都是一體化的，流程化的、規(guī)范化的，在滿足用戶設計的前提下，數(shù)值實驗的仿真與結果的驗證無不精確化，支持復雜環(huán)境下，多工況，多耦合場設計。

2、專業(yè)培養(yǎng)目標

本專業(yè)培養(yǎng)從事機電一體化產(chǎn)品設計和制造加工、調(diào)試、運行、維護、營銷和售后服務的高級技能型、應用型人才。學生在獲取畢業(yè)證書的同時還可以取得相應的職業(yè)資格證書。

3、主要核心課程與核心技能

機械制圖、電工與電子技術基礎、液壓與氣動技術、電氣控制與PLC、機械制造基礎、機械設計基礎；機械制圖測繪、金工實習、CAD實訓、電工電子實訓、數(shù)控實訓、機床電器控制實訓。二．電腦鼠運行原理

所謂“電腦鼠” ,英文名叫做 Micromouse,是一種具有人工智能的輪式機器人,是由嵌 入式微控制器, 傳感器和機電運動部件構成的一種智能行走裝置的俗稱?！半娔X鼠走迷宮”的競賽今年在國際和國內(nèi)上都很流行，依照新制的比賽規(guī)則，當電腦鼠放入起點，按下啟動鍵之后，它就必須自行決定搜尋法則并且在迷宮中前進、轉(zhuǎn)彎、記憶迷宮墻壁資料、計算最短路徑、搜尋終點等功能。電腦鼠結合了機械、電機、電子、控制、光學、程序設計和人工智能等多方面的科技知識。人類在科技的發(fā)展史上，一直在嘗試著想要創(chuàng)造出一個具有肢體、感官、腦力等綜合一體的智能機器人，而電腦鼠就是一個很能夠用來詮釋肢體、感官及腦力綜合工作的基本實例，這也是當初電腦鼠被發(fā)明的理由，希望能夠借助電腦鼠的創(chuàng)作來進而研究與發(fā)明更加復雜的機械。

電腦鼠走迷宮競賽具有一定難度,是一項富有挑戰(zhàn)性和趣味性的比賽.此外,它還是一 個很好的教學工具.電腦鼠可看作是一個集多項工程學科知識于一體的小型系統(tǒng).成功的設 計者通常都是合作團體,他們必須考慮電子,電氣,機械以及計算機各方面的問題.重量, 速度,功耗,傳感技術,重心以及程序各方面都是設計中需要決定和綜合考慮的因素.電腦 鼠是一個多學科的綜合體,與多各學科關系精密:(1)機械工程:首先電腦鼠必須是個實實在在的機器人,而對于在迷宮中高速穿梭 的電腦鼠, “身材”的好壞極其重要.大多數(shù)使用步進電機的電腦鼠可以直接將 車輪安裝在電機軸上,而使用直流電機驅(qū)動的電腦鼠往往許多添加減速和傳動 裝置,如何既使輪子安裝穩(wěn)定不顫動,保證高傳動效率,又使車體輕巧美觀是 機械設計時需要解決的問題.(2)電子工程:電腦鼠是一個嵌入式系統(tǒng),需要廣泛的涉及信號處理,通信,微處 理器應用和電機控制等.(3)自動控制:控制電腦鼠在迷宮中快速而準確的行走屬于自動控制技術范疇.測 距傳感器獲取距離信息并將其反饋給微處理器,微處理器對距離值分析處理獲 得墻壁信息并根據(jù)墻壁信息控制電機動作以帶動輪子產(chǎn)生相應的動作,這整個 構成一個大自動控制系統(tǒng).而在這個大系統(tǒng)內(nèi)還可以包含其他的自動控制系統(tǒng).(4)人工智能:電腦鼠走迷宮競賽的整個過程可大體分為兩個部分:一,搜索迷宮, 從起點出發(fā),找到終點并找出一條最短路徑;二,沖刺,從起點開始,在最短 時間內(nèi)到達終點.搜索迷宮過程是電腦鼠學習過程.沖刺過程前需要在所有走 過的通路中依據(jù)自己的原則選擇一條路徑作為最短路徑,這是一個決策過程.(5)程序設計:電腦鼠程序具有嵌入式軟件的一般特征并有更高要求.電腦鼠程序 必須高效率和高實時性才能保證電腦鼠的控制精和靈敏度.(6)傳感與測試技術:電腦鼠需要有眾多信息的反饋,如墻壁信息等.需要用到許 多傳感器,如測試墻壁信息紅外傳感器測量距離,使用霍爾傳感器測試車輪轉(zhuǎn) 速以控制轉(zhuǎn)速和測量路程等.電腦鼠是一個精密控制體,足夠的控制精度才能 保證在高速行走的時候不撞墻和迷失自我.不但要求能夠準確測量,還必須有 足夠快的響應速度.算法是電腦鼠的靈魂.電腦鼠必須采用一定的算法才能找到終點, 才能找到一條最短的 路徑,在最短的時間內(nèi)到達終點.算法的效率決定了解迷宮的效率.優(yōu)良的電機控制算法能 讓電腦鼠走得更快更平穩(wěn),降低微處理器負荷.電腦鼠具有精確的定位能力, 快速的行走能力和優(yōu)秀的避障能力等特點.對電腦鼠進行 升級后可以應用在許多場合.電腦鼠技術可以應用在工業(yè)機器人和特種機器人設計中, 并可 以將電腦鼠技術說涉及的各學科知識分別應用在各相關領域.三．軟件程序編程

IEEE標準智能電腦鼠走迷宮的源代碼，能搜索全迷宮和四分之一迷宮。-DebugExeMaze.bin........Maze.out........Maze.sim.....ListMaze.map.....Objmaze.o........Maze.pbd........Mouse_Drive.o........startup_ewarm.o........zlg7289.o settingsMaze.cspy.bat........Maze.dbgdt........Maze.dni........Maze.wsdt.rcmaze.c...Maze.h...Micromouse.h...Mouse_Config.h...Mouse_Drive.c...Mouse_Drive.h...startup_ewarm.c...TestFlowChartLJT.bmp...Type.h...zlg7289.c...Zlg7289.h Backup of Maze.ewd Backup of Maze.ewp Maze.bmp Maze.dep Maze.ewd Maze.ewp Maze.eww DebugExe.....List.....Obj Debug settings src

編輯程序讓電腦執(zhí)行的過程就叫編程 很多軟件都可以編程 具有代表性的計算機語言有BASIC C，C++，VB，VF，SQL,網(wǎng)頁編程JSP，ASP，PHP，軟件是Microsoft Visual Studio,Microsoft Visual Basic,Microsoft SQL Server,等等。BASIC是Beginner's All-purpose symbolic instruction Code（初學者通用符號指令代碼）的縮寫，是國際上廣泛使用的一種計算機高級語言。BASIC簡單、易學，目前仍是計算機入門的主要學習語言之一。

高效率的程序員并不是敲鍵盤的速度比別人快，而是他有著良好的編程習慣，節(jié)省了別人浪費的時間。因此，要想提高自己的編程效率，根本在于怎么少浪費時間。只要能把別人浪費的時間節(jié)省下來，你的效率就可以快過別人，甚至數(shù)倍于別人。要想節(jié)省時間，當然首先需要明白編程中耗費時間的分配情況。程序員軟件開發(fā)的幾個階段：

1、分析設計，分析設計的前提是充分理解需求說明文檔，然后分析如何實現(xiàn)它們，并形成設計文檔。分析設計的目的是明晰軟件架構，軟件算法和功能的邏輯，得出必要的設計文檔，奠定后面編碼的基礎。合理的設計可以節(jié)省后面編碼的時間，不合理甚至錯誤的設計將導致工作的重新開始，沒有設計貿(mào)然開始編程會導致一些難以預見的邏輯錯誤?？傊?，較好的設計事半功倍。

2、程序編碼

依照語法、設計文檔編碼。

3、程序測試

測試的目的是檢測程序有沒有問題，一旦發(fā)現(xiàn)問題，問題的定位越準，效率就越高。因此，程序中需要輸出必要的提示信息。

4、軟件調(diào)試

測試時發(fā)現(xiàn)程序有BUG，自然需要調(diào)試。顯然，遇到的問題越少，調(diào)試的時間就越少。沒有什么比一次性寫好，不用調(diào)試更快的方法了。

時間雖然無法具體分配到各個階段，但是第一和第二階段的質(zhì)量決定了后面兩階段的時間花費，質(zhì)量越高，測試和調(diào)試時間花費越少。反過來，質(zhì)量越差，測試和調(diào)試時間越長。

三．實驗中心得體會

我們學生之間一定要多交流。相信對于大部分的競賽，交流是個必不可少的環(huán)節(jié)，這不僅僅是經(jīng)驗的交流，更是我們在一個思想瓶頸上的相互間的探討，我們可以借鑒網(wǎng)上資源或者2010年的大賽經(jīng)驗，完善思路。

我們一定要學會堅持。凡事貴在堅持，參與這個競賽，它是一個看起來有趣，進一步了解難的競賽，可是只要都有一個咬定青山不放松的態(tài)度，就沒有解不開的問題！

整合課程內(nèi)容，增加電和計算機方面的知識，優(yōu)化課程結構，緊跟機電專業(yè)的發(fā)展趨勢。以機電一體化技術核心應用能力形成為主線，重組課程內(nèi)容，沖破原有課程體系，刪除陳舊的課程內(nèi)容，增添新知識，從而形成具有機電一體化專業(yè)特色的課程體系。

實踐是大學生活的第二課堂,是知識常新和發(fā)展的源泉,是檢驗真理的試金石,也是大學生鍛煉成長的有效途徑。一個人的知識和能力只有在實踐中才能發(fā)揮作用,才能得到豐富、完善和發(fā)展。大學生成長,就要勤于實踐,將所學的理論知識與實踐相結合一起,在實踐中繼續(xù)學習,不斷總結,逐步完善,有所創(chuàng)新, 并在實踐中提高自己由知識、能力、智慧等因素融合成的綜合素質(zhì)和能力,為自己事業(yè)的成功打下良好的基礎。

第二篇：機電一體化論文

東北大學繼續(xù)教育學院?？飘厴I(yè)實習報告

?？飘厴I(yè)實習報告

學生：趙樹滿

學習中心：河北唐山豐南奧鵬學習中心 專業(yè)：機電一體化技術 層次：高起專

提交日期：2016年1月19日

機電一體化技術專業(yè)實習報告 東北大學繼續(xù)教育學院專科畢業(yè)實習報告

第1章緒論

1.1概述

二十一世紀，關于機電一體化技術的研究和應用已成為全球性的課題，機電一體化是以機械技術和電子技術為主題，多門技術學科互相參透、互相結合的產(chǎn)物，是正在發(fā)展和逐漸完善的一門新興的邊緣學科。

第2章機電一體化技術發(fā)展（具體內(nèi)容）

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關技術的進步于發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

2.1數(shù)字化

微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡的迅速崛起，為數(shù)字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可能性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復。

2.2智能化 東北大學繼續(xù)教育學院?？飘厴I(yè)實習報告

即要求機電產(chǎn)品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機床上增加人機對話功能，設臵智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色理論、小波理論、混沌與分叉等人工智能技術的進步與發(fā)展，為機電一體化技術發(fā)展開辟了廣闊天地。

2.3模塊化

由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速機電一體的動力驅(qū)動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的機電一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。

2.4網(wǎng)絡化

由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術使家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產(chǎn)品無疑應朝網(wǎng)絡化方向發(fā)展。東北大學繼續(xù)教育學院?？飘厴I(yè)實習報告

2.5人性化

機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

2.6微型化

微型化是精細加工技術發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)（Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS）是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很多的進展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微梁、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。

2.7集成化

集成化既包含各種技術的互相滲透、互相融合和各種產(chǎn)品不同東北大學繼續(xù)教育學院?？飘厴I(yè)實習報告

結構的優(yōu)化與復合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全的運轉(zhuǎn)，然后在通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。

2.8帶源化

是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

2.9綠色化

科學技術的發(fā)展給人們的生活帶來了巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應運而生，綠色產(chǎn)品是指低能耗、低耗材、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)境和人類健康的要求，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結束時，產(chǎn)品可分解和再生利用。東北大學繼續(xù)教育學院專科畢業(yè)實習報告

第3章機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中應用

在鋼鐵企業(yè)中，機電一體化系統(tǒng)是以微處理機為核心，把微機、工控機、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝臵、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有利條件，增強系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中主要應用于以下幾個方面：

3.1智能化控制技術（IC）

由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點，傳統(tǒng)的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、控制、設備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼、連鑄、軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。

3.2分布式控制系統(tǒng)（DCS）

分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實現(xiàn)在線最優(yōu)化、東北大學繼續(xù)教育學院?？飘厴I(yè)實習報告

生產(chǎn)過程實時調(diào)度、生產(chǎn)計劃統(tǒng)計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。是當前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。

3.3開放式控制系統(tǒng)（OCS）

開放控制系統(tǒng)是目前計算機技術發(fā)展所引出的新的結構體系概念?！伴_放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設計的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡使各種控制設備、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設備互聯(lián)，實現(xiàn)測量與控制一體化。

3.4計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）

鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實現(xiàn)從原料進廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)以基本實現(xiàn)了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資金周轉(zhuǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經(jīng)濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。東北大學繼續(xù)教育學院?？飘厴I(yè)實習報告

3.5現(xiàn)場總線技術（FBT）

現(xiàn)場總線技術是連接設臵在現(xiàn)場的儀表與設臵在控制室內(nèi)的控制設備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術取代現(xiàn)行的信號傳輸技術，就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝臵與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現(xiàn)場總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場信號連接導線?，F(xiàn)場總線的引入導致DCS的變革和新一代圍繞開發(fā)自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場總線化檢測儀表和現(xiàn)場就地控制站等的發(fā)展。

3.6交流傳動技術

交流傳動技術在鋼鐵工業(yè)中起至關重要的作用。隨著電力電子技術的發(fā)展，交流調(diào)速技術的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達到和超過直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。東北大學繼續(xù)教育學院?？飘厴I(yè)實習報告

第4章總結

綜上所述，經(jīng)過20多年的發(fā)展，機電一體化技術已經(jīng)成為當今世界最熱門、最重要的技術發(fā)展方向之一，并影響到幾乎全部的工業(yè)行業(yè)。可以說，從軍事到經(jīng)濟、從生產(chǎn)到生活、從簡單的日用消費品生產(chǎn)到復雜的社會生產(chǎn)和管理系統(tǒng)，機電一體化技術幾乎達到無所不在、無孔不入的地步。

致謝

謝謝學校三年來給予我的教導和莫大的幫助，無論是在學習上、還是在工作的過程中都教會了我許多許多。在學校和老師的悉心指導下，我也慢慢地學到了很多知識，不管是專業(yè)知識還是其它方面的知識，衷心的感謝學校感謝老師！

第三篇：機電一體化論文

淺談機電一體化技術的發(fā)展及其應用

摘 要：本文討論了機電一體化技術的概念以及對于改變整個機械制造業(yè)面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業(yè)中的應用以及發(fā)展趨勢。

關鍵詞 機電一體化 技術 應用

（一）機電一體化的含義

“機電一體化”在國外被稱為Mechatronics是日本人在20世紀70年代初提出來的，它是用英文Mechanics的前半部分和Electron-ics的后半部分結合在一起構成的一個新詞，意思是機械技術和電子技術的有機結合。

這一名稱已得到包括我國在內(nèi)的世界各國的承認，我國的工程技術人員習慣上把它譯為機電一體化技術。機電一體化技術又稱為機械電子技術，是機械技術、電子技術和信息技術有機結合的產(chǎn)物。

一、機電一體化技術基本概念

機電一體化技術是在微型計算機為代表的微電子技術、信息技術迅速發(fā)展，向機械工業(yè)領域迅猛滲透，機械電子技術深度結合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎上，綜合應用機械技術、微電子技術、信息技術、自動控制技術、傳感測試技術、電力電子技術、接口技術及軟件編程技術等群體技術，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標和優(yōu)化組織結構目標，以智力、動力、結構、運動和感知組成要素為基礎，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質(zhì)運動，能量變換進行研究，使得整個系統(tǒng)有機結合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技術功能復合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術。

二、機電一體化技術五大組成要素與四大原則：

1、五大組成要素：

一個機電一體化系統(tǒng)中一般由結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、智能組成要素五大組成要素有機結合而成。（（1）機械本體（結構組成要素）

是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結構，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。

（2）動力驅(qū)動部分（動力組成要素）

依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。

（3）測試傳感部分（感知組成要素）

對系統(tǒng)的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應的控制信息。

（4）控制及信息處理部分（職能組成要素）

將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。

（5）執(zhí)行機構（運動組成要素）

根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動作和功能。

2、機電一體化四大原則：

構成機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素其內(nèi)部及相互之間都必須遵循結構耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉(zhuǎn)換四大原則。

（1）接口耦合：

兩個需要進行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間，由于信息模式不同（數(shù)字量與模擬量，串行碼與并行碼，連續(xù)脈沖與序列脈沖等）無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實現(xiàn)。而兩個信號強弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間，也必須通過接口耦合后，才能匹配。變換放大后的信號要在兩個環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準確的交換、傳遞，必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范才行，因此接口耦合時就必須具有保證信息的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定的模式進行交換與傳遞。

（2）能量轉(zhuǎn)換：

兩個需要進行傳輸和交換的環(huán)節(jié)之間，由于模式不同而無法直接進行能量的轉(zhuǎn)換和交流，必須進行能量的轉(zhuǎn)換，能量的轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器，驅(qū)動器和他們的不同類型能量的最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法及原理。

（3）信息控制：

在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運算、判斷、決策，以達到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含了知識獲得、推理機制以及自學習功能等知識驅(qū)動功能。

（4）運動傳遞：

運動傳遞使構成機電一體化系統(tǒng)各組成要素之間，不同類型運動的變換與傳輸以及以運動控制為目的的優(yōu)化。

三、自動化技術：

所謂自動化技術，是指人類利用各種技術手段和方法來代替人去完成各種測試、分析、判斷和控制工作，以現(xiàn)實預期的目標、功能。一個自動化系統(tǒng)通常由多個環(huán)節(jié)要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能，最后實現(xiàn)自動運行目標。

（二）機電一體化技術發(fā)展

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關技術的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

一、數(shù)字化

微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡的迅速崛起，為數(shù)字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復。

二、智能化

即要求機電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發(fā)展，為機電一體化技術發(fā)展開辟了廣闊天地。

三、模塊化

由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機一體的動力驅(qū)動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設計時，可以利用這

些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。

四、網(wǎng)絡化

由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術使家用電器網(wǎng)絡化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產(chǎn)品無疑應朝網(wǎng)絡化方向發(fā)展。

五、人性化

機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

六、微型化

微型化是精細加工技術發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。

七、集成化

集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結構的優(yōu)化與復合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。

八、帶源化

是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

九、綠色化

科學技術的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結束時，產(chǎn)品可分解和再生利用。

（三）機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中應用

在鋼鐵企業(yè)中，機電一體化系統(tǒng)是以微處理機為核心，把微機、工控機、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中主要應用于以下幾個方面：

一、智能化控制技術(IC)

由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點，傳統(tǒng)的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、控制、設備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。

二、分布式控制系統(tǒng)(ＤCS)

分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實時調(diào)度、生產(chǎn)計劃統(tǒng)計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。ＤCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。ＤCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。

三、開放式控制系統(tǒng)(OCS)

開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是目前計算機技術發(fā)展所引出的新的結構體系概念?！伴_放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設計的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡使各種控制設備、管理計算機互聯(lián)，實現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設備互聯(lián)，實現(xiàn)測量與控制一體化。

四、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)

鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實現(xiàn)從原料進廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實現(xiàn)了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資金周轉(zhuǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經(jīng)濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀80年代已廣泛實現(xiàn)CIMS化。

五、現(xiàn)場總線技術(ＦBT)

現(xiàn)場總線技術(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設置在現(xiàn)場的儀表與設置在控制室內(nèi)的控制設備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術取代現(xiàn)行的信號傳輸技術(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現(xiàn)場總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場信號連接導線。現(xiàn)場總線的引入導致ＤCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場總線化檢測儀表、現(xiàn)場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場就地控制站等的發(fā)展。

六、交流傳動技術

傳動技術在鋼鐵工業(yè)中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技

術的發(fā)展，交流調(diào)速技術的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達到和超過直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。

參考文獻楊自厚． 人工智能技術及其在鋼鐵工業(yè)中的應用[Ｊ]．冶金自動化，1994（5）2 唐立新.鋼鐵工業(yè)CIMS特點和體系結構的研究[Ｊ]．冶金自動化，1996（4）3 唐懷斌．王俊普．林行辛．

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第四篇：機電一體化論文

摘要：

機電一體化系統(tǒng)設計的目的是綜合運用機械技術和電子技術各自的特長迅速設計制造一個能夠經(jīng)濟、方便、有效、可靠的滿足用戶需要的系統(tǒng)或產(chǎn)品。機電一體化是當前生產(chǎn)機械發(fā)展的主要趨勢，有著廣闊的發(fā)展前景，對未來的機械生產(chǎn)有著重要的影響。而機電一體化系統(tǒng)原理的方案設計，作為機電一體化系統(tǒng)的核心組成部分，對機電一體化的總體設計影響深遠。機電一體化是機械、電子、光學、控制、訓一算機、信息等多學科的交叉融合，它的發(fā)展和進步依賴于也促進相關技術的發(fā)展和進步。本文介紹了機電一體化系統(tǒng)優(yōu)化設計方法研究。引言：

機電一體化系統(tǒng)最本質(zhì)的特征是一個機械系統(tǒng) ,它是充分運用電子計算機的信息處理和控制功能、可控驅(qū)動元件特性的現(xiàn)代化機械系統(tǒng) ,實現(xiàn)了機械系統(tǒng)的智能化、自動化?；跈C電一體化系統(tǒng)是現(xiàn)代機械系統(tǒng)這一基本認識,將會有利于我們進行機電一體化系統(tǒng)優(yōu)化設計方法研究。1.1國外機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

機電一體化的發(fā)展大體可以分為三個階段:第一階段(又稱初級階段)是20世紀60年代以前，這一時期人們不自覺地利用電子技術并使之得到比較廣泛的承認;第二階段，機電一體化技術和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展;第三階段，各國均開始極大關注和支持機電一體化技術和產(chǎn)品。因此，機電一體化產(chǎn)品得以迅猛發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下4個方面：(1)機電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領域。(2)機電一體化從單機向整個制造業(yè)的集成化過度。(3)激光技術進入機電一體化領域。(4)微細加工技術與設備發(fā)展迅猛。1.2國內(nèi)機電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

我國從20世紀80年代初開始進行機電一體化的研究和應用，國務院成立了機電一體化領導小組并將其列為“863計劃”。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關于機電一體化技術的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響，許多大專院校、研究機構及一些大中型企業(yè)對這一技術的發(fā)展及應用做了大量的工作。雖然口前國內(nèi)機電一體化技術與日本、歐關等先進國家相比仍有一定差距fs，但隨著新技術革命的迅猛發(fā)展，我國加大了機電一體化技術的研究力度，并將其確定為國家高技術重點研究領域，給予優(yōu)先支持，取得了一定的成績。(1)數(shù)控技術方面。(2)工業(yè)機器人方面。(3)計算機集成制造系統(tǒng)方面。1.3機電一體化的發(fā)展趨勢

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交義綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展和進步?？v觀國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術的發(fā)展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展:(1)綠色化(2)智能化(3)網(wǎng)絡化(4)微型化(5)模塊化 2機電一體化系統(tǒng)優(yōu)化設計 2.1 機電一體化系統(tǒng)的組成特點

對于以完成工藝動作為主功能的機電一體化系統(tǒng), 從概念設計的需要出發(fā), 可根據(jù)其廣義功能原理來進行劃分。主要有以下三大特點:(1)機電一體化系統(tǒng)是由計算機進行信息處理和控制制的機械系統(tǒng), 它的最終目的是實現(xiàn)機械運動和動作。

(2)從完成工藝動作過程這一總功能要求出發(fā), 機電一體化系統(tǒng)可劃分為: 執(zhí)行機構子系統(tǒng)、傳感檢測子系統(tǒng)、信息處理及控制子系統(tǒng), 它們分別完成機械運動和動作、信息檢測、信息處理及控制。

(3)機電一體化系統(tǒng)中的機構子系統(tǒng)有它的特殊性, 它是一個將驅(qū)動元件和執(zhí)行件(或執(zhí)行機構)融為一體的廣義執(zhí)行機構。這種機構的最大特點是可控性。2.2 機電一體化系統(tǒng)的概念設計

總的來講, 概念設計的內(nèi)涵是十分廣泛和深刻的, 它是一個發(fā)散思維和創(chuàng)新設計的過程, 是根據(jù)產(chǎn)品生命周期各個的階段的要求 , 進行產(chǎn)品功能創(chuàng)造、功能分解以及功能和子功能的結構設計;進行滿足功能和結構要求的工作原理求解和進行實現(xiàn)功能結構的工作原理載體方案的構思和系統(tǒng)化設計。機電一體化系統(tǒng)概念設計作為概念設計的一個子集, 服從于概念設計的總體思路。但由于機電一體化系統(tǒng)是一個機電一體化技術、現(xiàn)代控制理論以及傳感檢測等技術的統(tǒng)一體, 使得機電一體化系統(tǒng)的概念設計與傳統(tǒng)機械的概念設計有所不同。2.3機電一體化系統(tǒng)設計方法 2.31取代法 取代法也稱為機電互補法。該方法的特點是利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機械產(chǎn)品(或系統(tǒng))中的復雜機械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補其不足。如在一般的工作機中，用可編程邏輯控制器（PLC)或微型計算機來取代機械式變速機構、凸輪機構、離合器、蝸輪蝸桿等機構，代替插銷板、撥碼盤、步進開關、時間繼電器等，以彌補機械技術的不足，不但能大大簡化機械結構，而且還可提高系統(tǒng)(或產(chǎn)品)的性能和質(zhì)量。這種方法是改造傳統(tǒng)機械產(chǎn)品和開發(fā)新型產(chǎn)品常用的方法。2.32融合法

它是將各組成要素有機結合為一體，構成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng))，其要素之間機電參數(shù)的有機匹配比較充分。某些高性能的光機電一體化系統(tǒng)，如激光打印機的主掃描機構一一激光掃描鏡，其掃描鏡轉(zhuǎn)軸就是電機的轉(zhuǎn)子軸，這是執(zhí)行元件與執(zhí)行機構結合的一例。2.33組合法

它是將用結合法制成的功能部件(或子系統(tǒng))、功能模塊，像積木那樣組合成各種光機電一體化系統(tǒng)，故稱組合法。在新產(chǎn)品(或系統(tǒng))系列及設備的光機電一體化改造中應用這種方法，可以縮短設計與研制周期，節(jié)約工裝設備費用，且有利于生產(chǎn)管理、使用和維修。

3機電一體化系統(tǒng)的結構功能 3.1機電一體化系統(tǒng)的主要功能 3.2機電一體化系統(tǒng)的信息結構

信息由人產(chǎn)生，為人服務，人和人之間相互交流的數(shù)據(jù)和消息都是信息，這里的“信息”指的是控制論意義上的信息，即信息是獨立于物質(zhì)和能量的一類功能變換對象。機電一體化系統(tǒng)主要處理以下兩類信息:①過程信息:被系統(tǒng)所變換(處理)的信息;②控制信息:用于控制系統(tǒng)中能量和物質(zhì)變換過程的信息，是能夠被系統(tǒng)所“理解”的信息。

機電一體化系統(tǒng)中的過程信息和控制信息劃分在不同的信息層次上被證實存在著相對性。例如，機器人中的電子反饋回路無疑是傳遞控制信息的，即這個裝置的目的是控制系統(tǒng)的運動，但是，若從局部來看其中的反饋傳感器和信號調(diào)節(jié)電路的話，就會發(fā)現(xiàn)被它們處理的信息具有過程特征，同時，過程信息的語義值對傳感器和前置放大器等的功能并無影響。機電一體化系統(tǒng)中的過程信息和控制信息通常在系統(tǒng)的信息層次結構中交替出現(xiàn)(控制信息需要變換功能，而變換功能在下一層次上又可能被控制信息所支配。例如，由一個圖像傳感器而來的信息在用來控制下一較高層次上的機器人程序之前必須被處理)。3.3機電一體化系統(tǒng)中的從屬功能

機電一體化系統(tǒng)中主要功能的實現(xiàn)離不開一些從屬功能的協(xié)同。機電一體化系統(tǒng)中的主要從屬功能包括動力功能、控制功能、接口功能、保護功能、通訊功能和結構功能。(1)動力功能為系統(tǒng)主要功能的實現(xiàn)提供必需的能量。如果系統(tǒng)主要部件的輸入或輸出與系統(tǒng)所處環(huán)境的相應輸入或輸出不能直接匹配，接口功能就是必要的了。例如，當選用電動機去驅(qū)動一個直線移動機構時，就需要能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的接口部件。

(2)保護功能確保系統(tǒng)的重要部件的功能參數(shù)處于可允許的范圍內(nèi)。另外，保護功能也防止系統(tǒng)部件對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

(3)通訊功能使系統(tǒng)部件能夠與環(huán)境交換(狀態(tài))信息例如，激光系統(tǒng)會發(fā)出警報信號(輸出)以表明其處于運行狀態(tài)，同時又可根據(jù)一些參考設置(輸入)進行運輥通訊功能主要向功能結構上層的控制回路提供信息。

(4)結構功能確保主要部件正常工作時所需的空間條件能夠得到滿足例如，電燈插座就有結構上的用途，同時它還提供了一個電氣接口?？刂乒δ芄芾碇到y(tǒng)中部件的狀態(tài)，并能根據(jù)外部輸入控制系統(tǒng)的功能特性。

從屬功能本身可被視為下一較低功能層次上的主功能，每個這樣的功能又需要新的從屬功能正是實現(xiàn)主功能的方法決定了在功能結構的下一層次上需要什么樣的從屬功能。

3.4機電一體化系統(tǒng)的功能模型

機電一體化系統(tǒng)的功能模型必須符合以下兩個原則:①包括所有從屬功能;②維持功能方法樹因果鏈層次的遞歸性所有的從屬功能均被置于系統(tǒng)邊界上以表明它們可以被相的系統(tǒng)所共用。初步的系統(tǒng)模型見圖1。

結構功能未包含在圖1中，因為它不宜用變換術語表達同樣，將保護功能表達為輸入輸出關系可能會妨礙到對它的全面理觸如機械安全銷的功能是防止機構移出安全區(qū)域，這樣的保護功能就不能夠用變換術語來表達以上功能模型可以清楚地解釋從屬功能以及主功能與從屬功能之間的輸入輸出關系結機但將此模型作為設計工具(即抽象地描述產(chǎn)品的功能結構)是不太合適的，因為當多個系統(tǒng)集成時，系統(tǒng)之間的關系將變得相當復雜因而難以清楚地表達。4機電一體化系統(tǒng)的建模與仿真 4.1概述

4.2系統(tǒng)模型建立方法 ：

（1）、機理模型法——也稱解析模型是對已知結構、參數(shù)的物理系統(tǒng)運用相應的物理定律或定理經(jīng)過合理分析簡化而建立起來的描述系統(tǒng)各物理量、靜態(tài)變化性能的數(shù)學模型。

（2）、統(tǒng)計模型法——采用由特殊到一般的邏輯、歸納方法根據(jù)一定數(shù)量的在系統(tǒng)運行過程中實測、觀察的物理數(shù)據(jù)運用統(tǒng)計規(guī)律、系統(tǒng)辨識等理論合理估計出反映系統(tǒng)各物理量相互制約關系的數(shù)學模型。

（3）、混合模型法——當對機電一體化系統(tǒng)的內(nèi)部結構和特性有部分了解但又難以完全用機器模型方法表述出來這時需要結合一定的試驗方法確定另一部分不甚了解的結構特性或是通過實際測定來求取模型參數(shù)。這種方法是機理模型法和統(tǒng)計模型法的結合故稱混合模型法。4.3數(shù)學模型 4.4系統(tǒng)仿真 5結論與展望 5.1總結

5.2展望

第五篇：機電一體化論文

機電一體化論文

題目： PLC在機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應用

學院：核技術與自動化工程學院

專業(yè)：電氣工程及其自動化

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指導老師：

摘 要：可編程控制器指建立在計算機的基礎之上，以工業(yè)現(xiàn)場作業(yè)等為主要適用范圍的一類電控控制器，當前我國工業(yè)生產(chǎn)自動化水平整體來說較低，PLC產(chǎn)品具有著極大發(fā)展空間。PLC在生產(chǎn)系統(tǒng)中起著至關重要的作用，自動控制已經(jīng)成為智能生產(chǎn)系統(tǒng)中必不可少的一部分。首先對機電一體化技術及PLC進行了簡要介紹，在此基礎上詳細闡述了PLC在機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的應用。

關鍵字：PLC生產(chǎn)控制智能

一、機電一體化：

1、機電一體化的概念：

機電一體化又稱機械電子學，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著機電一體化技術的快速發(fā)展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密集合的一門技術，他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化。

2、機電一體化的發(fā)展方向

機電一體化向智能化方向邁進.20世紀90年代后期，各主要發(fā)達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎。

關注六個發(fā)展方向：

機電一體化是集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科的交叉綜合，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關技術的發(fā)展和進步。未來機電一體化的主要發(fā)展方向有：

1．智能化。智能化是21世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究中日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用。

2．模塊化。模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。

3．網(wǎng)絡化。20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網(wǎng)絡技術。網(wǎng)絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品。

4．微型化。微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS)，泛指幾何尺寸不超過1立方厘米的機電一

體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

5．綠色化。工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。

6．系統(tǒng)化。系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。

二、可編程控制器（PLC）：

1、PLC的概念：

PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。PLC是工控的利器,機電一體化專業(yè)本來就是一門控制機械的學科,包含了機械設計和電控設計.所以只要是機械要用到(非人工)控制的都可以用到PLC,當然單片機也可以,但是對于電氣控制來說可編程控制以其編程便捷、接口通用和工業(yè)環(huán)境適應性等特點支撐著整個控制核心，是機電一體化產(chǎn)品中重要的器件。

2、PLC的構成：

PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：

a、電源

PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。

b、中央處理單元（CPU)

中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

為了進一步提高PLC的可靠性，對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。

c、存儲器

存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。

存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

d、輸入輸出接口電路。

1．現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。

2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。

e、功能模塊

如計數(shù)、定位等功能模塊。

f、通信模塊

如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。

3、PLC具有的鮮明的特點：

（1）功能完善，組合靈活，擴展方便，實用性強

（2）使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。

（3）安裝簡單，容易維修。PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的I/O端相連接，寫入程序即可運行。

（4）抗干擾能力和可靠性能力都強，遠高于其他各種機型。

（5）環(huán)境要求低。PLC的技術條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強電磁干擾環(huán)境下可靠工作。

（6）易學易用。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設備，接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。

所以對于電氣控制來說可編程控制支撐著整個控制核心，是機電一體化產(chǎn)品中重要的器件。

三、PLC在機電一體化技術中的應用

目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂機電一體化領域，使用情況大致可歸納為如下幾類。

1、開關量的邏輯控制

這是PLC最基本最廣泛的應用領域。PLC取代繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制。例如：機床電氣控制，沖床、鑄造機械、運輸帶、包裝機械的控制，注塑機的控制，化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制，冶金企業(yè)的高爐上料系統(tǒng)、軋機、連鑄機、飛剪的控制，電鍍生產(chǎn)線、啤酒灌裝生產(chǎn)線、汽車配裝線、電視機和收音機的生產(chǎn)線控制等。

PLC在CNC機床中的應用方式及其特點，PLC在CNC機床中的作用及數(shù)控裝置I/O口和機床控制面板、強電信號的連接方法，研究了數(shù)控機床中T功能代碼和M功能代碼在PLC上的實現(xiàn)方法。CNC機床數(shù)控系統(tǒng)具有較強的數(shù)據(jù)處理能力和圖形顯示功能，可編程控制器具有較好的邏輯處理功能，可以充當數(shù)控系統(tǒng)微處理器與機床強電控制的橋粱。PLC與CNC機床數(shù)控裝置聯(lián)接可靠性高，在經(jīng)濟型數(shù)控機床和普通機床數(shù)控改造中有廣泛的應用前景。PLC在針吸式穴盤自動播種機上的應用，將PLC用于對氣動系統(tǒng)和電器系統(tǒng)的自動控制，使針吸式穴盤播種機結構簡單、緊湊，系統(tǒng)工作安全、可靠、效率高，且對故障的判斷也較容易和直觀。

2、運動控制

PLC可用于對直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關量I/O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。世界上各主要PLC廠家生產(chǎn)的PLC幾乎都有運動控制功能。

PLC的運動控制功能廣泛地用于各種機械。例如：金屬切削機床、金屬成型機械、配裝機械、機器人和電梯等。PLC以其工作平穩(wěn)、可靠、抗干擾能力強等特點，在工業(yè)控制領域得到了越來越廣泛的應用。在磁選機中引入PLC控制，能極大地改善設備的電氣性能，提高設備的自動化水平，保證設備高效、安全運行，以達到提高礦山企業(yè)經(jīng)濟效益之目的。從控制系統(tǒng)的組成、控制原理以及程序設計思想方面以PLC為核心的控制系統(tǒng)應用干混凝土攪拌站的生產(chǎn)運行控制，具有運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、攪拌的混凝土質(zhì)量好，故障率低，生產(chǎn)量大，能耗低以及操作簡便等優(yōu)點，可廣泛應用于建筑工程、公路工程、橋梁工程等。

3、過程控制

過程控制要用到模擬量。模擬量一般是指連續(xù)變化的量，如電流、電壓、溫度、壓力等物理量。過程控制的目的就是根據(jù)有關模擬量的當前與歷史的輸入狀況，產(chǎn)生所要求的開關量或模擬量輸出，以使系統(tǒng)工作參數(shù)能按一定要求作。是連續(xù)生產(chǎn)過程最常用的控制。

4、數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

5、通訊聯(lián)網(wǎng)

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

四、結論

總的概括說來，21 世紀的機械制造業(yè)是以信息為主導,它是采用先進生產(chǎn)模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術和先進組織管理形式的全新的機械制造業(yè)。它的特征是全球化、網(wǎng)絡化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造。所以以PLC為主組成的控制系統(tǒng)將代表著當前機電設備電氣控制的先進水平與發(fā)展方向。

五、參考文獻

1.《PLC編程及應用》廖常初主編機械工業(yè)出版社

2.《機電一體化技術》劉德全主編大連理工大學出版社.3.《電力拖動自動控制系統(tǒng)》陳伯時主編機械工業(yè)出版社.4.《計算機控制系統(tǒng)》何克忠李偉編著清華大學出版社

5.《計算機工業(yè)控制》楊勁松張濤編著中國電力出版社