第一篇：機電一體化3

七.步進電機的驅(qū)動的控制 1.驅(qū)動：

① 這個功能由驅(qū)動電源行使的。

驅(qū)動電源由（脈沖分配器）和（功率放大器）組成

② 脈沖分配器作用：接收來自變頻信號源的脈沖信號，并分配給電機繞組，使電機繞組的通電順序按一定規(guī)律交換的元件。

③ 功率放大器作用：從計算機輸出口令從環(huán)形分配器輸出的信號脈沖電流一般只有幾個毫安，不能直接驅(qū)動步進電機，必須采用功率放大器將脈沖電流進行放大，使其增長到幾至十幾安培，從而驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)。④ 驅(qū)動原理：從變頻信號源發(fā)出的電脈沖信號，經(jīng)過脈沖分配器，按一定規(guī)律的分配，然后又經(jīng)過功率放大器的放大就可以驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)了。⑤ 細分驅(qū)動

1）2）概念：將一個步距角細分成若干步的驅(qū)動方法。

原理：在每次電機輸入脈沖切換時，我們不將繞組的電流全部通入或切除，而是只改變一部分。3）細分驅(qū)動兩個主要特點：

a：不改變電機結(jié)構(gòu)參數(shù)，使步距角減小，但不夠精確，功放電路也較復(fù)雜。b：能使電機運行平穩(wěn)，提高勻速性，并能減弱或消除振蕩?？刂疲哼@個功能主要是由單片機來執(zhí)行。有串行和并行兩種方式。

① 串行控制：這種方式與前面所講的驅(qū)動原理基本相同。單片機發(fā)出脈沖信號和方向信號，給脈沖分配器，經(jīng)過脈沖分配器的分配再送給功率放大器，經(jīng)放大后驅(qū)動步進電機。

② 并行控制：這種控制方式與串行不同，用微機各個端口輸出控制信號，直接控制電機各項的驅(qū)動電路，至于脈沖分配器的功能由微機自己來完成。③ 速度控制：前面講過，可以通過控制脈沖的頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速，也就是說控制微機系統(tǒng)發(fā)出時鐘脈沖的頻率或者換相周期來控制電機轉(zhuǎn)速，有兩種方法：

a.軟件延時：是通過調(diào)用延時子程序的方法來實現(xiàn)的，它占用CPU的時間。b.定時器：是通過設(shè)置定時時間常數(shù)的方法來實現(xiàn)的。④ 加減速控制 在一位控制系統(tǒng)中，電機的速度變化有這樣的過程。加速→恒速→減速→低恒速→停止

用微機為步進電機進行加減速控制，實際上就是改變輸出脈沖的時間間隔，開速時使脈沖串逐漸加密，也就是減小脈沖的時間間隔，使頻率增大，減速時使脈沖串逐漸稀疏，也就是增大脈沖的時間間隔使脈沖頻率下降。開速的規(guī)律一般有兩種選擇： a.按照直線規(guī)律開速：

加速度為恒定值，這就要求電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩有所下降。

b.按指數(shù)規(guī)律開速：加速及在開速過程中是下降的這種方式接近于電機輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。

⑤ 開環(huán)與閉環(huán)控制

開環(huán)控制：沒有速度或位置反饋，電機輸出轉(zhuǎn)矩和速度，取決于驅(qū)動電源和控制方式。

閉環(huán)控制：直接或間接檢測轉(zhuǎn)子的位置和速度，然后通過反饋和適當處理，自動給出驅(qū)動的脈沖串，采用閉環(huán)控制不僅可以獲得更加精確的位置控制和高得多，平穩(wěn)得多的轉(zhuǎn)速。

本章思考題：

1、直流伺服電機、交流伺服電機、步進電機的驅(qū)動原理及其區(qū)別。

2、機電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求

3、步距角、矢量控制的定義

4、步距角的計算方法

第四章 微機控制系統(tǒng)的接口設(shè)計

〔本章教學重點〕：1、2、3、4、5、專用與適用，硬件與軟件的權(quán)衡與抉擇

如何選擇微型計算機

微型計算機的系統(tǒng)構(gòu)成與種類 微型計算機的分類 使用PLC的工作過程

一、專用與適用，硬件與軟件的權(quán)衡與抉擇

機電一體化系統(tǒng)的控制功能一般是采用微機來完成的，微機包括單板機、單片機和微型計算機等幾種類型。由于產(chǎn)品不同所需要的控制功能，控制形式和動作控制方式都不完全相同。所以機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計就是：選用微機、設(shè)計接口、選用控制形式和動作控制方式的問題。要解決這些問題必須具備微機控制理論，數(shù)字電路，設(shè)計等方面的知識，還應(yīng)具備一定的生活和生產(chǎn)工藝知識，在設(shè)計中常會遇到以下幾種問題。2.專用與適用的選擇

解決這個問題是根據(jù)生產(chǎn)量的大小，如果是大批量生產(chǎn)，那么就要設(shè)計一種專用部件，可以長期使用，可以降低成本，提高效率。如果是中小批量生產(chǎn)，那么就應(yīng)該選用通過部件。因為在產(chǎn)品轉(zhuǎn)型時通用部件不會失去作用，這也是降低成本的一種算途徑。在控制系統(tǒng)中，適用與專用的選擇依據(jù)也大致相同。⑴專用控制系統(tǒng)

① 依據(jù)：用于大批量生產(chǎn)

② 實質(zhì)：選用適當?shù)耐ㄓ眯酒M成控制系統(tǒng)，以便與執(zhí)行元件和檢測傳感器相匹配，或重新設(shè)計制作專用集成電路，把整個控制系統(tǒng)集成在一塊或幾塊芯片上。⑵通用控制系統(tǒng)

① 依據(jù)：中、小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品

② 實質(zhì)：合理選擇主控制微機型，設(shè)計與其執(zhí)行元件和檢測傳感元件之間的接口，并在此基礎(chǔ)上控制應(yīng)用軟件的問題。2.硬件與軟件的權(quán)衡

⑴硬件的特點：a 分散元件（二極管、三極管）組成的小規(guī)模集成電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積圈套，不易改變。

b 大規(guī)模集成電路芯片(LSI)，結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，易于改動，可靠性高，處理速度快。

⑵軟件的特點：運算和判斷功能強，并且容易修改，適應(yīng)性強。

知道了硬件與軟件的特點就可以進行權(quán)衡。主要依據(jù)是：根據(jù)經(jīng)濟性、可靠性的標準來決定的。

例如：在選用軟件和硬件都可以實現(xiàn)某種功能的情況下，根據(jù)軟、硬件的特點。在必須用分

元件組成硬件的情況下，不如使用軟件，如能用通用的LSI芯片來組成所需的電路則最好采用硬件。

二、控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路 1.確定系統(tǒng)整體控制方案

首先：要了解被控對象的控制要求構(gòu)思整體方案，通常先考慮采用開環(huán)控制還是閉環(huán)控制。在這里還涉及到檢測傳感元件的選用問題。其次：采用執(zhí)行元件采用的方式：電動式，液動式，還是氣動式。

第三：考慮在控制方面是否有特殊要求，如：在可靠性、快速性及控制精度等方面的要求。

第四：考慮微機在整個控制系統(tǒng)中需要完成哪些任務(wù)，從而確定微機要具備哪些功能。

第五：應(yīng)初步估算成本。2.確定控制算法

首先是建立系統(tǒng)的數(shù)字模型：它是選擇控制算法的依據(jù)，所謂數(shù)字模型就是系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)字表達式，它反映了系統(tǒng)輸入、內(nèi)部狀態(tài)、輸出之間的數(shù)量和邏輯關(guān)系，根據(jù)這些關(guān)系就可以推算出控制算法，計算機就是依據(jù)所推出的控制算法進行運算處理，進而進行控制的。

按所設(shè)計的是何控制對象和不同的控制性能指標要求，心臟所適用的微型機處理功能，它是一種控制算法。3.選擇微型計算機

控制系統(tǒng)中的微機要完成其控制功能需滿足下列條件 ① 較完善的中斷系統(tǒng)：具有以下優(yōu)勢

a：同步操作：有了中斷功能，可以使CPU和外設(shè)同時工作，當外設(shè)把數(shù)據(jù)準備好以后，發(fā)出中斷申請，請求CPU中斷電源在執(zhí)行的主程序，執(zhí)行輸入或輸出程序。執(zhí)行完畢后，CPU恢復(fù)執(zhí)行主程序，外設(shè)也繼續(xù)工作，這樣就大大提高了CPU的率，也提高了輸入輸出的速度。

b：實現(xiàn)實時處理：當計算機用于實時控制時，現(xiàn)場的各個參數(shù)信息如需要及時修改，可在任何時間發(fā)出中斷請求，要求CPU處理，CPU在中斷開放的情況下，馬上就可以響應(yīng)，并予以處理。

c:故障處理：指計算機在運行時，內(nèi)部出現(xiàn)故障，如存儲出錯，運算溢出，或者輸入輸出異常等情況下，可以利用中斷系統(tǒng)自行處理。②足夠的存儲容量 ③完善的輸入輸出通道和實時時鐘

輸入輸出通道是外部過程和主機交換信息的通道：根據(jù)控制系統(tǒng)的要求不同有開點通道，模擬量通道以及直接數(shù)據(jù)通道。

實時時鐘：在過程控制中給出時間參數(shù)，記下某部件發(fā)生的時間，同時使系統(tǒng)能按規(guī)定時間順序完成各種操作。④其它特殊要求

a、字長：指的是并行數(shù)據(jù)總路線的線數(shù)，字長直接影響到數(shù)據(jù)精度，尋址能力，指令數(shù)目和執(zhí)行操作時間，所以要根據(jù)具體情況，如對控制系統(tǒng)的精度要求，處理速度要求選擇四位、八位、十六位等。

b、速度：可與字長的選擇一并考慮，字長長時處理速度高。

c、指令：一般來說指令數(shù)多，針對特定操作的指令就多，可以縮短程序，處理速度加快。

此處還要考慮成本，程序編制難易及擴充輸入輸出接口是否方便等問題。4.系統(tǒng)總體設(shè)計

是對控制方案進行具體實施步驟的設(shè)計，通常包括以下三個方面： 1)接口設(shè)計

在對控制系統(tǒng)進行接口設(shè)計時，首先要合理使用微機接口，當通用接口不夠時，應(yīng)進行接口擴展，擴展方法通常有以下三種。a)選用功能接口板：其上有多種數(shù)字量，模擬量通道，這種方法硬件工作量小，可靠性高，但價格較貴。

b)選用通用接口電路：用于較小的控制系統(tǒng)，由于電路標準化可進行任意擴展。

c)用集成電路自行設(shè)計接口電路：中、小規(guī)模集成電路使用方便，價格便宜。2)通道設(shè)計：輸入輸出通道是計算機與被控對象相互交換信息的部件。包括開關(guān)量、數(shù)字量、模擬量輸入輸出通道。開關(guān)量輸入主要解決電平轉(zhuǎn)換，去抖動及抗干擾等問題。開關(guān)輸出要解決功率驅(qū)動問題，模擬量輸入通道主要電信號處理裝置采樣單元，采樣保持器和放大器，A/D轉(zhuǎn)換器等組成模擬量輸出通道主要由D/A轉(zhuǎn)換放大器等組成。3)操作控制臺設(shè)計

控制臺相當于微機的鍵盤，便一般不能用鍵盤代替，主要考慮到現(xiàn)場操作人員不一定對微機的結(jié)構(gòu)熟悉避免發(fā)生操作失誤。5.軟件設(shè)計：微機軟件主要分兩類

1)系統(tǒng)軟件：包括操作系統(tǒng)，診斷系統(tǒng)，開發(fā)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)這些系統(tǒng)是機器固有的，不需用戶設(shè)計。

2)應(yīng)用軟件：由用于自行設(shè)計，方法有兩種：

① 模塊設(shè)計方法

模塊是指能完成一定功能相對獨立的程序段，根據(jù)所要完成的任務(wù)，把要設(shè)計的整個程序分成若干部分，也就是分成若干模塊分別編程。② 結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法

指給程序施加了一定的約束，采用規(guī)定的結(jié)構(gòu)類型和操作順序，使編出的程序操作順序分明，便于查找和糾正錯誤，常用的方法有直線順序結(jié)構(gòu)，條件結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)。

最后是系統(tǒng)調(diào)試：步驟為：硬件調(diào)試→軟件調(diào)試→系統(tǒng)調(diào)試

4-2微型計算機的系統(tǒng)構(gòu)成與種類 一 微型計算機的系統(tǒng)構(gòu)成

“微機”是微處理器（CPU），微型計算機（MC）和微型計算機系統(tǒng)（MCS）的總稱。

1.微處理器：簡稱CPU，是一種大規(guī)模（LSI）或超大規(guī)模（ULSI）集成電路器件，能完成計算機對信息的處理與控制。但它并非是完整的計算機，一般由運算器和控制器組成。

2.微型計算機：簡稱MC，是以CPU為中心，加上只讀存儲器（ROM），讀寫存儲器（RAM），I/O接口電路，系統(tǒng)總體和其它邏輯電路組成。

我們一般認為CPU＋存儲器構(gòu)成微型計算機。3.微型計算機系統(tǒng)：簡稱MCS

是在微型計算機基礎(chǔ)上加上系統(tǒng)軟件，外設(shè)、系統(tǒng)總體和接口而構(gòu)成的。硬件構(gòu)成看圖4－2。

各組成部分由數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線相聯(lián)。

（1）主存儲器：又叫內(nèi)部存儲器，主要有RAM和ROM兩部分構(gòu)成。

ROM：只讀存儲器，存儲固定程序和數(shù)據(jù)。（由于只讀寫入后不能擦去，更改）

RAM：讀寫存儲器，存儲輸入/輸出數(shù)據(jù)和作業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)。（2）輸入/輸出裝置：主要執(zhí)行數(shù)據(jù)和程序的輸入/輸出，以及用于控制時輸入檢測元件的信息和輸出控制執(zhí)行元件的信息。

（3）輔助存儲裝置：可作為存儲器使用。

輸入/輸出裝置與輔助存儲裝置。統(tǒng)稱為計算機外圍設(shè)備。二 微型計算機的分類。＜有3種分類方式＞

1.按組裝形式分類：單片機、單板機、微機、微機系統(tǒng)。

（1）單片機：在一塊集成電路芯片上裝有CPU、ROM、RAM以及輸入/輸出端口電路，該芯片稱為單片機。

（2）單板機：將CPU、ROM、RAM、I/O接口電路。以及輔助電路分別作成LSI芯片，并將其配置在一塊印刷電路板上，用電纜線和外部設(shè)備連接起來，稱為單板機。

單板機可完成簡單的數(shù)據(jù)處理和編輯功能，成本低在簡易數(shù)控檢測設(shè)備，工業(yè)機器人的控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，功能沒有單片機強，集成度差。

（3）微機系統(tǒng)：將CPU、ROM、RAM、I/O接口電路，電源等組裝在不同的印刷電路板上，然后組裝在一個機箱內(nèi)，再配上鍵盤、CRT顯示器、打印機的硬盤、軟盤驅(qū)動器等。外部設(shè)備和系統(tǒng)軟件就構(gòu)成了完整的微機系統(tǒng)。

我們目前所用的計算機就可稱之為微機系統(tǒng)。2.按微處理器（CPU）位數(shù)分類

所謂位數(shù)，指數(shù)據(jù)總線的寬度。即并行處理數(shù)據(jù)的位數(shù)有4、8、16、32、64位機之分。3.按用途分類

按用途分類可將計算機分成（控制）和（數(shù)據(jù)處理）用。對單片機來說，分為（通用型）和（專用型）兩類。

（1）通用型：把可開發(fā)資源全部提供給用戶，用戶根據(jù)自己的需要來設(shè)計接口程序，使用靈活、廣泛，所以叫通用型。

（2）專用型：專門為某一應(yīng)用領(lǐng)域或某一特定產(chǎn)品開發(fā)的，其內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來指令系統(tǒng)都是特殊設(shè)計的，甚至已固化不能更改，只適用于某一功能，具有針對性。

三 微機軟件與程序設(shè)計語言

微機軟件是一個很廣義的概念，并不單指程序，還包括以下一些內(nèi)容： 程序設(shè)計語言，操作系統(tǒng)，程序庫等。

1.程序設(shè)計語言（編寫計算機程序所用語言，是人機對話的工具）大體分三類：機器語言、匯編語言、高級語言。（1）機器語言

早期的計算機都由機器語言編程，它的指令由“0”“1”兩個符號構(gòu)成的二進制代碼。沒有特征，不易記憶，不好掌握。但是這是能被計算機所識別的唯一語言主。（2）匯編語言

用一些助記符(通常是指令功能的英文詞的縮寫)來代替操作碼(機器語言中的二進制代碼)這就是匯編語言。

如：傳遞指令MOV（Move縮寫）加法指令A(yù)DD。相對于機器語言來說，還是不好掌握，并且互換性差。（3）高級語言

如c FORTRAN 語言等。容易掌握，使用有一定的通用性。

但缺點是計算機并不認識它，必須在計算機內(nèi)經(jīng)過語言處理變?yōu)橛嬎銠C所能識別和執(zhí)行的機器語言才能工作。所以所以占用容量較大，執(zhí)行速度慢。語言處理的過程：

有高級語言 匯編語言寫出的源程序，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器語言的目標程序。2.操作系統(tǒng)：

所謂操作系統(tǒng)：就是計算機的管理程序庫。它是用于提高計算機利用率，方便用手使用計算機及提高計算機響應(yīng)速度的一種軟件。操作系統(tǒng)可以看成是用戶用計算機的接口，用于通過它而使用計算機。比如Dos,Windows98操作系統(tǒng)。3.程序庫

程序庫：稱為軟件包，它是計算機的可用程序和子程序的結(jié)合。四 微機應(yīng)用領(lǐng)域及選用要點

將微機用于機電一體化系統(tǒng)后，使機電產(chǎn)具有以下效果

① 小型化

②多功能化

③適用性增強

④提高了可靠性 ⑤提高了設(shè)計效率

⑥經(jīng)濟效果好 ⑦產(chǎn)品（或系統(tǒng)）標準化

⑧提高了維修保養(yǎng)性能⑨ 控制信號用的驅(qū)動器

按其功能分為隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM兩大類 1.讀寫存儲器RAM（隨機存儲器）

隨機存儲器又叫讀寫存儲器，是能夠?qū)⒊绦蚝蛿?shù)據(jù)讀出和寫入的存儲器，它的內(nèi)容可以隨機讀出寫入和復(fù)改，但不能永久保存，一旦斷電，信息就會消失。

RAM可分成雙極型和MOS型兩大類 ① ② 雙極型的特點是存取速度快

MOS 型RAM由MOS組成，集成度高，功耗低，價格便宜，它又可以分為靜態(tài)RAM（SRAM）和動態(tài)RAM(ORAM)兩大類。

刷新：動態(tài)RAM（由于電容器存儲的電荷會產(chǎn)生泄漏），所以每隔數(shù)秒，要將記憶內(nèi)容讀出，重新再寫入這個操作稱為刷新。2.只讀存儲器ROM,EPEOM,EPRAM ①

ROM:只讀存儲器中的數(shù)據(jù)是預(yù)先存放好的，使用時只能讀出不能寫入或改變，也不會因斷電而消失，只讀存儲器主要用于存放固定的節(jié)數(shù)和等量程序。③ EPROM：固定ROM中的內(nèi)容不改變不，滿足不了用于各種不同的需要，于是發(fā)展了EPROM,EPROM的內(nèi)容因用戶根據(jù)需要寫入，如需對其中的內(nèi)容作些修改，則可在專用設(shè)備上將舊的擦去，將新內(nèi)容寫入。因而特別適用于程序的研制和開發(fā)。

常用的EPROM有2716（存儲器內(nèi)容為2k）2732,2764,27128,27256,27512等。

③EPROM ：它是用電信號撓阻和編程的只讀存儲器，在十?供電下就可以進行編程，不需專門的編程器和擦除器，芯片可以放在系統(tǒng)上進行在線改寫。

3.存儲容量和存取時間

（1）存儲容量：（與地址總線的寬度有關(guān)）

LSI存儲器的存儲器容量同，用單個芯片內(nèi)能夠存儲信息的位數(shù)表示2＝1024字節(jié)稱為1k

1022（2）存取時間：從CPU將地址信息給于地址總線上開始到存儲器內(nèi)容，出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上為止的時間稱為存取時間 四．輸入輸出接口

在微機與外部設(shè)備之間，執(zhí)行元件與傳感元件之間都需要I/O通道。用來交換信息。I/O接口應(yīng)包括I/O接口硬件電路和軟件兩方向內(nèi)容。

I/O接口硬件電路：主要由地址譯碼，I/O讀寫譯碼和I/O接口芯片組成

I/O擴展節(jié)用的接口芯片通常分為兩類

（1）一類是采用TTL或CMOS工藝的數(shù)據(jù)存儲器和數(shù)據(jù)緩沖器等芯片

特點：是其成本低，配置靈活，在擴展單個八位輸入或輸出時，非常方便。所以這一類芯片是機電一體化系統(tǒng)經(jīng)常采用的。它的缺點就是體積大。

（2）采用可編程的通用I/O接口芯片，主要有Intel公司的PPI8255,8251,8243等

4-4單片機的硬件結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用 單片機（single-ship microcomputer）(1)MCS-51系列單片機包括：8051，8751，和8031三種產(chǎn)品，其硬件設(shè)計簡單靈活(2)單片機的特點：

a.小巧靈活，成本低，易于產(chǎn)品化，可隨意組裝 b.可靠性好，適應(yīng)溫度范圍寬

c.易擴展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強 d.可以很方便的實現(xiàn)多機和分布控制（3）8031最小應(yīng)用系統(tǒng)的組成

一片Z－PROM2764（外部程序存儲器）＋一片74LS373（儲存器）＋8031組成一個最小計算機系統(tǒng)。

4－5可編程邏輯控制器（PLC）

一 PLC的構(gòu)成

PLC實質(zhì)是一臺面向用戶的專用數(shù)字控制計算機，PLC通過輸入/輸出接口與被控對象－機和機相連接。二 使用PLC的工作過程

1.首選確定被控對象與PLC之間的輸入/輸出信號，并根據(jù)所需要的動作順序過程畫出梯形圖。

2.隨后，根據(jù)梯形圖所表達的順序過程用PLC指令編寫順序程序。3.用PLC編程器將程序?qū)懭隤LC的RAM中并進行調(diào)控，修改。

4.當所有程序均通過后，即可將RAM中的程序?qū)懭隤LC的EPROM中，再經(jīng)過測試直至無誤為止。

4-6微機應(yīng)用系統(tǒng)中的輸入/輸出控制的可靠性設(shè)計

微機的輸入/輸出都是通過硬件和軟件的配合來共同完成的。本節(jié)所要講到的可靠性設(shè)計主要是針對硬件電路的微機系統(tǒng)借助硬件電路完成輸入/輸出的功能。必須要對硬件電路提出一些要求。

1.能可靠地傳遞信息，并能夠輸入有關(guān)運動機構(gòu)的狀態(tài)信息 2.能進行信息轉(zhuǎn)換，以滿足微機對輸入/輸出信息的轉(zhuǎn)換要求

3.應(yīng)具有較強的阻斷干擾信號，進入微機控制系統(tǒng)的能力，提高微機可靠性。

幾種常用的提高輸入/輸出可靠性的電路 1.光電隔離電路 2.信息轉(zhuǎn)換電路

4-7檢測傳感器分類與基本要求

一 檢測傳感器的分類與基本要求 1.概念

傳感器是將機電一體化系統(tǒng)中被檢測對象的各種物理變化量變換為電信號的一種變換器。

它的檢測對象包括：系統(tǒng)本身，作業(yè)對象，作業(yè)，環(huán)境的狀態(tài)，物理變化量包括：位移，速度，加速度，力，力矩，溫度等。2.分類

⑴ 按傳感器的作用可分為

① 內(nèi)部信息傳感器：這種傳感器檢測系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)和變化，包括各種系統(tǒng)各元件中的位置，位移，力矩，溫度的變化量以及其它一些異常變化。

② 外部信息傳感器：檢測作業(yè)對象和作業(yè)環(huán)境狀態(tài)變化，包括有與人感官相對的如壓覺，滑動感，視感，聽覺，聽覺傳感器等還有純工程性的如超聲波，測距儀，激光測距機等。⑵ 按傳感器輸出信號的性質(zhì)分為：

①開關(guān)型：輸出信號只有兩個狀態(tài)。“1”和“0”，或“開”和“關(guān)”

（二值型）根據(jù)本身的量當檢測達到某值輸出為1，其值以下輸出為0。由于它輸出的是數(shù)字信號所以可直接被微機接收進行處理不必經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，很方便。

又可分為接觸型和非接觸型。

②模擬型:將檢測到的物理變化轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的電量輸出，所以要經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，才能將信號輸入微機進行處理。

③數(shù)字型：輸出信號是一個脈沖序列求幾個不等式的脈沖序列組成的一組二進制代碼，脈沖序列可用來計數(shù)，而每一個二進制代碼可用來代表被檢測對象的各種物理狀態(tài)。

可分為計數(shù)型和代碼型 二 位移檢測傳感器

位移傳感器屬于內(nèi)部傳感器，那么它的對象就應(yīng)該是系統(tǒng)內(nèi)部的位移量，而在機電一體化系統(tǒng)內(nèi)部它的各個子系統(tǒng)需要進行位移檢測的應(yīng)該是執(zhí)行機構(gòu)。

幾種位移傳感器：磁尺，光柵，差動變壓器。1.磁尺

⑴ 構(gòu)成：由尺部，磁頭，檢測三部分構(gòu)成。

尺部表面有一層磁性材料并被磁化為磁刻度，尺部可固定在執(zhí)行機構(gòu)的運動部件上。

磁頭:是磁-電轉(zhuǎn)換器件和，它將反映位移變化的磁化信號出來，并轉(zhuǎn)換成電信號輸送給檢測電路。

⑵ 工作原理：（磁尺上的信號磁頭讀出）

磁尺是利用它的漏磁變化來產(chǎn)生感應(yīng)電勢的。

⑶

信號處理方式：①振幅檢測 ②相位檢測

2.光柵式傳感器 ⑴ 特點： ①精度高，測長度精度可高達0.5-3um（300mm范圍內(nèi)）分辨率可達0.1um,測角度精度可達0.15＇＇，分辨率可達0.1＇＇

②可用大量程測量 ③可實現(xiàn)動態(tài)測量 ④具有較強的抗干擾能力 ⑤制作成本高 2.分類

計量光柵：利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象進行精密測量稱為計量光柵。計量光柵可分為：長光柵，圓光柵。

第五章

機電一體化系統(tǒng)的元部件特性分析

一 變換機構(gòu)及其運動變換分析 包含線性變換和非線性變換

1.線性變換包括：齒輪傳動機構(gòu)，撓性傳動機構(gòu)：同步帶，鏈輪鏈條，繩輪傳動等。回-直線變換機構(gòu)：齒輪，齒條機構(gòu)、滾珠絲杠。

① 齒輪傳動機構(gòu)，可傳遞回轉(zhuǎn)運動：不改變運動平面

改變運動平面：如水平轉(zhuǎn)---豎直轉(zhuǎn)

② 撓性傳動機構(gòu)

適合軸間距離較大的軸之間回轉(zhuǎn)運動。其中繩傳動的回轉(zhuǎn)軸方向可自由改變 ③ 齒輪齒條傳動，滾珠絲杠傳動。

都是將直線運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，或?qū)⑿D(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。2.非線性交換機構(gòu)

① 間歇傳動部件:棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、蝸形凸輪機構(gòu) ② 連桿機構(gòu):平面連桿機構(gòu)、空間連桿機構(gòu) 二 機構(gòu)靜力特性（重點）

A．機構(gòu)輸出端所受負載（力或力矩）向輸入端換算。

B．機構(gòu)內(nèi)部的摩擦力（或力矩）對輸入端的影響。

C．求由上述各種力或重力加速度引起的機構(gòu)內(nèi)部各連桿軸承等的受力。

第六章 機電有機的結(jié)合分析與設(shè)計

〔本章重點內(nèi)容〕

1、典型負載

2、負載的等效換算方法

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計過程是機電有機結(jié)合，即機電參數(shù)相互匹配的過程 本章以機電伺服系統(tǒng)為例，說明機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的一般方法。一 機電伺服系統(tǒng)的設(shè)計步驟 1.制訂出系統(tǒng)的控制步驟

在進行機電伺服系統(tǒng)設(shè)計時，首先要了解被控對象的特點和對系統(tǒng)的總體要求，通過調(diào)查研究制定出系統(tǒng)的控制方案，該方案運算只是一個初步輪廓，包括系統(tǒng)主要元部件的種類，各部分之間的聯(lián)接方式，系統(tǒng)的控制方式，所需能源形式，核正補償方法等。2.定量的分析計算

分析計算穩(wěn)態(tài)設(shè)計計算和動態(tài)設(shè)計計算

穩(wěn)態(tài)設(shè)計包括使系統(tǒng)的輸出運動參數(shù)達到技術(shù)要求。執(zhí)行元件的參數(shù)選擇，功率及過載能力的驗算，各主要元部件的選擇與控制線路設(shè)計信號的有效傳遞。各級增益的分配，各級之間阻抗的匹配和抗干擾措施等。

動態(tài)設(shè)計主要是設(shè)計和核正補償，使系統(tǒng)滿足動態(tài)技術(shù)指標要求，通常要進行計算機仿真術(shù)進行計算機輔助計算 3.樣機的試驗與調(diào)試

功能就是確定系統(tǒng)的實際路線及參數(shù)

6-2 機電有機結(jié)合之一機電一體化系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計的考慮方法 一 負載分析 1.典型負載（重點）

被控對象也就是負載的運動形式有直線運動，回轉(zhuǎn)運動，間歇運動等。具體負載往往比較復(fù)雜。為便于分析常將它分解成幾種典型負載。

典型負載：是指慣性負載，外力負載，彈性負載，摩擦負載（滑動摩擦負載，粘性摩擦負載，滾動摩擦負載等）

對具體系統(tǒng)而言，其負載可能是以上幾種典型負載的組合，不一定均包含以上所述所有負載項目

1.負載的等效換算（重點內(nèi)容必須掌握）

執(zhí)行元件的額定轉(zhuǎn)矩（或力），加速度控制及制動方案的選擇，應(yīng)與被控對象的固定參數(shù)（如質(zhì)量，轉(zhuǎn)動慣量）相互匹配。因此要將被控對象相關(guān)部件的固有參數(shù)及其所受的負載力（求力矩）等效轉(zhuǎn)換到執(zhí)行元件的輸出軸上，也就是計算其輸出軸承受的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效負載或計算等效質(zhì)量和等效力。

從P222圖6-1機床工作臺的伺服進給系統(tǒng)為例。圖6-1所示系統(tǒng)由m個移動部件和n個轉(zhuǎn)運部件組成。Mi，vi和Fi分別為移動質(zhì)量（kg）,運動速度（m/min）和所受負載力（N）

J，nj（wj），Tj分別為轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量（kgm）,轉(zhuǎn)速（r/minj2或rad/s）和所受負載力矩（NM）

（1）求等效轉(zhuǎn)動慣量[J]（應(yīng)用動能原理）

1該系統(tǒng)的動能總和為：E=

2K?i?1m1n2＋ JMiVi2?j?jj?12k12??k 設(shè)等效到執(zhí)行元件輸出軸上的總動能為EJ2k11m1n222?????J?JjjMiVi2?k22i?1j?1k由于E?E即

k???????????J?k??Mii?1m(Vi?)??Jj(2j?1nj2)kk將角速度轉(zhuǎn)為工程上常用轉(zhuǎn)速

2?k?2?nk

2njVi)???J??(()??JM4?nknkk1mn2i?1ij?1j

（2）求等效負載轉(zhuǎn)矩T（應(yīng)用功原理）設(shè)上述系統(tǒng)在時間

t

內(nèi)克服負載所作功的總和為

kW??FiVit??Tj?jt

i?1j?1mn執(zhí)行元件在時間t內(nèi)所作的功為Wk?由于：W?Wk

?T??t

kk??T???t??FVt??T?t kmnki?1iij?1jj?V?+[T]?F?Tkminjki?1i?kj?1j?

由于

?k?2nk?

??T?k1?2?nV??F?Tnnmini?1ikj?1jj

k（3）計算舉例

已知移動部件（工作臺，夾具，工件等）的總質(zhì)量MA?400kg沿運動方向的負載力F2?800N（包含導(dǎo)軌副的摩擦阻力）電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量Jm?4?10kgm轉(zhuǎn)速為nm齒輪軸部件（包括齒輪）的轉(zhuǎn)動慣量JI?52?5?10kgm，齒輪軸部件?（包括齒輪）的轉(zhuǎn)動慣量?42?42J??7?10kgm軸?的負載轉(zhuǎn)矩T2＝4NM，齒輪Z1,Z2齒數(shù)分別為20與40，模數(shù)為1

求等效副電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量[J]m和等效轉(zhuǎn)矩[T]m 解： ①求[J]m

利用公式[J]?k14?2?VMi(i)2?nki?1m?j?1nJj(njnk)2

（在這里移動部件總質(zhì)量MA，速度VA，轉(zhuǎn)動慣量包含電機軸的轉(zhuǎn)動慣量Jm，齒輪軸Ⅰ的轉(zhuǎn)動慣量J1和齒輪軸Ⅱ的轉(zhuǎn)動慣量J2，因此利用公式可得：

[J]m?nm2VA2n?2n22)?J()?J()?J()m?2nmnmnmnm 4?2VA2n221 ?M()?J?J?J()Am122nn4?mm1MA(因為工作臺是通過齒輪齒條機構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，所以 據(jù)公式VA?nzn d?mz2 i?2?1?m得 1000z1n2n2???dn2VA???mz2nm1000i??m?z21000?n?mz1z1 ?nm?mz21000?[J]m?nm?mz12z12M()?J?J?J()Am121000nmz24?211?400?（???1?2010004?2?0.040715kgm2)2?4?10?4?7?10?4?(202)40

②求[T]m

1據(jù)公式[T]?2?k?VFii?nki?1m?i?1nTjnjnk可得

[T]m? ? ?Vn1FL?A?TL22?nmnmn?mz1z1?800?m?4?12?1000nmz2

1??1?2020?800??4?2?100040 ?10(NM)二

執(zhí)行元件的匹配選擇

我們以電機的匹配選擇為例，說明執(zhí)行元件的選擇方法。

被控對象由電機驅(qū)動，因此電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率等參數(shù)應(yīng)和被控對象的需要相匹配。如果冗余量大，易使執(zhí)行元件價格昂貴，使機電一體化價格升高，市場競爭下降，而且在使用時，由于冗余量過大，冗余部分用戶用不上，造成資源浪費，如果選用的執(zhí)行元件的參數(shù)值偏低，將達不到使用要求，所以應(yīng)選擇與被控對象的需要相適應(yīng)的執(zhí)行元件。1.系統(tǒng)執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)矩匹配

設(shè)伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件輸出軸所承受的等效力矩為[T]m，等效慣性負載力矩為T慣，則電機軸上的總負載力矩為：

[T]m已知 T?＝[T]m?T慣 T慣＝[J]m?m

[J]m：等效轉(zhuǎn)動慣量

?m：為電機升降速時的角加速度（rad/s2）

?m??m/?t ?m：為換算后的電機輸出軸角速度（rad/s）

?t：為等加速、等減速時間。考慮到機械的總傳功效率?時

?T??T???([T]m?T慣)?

T??T??

例：設(shè)機床工作臺某軸的伺服電機輸出軸上所受的等效負載力矩[T]m?2.5NM,等效轉(zhuǎn)動慣量為[J]m?3?10?2kgm2，由工作臺某軸向最高速度換算為電機輸出軸角速度?m為50rad/s等加等減時間?t?0.5s，機械傳動系

?統(tǒng)的傳動總效率為0.85，求電機軸上的總負載力矩T?。

解：?T??[T]m?T慣

T慣?[J]m??m?[J]m??m?t?3?10?2?500.5?3(NM)

?T??[T]m?T慣?2.5?3?5.5(NM)

?

T??T???5.50.85?6.47(NM)

2.系統(tǒng)執(zhí)行元件的功率匹配

它主要是針對直流、交流伺服電機，這里簡單介紹一下它的計算公式。在選擇電機時常先進行預(yù)熱，然后進行必要的驗算，預(yù)選電機的估算功率P，可由下式確定：

([T]m?[J]m?m)nmax?P??T??max?（W）

9.55式中：nmax：電機的最高轉(zhuǎn)速（rmin）

?ma：電機的最高角速度（rads）x

? ：功率系數(shù)一般取1.2～2，對于小功率伺服系統(tǒng)可達2.5。在預(yù)算電機功率后，應(yīng)進行過熱過載驗算。

6－

4可靠性、安全性設(shè)計

一 可靠性設(shè)計（重點）1.可靠性設(shè)計的基本概念

可靠性問題是機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的一個主要組成部分，因為要充分發(fā)揮機電一體化系統(tǒng)的作用，必須保證它可靠地工作。因此在設(shè)計新的系統(tǒng)時，就必須要考慮到可靠性問題。

⑴ 所謂可靠性：是指產(chǎn)品（或系統(tǒng)）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。

“完成規(guī)定功能”的含義是指能夠連續(xù)地保持產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的工作能力。便各項技術(shù)指標等符合規(guī)定值。如果產(chǎn)品不能完成規(guī)定功能就稱為失效。對于可修復(fù)的產(chǎn)品也可稱為故障。如果產(chǎn)品或系統(tǒng)的失效（或故障）越頻繁，可靠性就越低。

從可靠性的定義可知，產(chǎn)品或規(guī)定功能是有條件的，它是相對于“規(guī)定條件”和“規(guī)定時間”的。

“規(guī)定條件”是指使用時的應(yīng)力條件，環(huán)境條件和存儲時間的存儲條件等。規(guī)定條件不同產(chǎn)品的可靠性也不同。

“規(guī)定時間”長短的不同，產(chǎn)品的可靠性不同，一般來說，規(guī)定霎時間越長，故障越多，可靠性也就越低。（規(guī)定霎時間越短越好）

⑵ 含義

產(chǎn)品的無故障性：是指產(chǎn)品在某一時間內(nèi)，連續(xù)不斷地保持其工作能力的性能。

產(chǎn)品的耐久性：是指產(chǎn)品在整個使用期限內(nèi)和規(guī)定的維修條件下，保持其工作能力的性能。

2.保證產(chǎn)品（或系統(tǒng)）可靠性方法

⑴ 提高產(chǎn)品的設(shè)計和制造質(zhì)量：＜保證產(chǎn)品可靠性的最根本方法＞

①可靠性預(yù)測法：對各種可靠性指標進行估計，對可靠性要求特別高的產(chǎn)品還可采用以下兩種方法。

②裕度法：對于關(guān)鍵性的產(chǎn)品，可以加大設(shè)計的安全系數(shù)，以保證一定的可靠性儲備。

③自動控制：在產(chǎn)品的設(shè)計中，利用機電一體化技術(shù)的優(yōu)勢，使產(chǎn)品具有自適應(yīng)，自調(diào)整，自診斷甚至自修復(fù)的功能，這樣可以大大提高產(chǎn)品的可靠性。

⑵ 冗余技術(shù)：又稱技術(shù)，它是利用了系統(tǒng)的并聯(lián)方式來提高系統(tǒng)可靠性的一種手段，可分為（工作冗余）和（后備冗余）兩類。

通常機械系統(tǒng)很少采用冗余技術(shù)，而常采用裕度法來提高可靠性。⑶ 診斷技術(shù)：從本質(zhì)上看，它屬于檢測技術(shù)，用來取得有關(guān)產(chǎn)品中產(chǎn)生的失效（或故障）類型和失效位置信息。3.干擾和抗干擾措施（重點）

⑴ 電噪聲的干擾：就是產(chǎn)生元、部件失效或數(shù)據(jù)傳輸，處理失誤進而影響其可靠性最常見和最主要的因素。

⑵ 抗干擾措施

①供電系統(tǒng)抗干擾措施：穩(wěn)（穩(wěn)壓）、濾（濾波）、隔（隔離）②接口電路抗干擾措施：首先采用吸收的方法，抑制其產(chǎn)生，然后采取隔離的方法阻斷其傳導(dǎo)。

③接地系統(tǒng)的抗干擾措施：（主要是切斷接地環(huán)路）單點接地、并聯(lián)接地、光電隔離 4.軟件的可靠性技術(shù)（包括兩方面的內(nèi)容）

⑴ 利用軟件來提高系統(tǒng)的可靠性 ⑵ 提高軟件的可靠性

本章思考題：

1、典型負載和可靠性的定義。

2、負載的等效換算方法。

第二篇：機電一體化

只要你學會了機電一體化的所有課程已經(jīng)很不錯了，機電一體化課程畫法幾何與機械制圖、工程力學、電工電子技術(shù)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、液壓傳動、金屬材料與金屬工藝學、微機原理與接口技術(shù)、C語言程序設(shè)計、自動控制原理、機床電氣控制、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)控系統(tǒng)及應(yīng)用、可編程器原理及應(yīng)用、計算機輔助設(shè)計與制造等，你是學習上面這些內(nèi)容嗎？如果是的話，就可以找機電廠，電廠，電氣控制設(shè)備廠，或普通工廠的機電維修等工作，在工作中，就學點電氣自動化的知識，這樣深化你的機電一體化的知識。只要你認真領(lǐng)會了機電一體化化的實踐知識，去到那里都會很容易找到工作的。因為現(xiàn)在的社會都是機電自動化的社會了?，F(xiàn)在中型的小工廠都會用得上 機電一體化，只要有控制機械的工廠都可以去實踐學習。剛開始就是不求工資的高低，只要在實踐中深化自己，有了第一次的就業(yè)經(jīng)驗，第二次就也就會很容易了，因為招聘的人一般都會問你第一次在那里工作。工作的情況，經(jīng)驗的，你就要好好展示你的才華了。

管理員也可以呀，專門搞畫法幾何與機械制圖、工程力學，C語言程序設(shè)計等工作，專門專業(yè)是很不錯的，將來社會所有工廠都會陸續(xù)進行改造為機電一體化控制。前景無限呀。

至今機電一體化發(fā)展已成為一門有著自身體系的新型學科,隨著科學技術(shù)的不但發(fā)展,還將被賦予新的內(nèi)容。對機電一體化技術(shù)的基本與成長進行了簡要介紹,并闡述了機電一體化的發(fā)展進程及未來的發(fā)展趨勢。機電一體化是現(xiàn)代技術(shù)的必然結(jié)果,機電一體化技術(shù)是現(xiàn)代科技發(fā)展的核心技術(shù),機電一體化專業(yè)人才也是現(xiàn)代社會不可或缺的核心人才?，F(xiàn)從機電一體化技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀、前景等方面談機電一體化技術(shù)以及培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代社會工業(yè)發(fā)展需要機電一體化專業(yè)高職人才的必要性。機電一體化是我國制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)專業(yè)之一.但我國目前這個專業(yè)高層次人才奇缺,高精尖方向大部分都被國外控制.因此,如果想在這個方面發(fā)展,如果有碩士研究生學歷,并有實踐經(jīng)驗,甚至是博士研究生,那么前途無量的.機電一體化的未來發(fā)展趨勢探析

【論文關(guān)鍵詞】：光機電一體化；技術(shù)特征；發(fā)展

【論文摘要】：介紹了光機電一體化技術(shù)特征，研究了國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，指出了未來發(fā)展前景和一些重要技術(shù)熱點。

近些年來，光機電一體化技術(shù)得到迅猛發(fā)展，在民用工業(yè)和軍事領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。因此，光機電一體化技術(shù)成為當今機械工業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個主要趨勢。

1.光機電一體化技術(shù)特征

光機電一體化系統(tǒng)主要由動力、機構(gòu)、執(zhí)行器、計算機和傳感器五個部分組成，相互構(gòu)成一個功能完善的柔性自動化系統(tǒng)。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術(shù)的重要組成要素。與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品比較，光機電一體化產(chǎn)品具有以下技術(shù)特征。

1.1 體積小，重量輕，適應(yīng)性強，操作更方便

光機電一體化技術(shù)使得操作人員擺脫了以往必須按規(guī)定操作程序或節(jié)后頻繁緊張地進行單調(diào)重復(fù)操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產(chǎn)操作程序，任何一臺光機電一體化裝置的動作，可由預(yù)設(shè)的程序一步一步控制實現(xiàn)，甚至實現(xiàn)操作全自動化和智能化。

1.2 功能增加，精度大幅提高

光機電一體化系統(tǒng)包括以激光、電腦等現(xiàn)代技術(shù)集成開發(fā)的自動化、智能化機構(gòu)設(shè)備、儀器儀表和元器件。電子技術(shù)的采用使得包饋控制 水平提高，運算速度加快，通過電子自動控制系統(tǒng)可精確按預(yù)設(shè)動作，其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差，達到靠單純機械方式所不能實現(xiàn)的工作精度。同時，由于機械傳動部件減少，機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。

1.3 部分硬件實現(xiàn)軟件化，智能化程度提高

傳統(tǒng)機械設(shè)備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術(shù)使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調(diào)節(jié)、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結(jié)果。通過改變程序，指令等軟件內(nèi)容而無需改動硬件部分就可變換產(chǎn)品的功能，使機械控制功能內(nèi)容的確定和變化趨勢向“軟件化”和“智能化”。

1.4 產(chǎn)品可靠性得到提高，使用壽命增長

傳統(tǒng)的機械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，導(dǎo)致可動摩擦、撞擊、振動等加重，嚴格影響裝置壽命、穩(wěn)定性和可靠性。而光機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關(guān)甚至無可動部件、無機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。

1.5 融合了多種學科新技術(shù)，衍生出許多功能更強、性能更好的新產(chǎn)品

光機電一體化產(chǎn)品的研究開發(fā)涉及到許多學科和專業(yè)知識，包括數(shù)學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統(tǒng)工程學、光學、控制論、信息論和計算機科學等。例如人們很熟悉的靜電復(fù)印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術(shù)復(fù)合創(chuàng)新的新型產(chǎn)品。光機電一體化技術(shù)將光電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與機械技術(shù)各自的優(yōu)勢結(jié)合起來，衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術(shù)裝備。

1.6 產(chǎn)品系統(tǒng)性增強，各部分系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性要求提高

光機電一體化是一門學科的邊緣科學技術(shù)，多種技術(shù)的綜合及多個部分的組合，使得光機電一體化技術(shù)及產(chǎn)品更具有系統(tǒng)性、完整性和科學性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統(tǒng)中相互配合有嚴格的要求，這就要求各種技術(shù)揚長避短，提高系統(tǒng)協(xié)調(diào)性。

2.研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

2.1研究現(xiàn)狀

自從我國實行改革開放以來，科技領(lǐng)域急起直追，我國的光機電一體化技術(shù)已取得明顯的成效，數(shù)控產(chǎn)品有了很大的提高，尤其是經(jīng)濟型靈敏數(shù)控裝置發(fā)展很快，是我國特有的經(jīng)濟實用產(chǎn)品，不但適用國內(nèi)市場的需要，部分產(chǎn)品還隨主機配套出口。國內(nèi)的機械產(chǎn)品采用可編程控制器（PC）和微電子技術(shù)控制設(shè)備也越來越多，覆蓋面也日益擴大，從紡織機械、軸承加工設(shè)備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業(yè)機械都是如此，我國自行研制和生產(chǎn)的光機電設(shè)備，在質(zhì)量上也有重大突破，為今后的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

2.2 發(fā)展趨勢

光機電一體化技術(shù)已經(jīng)滲透到各個學科、領(lǐng)域，成為一種新興的學科，并逐漸成為一種產(chǎn)業(yè)，而這些產(chǎn)業(yè)作為新的經(jīng)濟增長點越來越受到高度重視。

從世界科學技術(shù)的發(fā)展情況來看，光機電一體化技術(shù)的未來技術(shù)熱點主要包括：

（1）激光技術(shù)

1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。

2）高方向性，因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導(dǎo)航以及遙控。

3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點附近可產(chǎn)生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產(chǎn)品進行特種加工。

4）相干性，由于激光速頻率單

一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學計算機的研制，而在實際運用中也會通過一些激光技術(shù)改變激光輻射的特性，應(yīng)用范圍更廣。

（2）傳感檢測技術(shù)

1）激光準直，能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準測量。

2）激光測距，其探測距離遠，測距精度高，抗干擾性強，體積小，重量輕，但受天然影響大。

3）光纖探測器，在目標很小，間隔受限或危險的環(huán)境中，最常選用的是光纖探測器。

其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術(shù)。

（3）激光快速成型技術(shù)

激光快速成型是利用計算機將復(fù)雜的三維物體轉(zhuǎn)化為二維層，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結(jié)，由點、線構(gòu)造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術(shù)可使新產(chǎn)品及早投放市場，極大地提高了汽車生產(chǎn)企業(yè)對市場的適應(yīng)能力和產(chǎn)品的競爭能力。

（4）光能驅(qū)動技術(shù)

利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人?，F(xiàn)已研制成功一種光致動器，其工作原理是將光照在形狀記憶合金上，反復(fù)地通、斷使材料伸縮，再利用感溫磁性體的溫度特性，將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性，加上光的通斷便能實現(xiàn)所要求的動作。實驗驗證，該致動器能可在頂面步行。這種狀態(tài)目標處于初級階段，如果能發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異光作用特性的動態(tài)物質(zhì)，則可使光能驅(qū)動技術(shù)廣泛應(yīng)用。

3.結(jié)語

技術(shù)上的改革和與之相配套的技術(shù)支持是創(chuàng)新技術(shù)的基礎(chǔ)。開發(fā)光機電一體化產(chǎn)品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術(shù)中恰當?shù)匾腚娮蛹夹g(shù)，產(chǎn)品的面貌和行業(yè)的面貌就可以迅速發(fā)生巨大變化。產(chǎn)品一旦實現(xiàn)光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來巨大的社會經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 劉志，朱文堅.光機電一體化技術(shù)，現(xiàn)代制造工程，2001（12）

梁進秋.微光機電系統(tǒng)國內(nèi)外研究進展.光機電信息，2000（8）

宋云奪編譯.光機電一體化業(yè)的未來.光機電信息，2003（12）

左鐵釧、施定源、陳鎧.激光加工技術(shù)的優(yōu)勢及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用.激光雜志，1999（4）

王家淳.激光焊接技術(shù)的發(fā)展與展望.激光技術(shù)，2001（2）

第三篇：機電一體化

機電一體化

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(shè)計》的副刊上，隨著機電一體化技術(shù)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(yīng)用。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術(shù)，是機械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)，他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化。

具體內(nèi)容

（1）機械技術(shù)

（2）計算機與信息技術(shù)

（3）系統(tǒng)技術(shù)

（4）自動控制技術(shù)

（5）傳感檢測技術(shù)

（6）伺服傳動技術(shù)

階段

1、模型階段

2、測試階段

3、原型階段

組成要素與四大原則

1.五大組成要素

2.四大原則 選型與設(shè)計

課程簡介

就業(yè)前景

發(fā)展方向

光機電一體化技術(shù)

具體內(nèi)容

（1）機械技術(shù)

（2）計算機與信息技術(shù)

（3）系統(tǒng)技術(shù)

（4）自動控制技術(shù)

（5）傳感檢測技術(shù)

（6）伺服傳動技術(shù) 階段

模型階段

測試階段

原型階段

組成要素與四大原則

1.五大組成要素 2.四大原則 選型與設(shè)計 課程簡介 就業(yè)前景 發(fā)展方向

光機電一體化技術(shù) 展開

定義：機電一體化技術(shù)是將機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息

機電一體化

技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進行有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實際中去的綜合技術(shù)。是現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機電一體化的設(shè)備。

中國機電設(shè)計邁入PLM全新階段，正挑戰(zhàn)著了前所未有的，不可預(yù)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(fù)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(shè)計領(lǐng)域的新篇章，CAMEL VIEW 作為機電一體化設(shè)計系統(tǒng)，從產(chǎn)品的概念設(shè)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(shè)計的前提下，數(shù)值實驗的仿真與結(jié)果的驗證無不精確化，支持復(fù)雜環(huán)境下，多工況，多耦合場設(shè)計。

編輯本段介紹

研究將電子器件的信息處理和控制功能附加或融合在機械 裝置中的一種復(fù)合化技術(shù)。俗稱機電一體化。機械電子學(mechatronics)是由機械學(mechanics)和電子學(electronics)兩個詞結(jié)合而成的新詞。其全稱為機械電子工程學，英語為mechanical and electronical engineering。機

機電一體化

械電子學主要研究目的是把機械技術(shù)與微電子技術(shù)和信息技術(shù)有機地結(jié)合為一體，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)化。機械電子學可以充分發(fā)揮機械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的各自的長處和特點，促進機械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。機械電子學系統(tǒng)主要由機械主體、傳感器、信息處理和執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。較高級的系統(tǒng)不但有硬件，而且還有相應(yīng)的軟件,利用軟件技術(shù)可以實現(xiàn)硬件難以實現(xiàn)的功能,使機械系統(tǒng)增加柔性。典型的機械電子系統(tǒng)有數(shù)控機床、加工中心、工業(yè)機器人等。機械電子學技術(shù)除用于單個機器、設(shè)備或一般的生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)改造之外，還用于柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化等方面。

編輯本段內(nèi)容 具體內(nèi)容

（1）機械技術(shù)

機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技

機電一體化

術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應(yīng)借助于計算機輔助技術(shù)，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術(shù)。

（2）計算機與信息技術(shù)

其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。

（3）系統(tǒng)技術(shù)

系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。

（4）自動控制技術(shù)

其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。

機電一體化

（5）傳感檢測技術(shù)

傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。

（6）伺服傳動技術(shù)

包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。

編輯本段階段 模型階段

模型階段，所有的系統(tǒng)組件都能夠被最優(yōu)化；

在仿真計算的幫助下，可以測試和分析這些組件的適用性；監(jiān)測響應(yīng)頻率；

對模型進行分析。此外，還能夠生成一個物理/拓撲系統(tǒng)模型，包括機械、液壓和控制導(dǎo)向組件。有必要有一個模型工具，這個工具支持機電一體化系統(tǒng)的物理模型，即當有實物和節(jié)點時，這些模型能夠以1：1來測試，并且原型設(shè)計研究階段可以在嚴酷的實時條件下進行。

測試階段

在系統(tǒng)運行完模型階段之后，所產(chǎn)生的具體的性能數(shù)據(jù)可以通過試驗臺驗證。這

機電一體化

樣就可以測試和檢驗該系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)波動的魯棒性，功率儲備及連續(xù)運行的特征。這樣做的話，用戶可以進行測試或者使用CAMeL-View TestRig進行硬件在回路（的測試）。要進行硬件在回路測試，相關(guān)裝置的物理特性需要詳細確認，這些裝置必須是建立在測試平臺的基礎(chǔ)之上。識別經(jīng)過測試平臺上測試過的組件，容許這些組件在模型中被識別，并確保整個以系統(tǒng)為基礎(chǔ)的仿真分析布局。

原型階段

成功的測試之后，就會建立一個原型。這里要特別關(guān)注的是模型特性，這些特性特指通過特別費力的仿真所決定的特性，比如組件損耗（性能）。這些數(shù)據(jù)結(jié)果，為模型基礎(chǔ)性分析提供服務(wù)，同時為進一步研發(fā)提供知識基礎(chǔ)。

編輯本段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(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機結(jié)合而成。機械本體（結(jié)構(gòu)組成要素）是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。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。測試傳感部分（感知組成要素）對系統(tǒng)的運行

機電一體化

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(yīng)的控制信息。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(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。執(zhí)行機構(gòu)（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。

機電一體化系統(tǒng)一般由機械本體、檢測傳感部分、電子控制單元、執(zhí)行器和動力源5個組成部分構(gòu)成。

2.四大原則

構(gòu)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(jié)構(gòu)耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉(zhuǎn)換四大原則。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。

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。

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

機電一體化 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。

運動傳遞：運動傳遞使構(gòu)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(shù)：

所謂自動化技術(shù)，是指人類利用各種技術(shù)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(yù)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。

編輯本段選型與設(shè)計

控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計：

1．單片機選用INTEL公司生產(chǎn)的8031單片機

單片機，它主要通過并行8255口擔負控制系統(tǒng)的信號處理：接收系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩、閥門開

機電一體化

啟、關(guān)閉及閥門開度等設(shè)定信號，并提供三相PWM波發(fā)生器所需要的控制信號；處理IPM發(fā)出的故障信號和報警信號；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號；提供顯示電動執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)信號；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號，向控制系統(tǒng)反饋信號；

2．三相PWM波發(fā)生器 PWM波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。模擬法電路復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是按照不同的數(shù)字模型用計算機算出各切換點，并存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計算產(chǎn)生PWM波，這種方法占用的內(nèi)存較大，不能保證系統(tǒng)的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號，保證微處理器有足夠的時間進行整個系統(tǒng)的檢測、保護、控制等功能，文中選用MITEL公司生產(chǎn)的SA8282作為三相PWM發(fā)生器。SA8282是專用大規(guī)模集成電路，具有獨立的標準微處理器接口，芯片內(nèi)部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。

3．智能逆變模塊IPM 為了滿足執(zhí)行機構(gòu)體積小，可靠性高的要求，電機電源采用智能功率模塊IPM。該執(zhí)行機構(gòu)主要適用功率小于5．5kW的三相異步電機，其額定電壓為380V，功率因數(shù)為0．75。經(jīng)計算可知，選用日本產(chǎn)的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率開關(guān)和驅(qū)動電路、制動電路于一體，并內(nèi)置過電流、短路、欠電壓和過熱保護以及報警輸出，是一種高性能的功率開關(guān)器件。

4．位置檢測電路 位置檢測電路是執(zhí)行機構(gòu)的重要組成部分，它的功能是提供準確的機電一體化

位置信號。關(guān)鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機構(gòu)中多采用繞線電位器、差動變壓器、導(dǎo)電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。導(dǎo)電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點。

5、電壓、電流及檢測 檢測電壓、電流主要是為了計算電機的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。

6)、通訊接口為了實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)和遠程控制，選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232內(nèi)部有兩個完全相同的電平轉(zhuǎn)換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉(zhuǎn)換成TTL電平給8031，實現(xiàn)單片機與其它微機間的通訊。

7．時鐘電路時鐘電路主要用來提供采樣與控

制周期、速度計算時所需要的時間以及日歷。文中選用時鐘電路DS128

機電一體化

87。DS12887內(nèi)部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM，可用來存入需長期保存的數(shù)據(jù)。

8．液晶顯示單元 為了實現(xiàn)人機對話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、電機、通訊和參數(shù)等信號進行設(shè)置或調(diào)試。并采用文字和圖形相結(jié)合的方式，顯示直觀、清晰。

9．程序出格自恢復(fù)電路為了保證在強干擾下程序出格時系統(tǒng)能夠自動地恢復(fù)正常，選用MAX705組成程序出格自恢復(fù)電路，監(jiān)視程序運行。如圖2-3所示，該電路由MAX705、與非門及微分電路組成。工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖?，引腳2電平的這種變化使“與非”門輸出一個正脈沖，使單片機產(chǎn)生一次復(fù)位，復(fù)位結(jié)束后，又由程序通過P1．0口向MAX705的WDI引腳發(fā)正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復(fù)電路繼續(xù)監(jiān)視程序運行。

編輯本段課程簡介

核心課程

機械制圖、電氣CAD工程實踐、電工技術(shù)基礎(chǔ)、工程力學、機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械加工工藝、數(shù)控機床編程、單片機原理與應(yīng)用、電子技術(shù)基礎(chǔ)、檢測與傳感技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)、機床電氣控制(電機與電氣控制)、PLC、電力電子技術(shù)、數(shù)控加工工藝與編程、數(shù)控機床與維修、機電一體化技術(shù)（機電控制技術(shù)）、自動化控制原理（PC控制與組態(tài)）、供配電技術(shù)等。

實訓課程

電工技術(shù)基礎(chǔ)實訓、金工實習、電子技術(shù)基礎(chǔ)實訓、單片機原理與應(yīng)用實訓、液壓傳動實訓、電力拖動控制線路實訓、PLC編程實訓、數(shù)控機床維修實訓、畢業(yè)實訓、職業(yè)生涯規(guī)劃、大學生涯規(guī)劃、職業(yè)環(huán)境認知、成功素養(yǎng)拓展、工作能力提升、激情自主創(chuàng)業(yè)、求職過程勝出、初涉職場轉(zhuǎn)型等。

專業(yè)軟件

設(shè)計制圖：AUTO CAD、UG、solidworks、3ds max等

編程仿真：PLC編程setp7（西門子PLC組態(tài)編程調(diào)試軟件）、；51單片機編程keil（AT89系列、8051內(nèi)核）仿真Proteus（很多單片機支持C++，包括凌陽十六位單片機）；數(shù)控編程仿真斯沃數(shù)控、宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)；維修仿真數(shù)控機床維修仿真軟件。

PC組態(tài)軟件：wincc(西門子)、組態(tài)王、昆侖組態(tài)等。

電子仿真：NI Multisim、Proteus 等

液壓與氣動仿真：AMEsim、MSC等

培養(yǎng)目標與就業(yè)方向

1、培養(yǎng)學生具有機、電、液一定的理論知識和較強的實踐技能。

2．具有機械加工設(shè)備的初步操作技能和數(shù)控加工、數(shù)控編程的能力。

3．具備從事機電技術(shù)必需的理論知識和綜合職業(yè)能力的機電設(shè)備、自動化設(shè)備和生產(chǎn)線的運行與維護人員，并具有設(shè)備改造能力的高等技術(shù)綜合性應(yīng)用型人才。

4．能在機電設(shè)備制造企業(yè)、從事機電產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)、企業(yè)與車間生產(chǎn)技術(shù)管理等工作，以及機電一體化設(shè)備的安裝、調(diào)試、維修、銷售及管理；普通機床的數(shù)控化改裝等。

編輯本段就業(yè)前景

機電一體化是指在機構(gòu)得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術(shù),將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱.目前實操性人才缺乏,各企業(yè)高薪聘請機電一體化專業(yè)人才,在深圳地區(qū)例如:富士康、三星、華為、等一線企業(yè)擁有大量高薪職位就業(yè)前景十分廣闊.以下由工控行業(yè)網(wǎng)為您進行的機電一體專業(yè)就業(yè)前景的方向分析。

機電一體專業(yè)就業(yè)方向

1、從事機電一體化液體灌裝生產(chǎn)線及商品包裝自動化機械運行、維護、管理、技術(shù)改造等工作的機電一體化高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才.可在大型啤酒、飲料、食品及商品包裝生產(chǎn)企業(yè)從事現(xiàn)代化自動機與生產(chǎn)線的維護和管理工作,也可在相關(guān)的自動機與生產(chǎn)線的生產(chǎn)廠家或設(shè)計部門、營銷單位從事技術(shù)工作.2、機電一體化專業(yè)(計算機輔助設(shè)計與制造方向)

從事機電產(chǎn)品的計算機輔助設(shè)計(CAD)與計算機輔助制造(CAM),并熟練使用和維修數(shù)控加工設(shè)備的機電一體化高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才.可在模具設(shè)計也制造、機械加工、塑料、五金、電子產(chǎn)品、計算機生產(chǎn)等企業(yè)從事數(shù)控機床的加工工藝設(shè)計編程,數(shù)控機床的調(diào)試、維護及加工操作,從事生產(chǎn)和技術(shù)管理工作,也可以從事國內(nèi)外數(shù)控設(shè)備的營銷工作.3、機電一體化專業(yè)(模具CAD/CAM方向)

從事利用計算機技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)對模具進行設(shè)計和制造等工作的機電一體化高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才.可在模具、機械、五金、塑料、家電等生產(chǎn)企業(yè)從事模具計算機輔助設(shè)計與制造等方面的技術(shù)工作,也可在企事業(yè)單位從事與本專業(yè)有關(guān)的經(jīng)營、管理工作.4、機電一體化專業(yè)(機電CAD技術(shù)方向)

在機電一體化產(chǎn)品、設(shè)備的設(shè)計、制造、維修、管理、技術(shù)改造與服務(wù)過程中專門從事用電腦繪圖設(shè)計、信息處理和資料管理的高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才.可在機械設(shè)計、制造與裝備行業(yè)、模具制造業(yè),輕工、家用電器、電子制造業(yè)從事設(shè)計、制造、技術(shù)改造、產(chǎn)品營銷、設(shè)備管理與維護等工作.機電一體專業(yè)就業(yè)前景

有關(guān)研究報告顯示機電一體化“一詞最早是日本提出的,在上世紀80年代初,日本名古屋大學最早設(shè)置了機電一體化專業(yè).如今已改稱為”機械電子工程“專業(yè);在高職高專則仍延用機電一體化專業(yè)名稱.機電一體化專業(yè)是精密機械--電子技術(shù)(含電力電子)--計算機技術(shù)等多門學科交叉融合的產(chǎn)物,屬高新技術(shù),也是當前發(fā)展最快的技術(shù)之一,它是先進制造技術(shù)的主要組成部分.它的發(fā)展推動了當前制造技術(shù)的迅速更新?lián)Q代,是產(chǎn)品向高、精、快迅速邁進,使勞動生產(chǎn)率迅速提高.由于我國逐漸成為世界制造業(yè)基地加上傳統(tǒng)企業(yè)面臨大規(guī)模的技術(shù)改造與設(shè)備更新,國內(nèi)急需大量先進制造技術(shù)專業(yè)人才.因此該專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)前景很好,而且待遇也高.畢業(yè)生主要在各行政、企業(yè)、事業(yè)單位從事機械、電氣工程、常用電器的維修、安裝與調(diào)試以及技術(shù)管理等工作.機電一體化專業(yè)就業(yè)前景到底怎樣呢?市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)機電一體化專業(yè)是一個寬口徑專業(yè),適應(yīng)范圍很廣,學生在校期間除學習各種機械、電工電子、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、檢測傳感等理論知識外,還將參加各種技能培訓和國家職業(yè)資格證書考試,充分體現(xiàn)重視技能培養(yǎng)的特點.學生畢業(yè)后主要面向珠江三角洲各企業(yè)、公司,從事加工制造業(yè),家電生產(chǎn)和售后服務(wù),數(shù)控加工機床設(shè)備使用維護,物業(yè)自動化管理系統(tǒng),機電產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、改造、技術(shù)支持,以及機電設(shè)備的安裝、調(diào)試、維護、銷售、經(jīng)營管理等等。[1] 編輯本段發(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(shù)向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)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(shè)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(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)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(chǔ)。

關(guān)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(guān)技術(shù)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(shù)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(shè)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(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而必要的。

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(fù)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。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標準，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

3．網(wǎng)絡(luò)化。20世紀90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學技術(shù)、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(luò)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(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliance system，CIAS)，使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

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(lǐng)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。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。

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。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。

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(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強，特別是“人格化”發(fā)展引人注目，即未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。機電一體化的人格化有兩層含義。一是機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層含義是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。

編輯本段光機電一體化技術(shù)

光機電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、光學技術(shù)與機械技術(shù)的相互交叉與融合，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。它包括產(chǎn)品和技術(shù)兩方面：光機電一體化產(chǎn)品是集光學、機械、微電子、自動控制和通信技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，具有很高功能和附加值；光機電一體化技術(shù)是指其技術(shù)原理和使光機電一體化產(chǎn)品得以實現(xiàn)，使用和發(fā)展的技術(shù)。

光機電一體化技術(shù)是由光學，光電子學，電子信息和機械制造及其他相關(guān)技術(shù)交叉與融合構(gòu)成的綜合性高新技術(shù)是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。它豐富和拓寬了光機電一體化技術(shù)的內(nèi)涵和外延。

第四篇：關(guān)于機電一體化

關(guān)于機電一體化

【摘要】討論了機電一體化技術(shù)對于改變整個機械制造業(yè)面貌所起的重要作用，并說明其在以后工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】機電一體化技術(shù)應(yīng)用

近些年，隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是隨著一些新開發(fā)的半導(dǎo)體器件的產(chǎn)生，機電一體化技術(shù)有了深入提升，必然使工業(yè)生產(chǎn)發(fā)生巨大變化，因為科學研究一定服務(wù)于生產(chǎn)。促進經(jīng)濟騰飛。機電一體化技術(shù)的發(fā)展是發(fā)展經(jīng)濟的主要內(nèi)容。

機電一體化?它的來源是什么機電一體化在國外被稱為Mechatronics是日本人在20世紀7O年代初提出來的，它是用英文Mehnc的前半部分和c的后半部分結(jié)合在一起構(gòu)成的一個新詞，意思是機械技術(shù)和電子技術(shù)的有機結(jié)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(shù)人員習慣上把它譯為機電一體化技術(shù)。機電一體化技術(shù)又稱為機械電子技術(shù)，是機械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)有機結(jié)合的產(chǎn)物。

機電一體化技術(shù)基本概念機電一體化技術(shù)是在微型計算機為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展。向機械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，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(jié)構(gòu)目標，以智力、動力、結(jié)構(gòu)、運動和感知組成要素為基礎(chǔ)，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(jié)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(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)。

機電一體化技術(shù)五大組成要素：

一個機電一體化系統(tǒng)中一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要索、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(jié)合而成。(請參考機電之家機電一體化頻道機械本體(結(jié)構(gòu)組成要素)；是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。

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(yīng)的控制信息。

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(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。

執(zhí)行機構(gòu)(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。自動化技術(shù)與一體化技術(shù)的不同：

所謂自動化技術(shù)，是指人類利用各種技術(shù)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(yù)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。

機電一體化技術(shù)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(guān)技術(shù)的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向是：

數(shù)字化說的數(shù)字化就是數(shù)字電子應(yīng)用的越來越多，越來越廣。微控制器將是機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床或者機器人等-而計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起也將為數(shù)字化鋪平道路。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。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復(fù)等各種功能。

模塊化換句話說更加標準，更加統(tǒng)一。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家多，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)品單元模塊是復(fù)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(shè)計時，更利于新產(chǎn)品的開發(fā)。

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(shè)置智／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(luò)、灰色理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進步與發(fā)展，這將是機電產(chǎn)品研究的重要方向。機電一體化技術(shù)發(fā)展廣闊空間。

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(shù)享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

微型化是精細加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)，簡稱MEMs)是指可批量制作的，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，年美國加州大學Berkeley分校研制出第.個微電機以來，國內(nèi)外在工藝、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(gòu)件..(微膜、、微探針、微連桿、、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等)。

帶源化不局限于是用電能。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。

集成化集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、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(yīng)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。

綠色化綠色環(huán)保在當今世界各行業(yè)已成為主話題科學技術(shù)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)境惡化被人類所重視。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(yīng)運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計、制造、使用和銷毀時應(yīng)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(jié)束時產(chǎn)品可分解、再利用。

第五篇：機電一體化

機電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景

摘要:機電一體化是一種復(fù)合技術(shù),是機械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)互相滲透的產(chǎn)物,是機電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。文章簡述了機電一體化技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)組成和主要應(yīng)用領(lǐng)域,并指出其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞:機械工業(yè);機電一體化;數(shù)控;模塊化

現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展極大地推動了不同學科的交叉與滲透,引起了工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機械工程領(lǐng)域,由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化,使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化,使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電 一體化”為特征的發(fā)展階

段。

一、機電一體化的核心技術(shù)

機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機械本體、傳感器、信息處 理單元和驅(qū)動單元等部分組成。因此,為加速推進機電一體化的發(fā)展,必須從

以下 幾方面著手。

(一)機械本體技術(shù)

機械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮。現(xiàn)代機械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主,為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進,還應(yīng)考慮利用非金屬復(fù)合材料。只有機械本體減輕了重量,才有可能實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化,進而在控制方面改善快速響應(yīng)特性,減少能量消耗,提高效率。

(二)傳感技術(shù)

傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面,提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。為了避免電干擾,目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外

部信息傳感器來說,目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。

(三)信息處理技術(shù)

機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設(shè)備(特別是微型計算機)的普及應(yīng)用緊密相連。為進一步發(fā)展機電一體化,必須提高信息處理設(shè)備的可靠性,包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時處理的輸入輸出的性而提高處理速 度,并解

決抗干擾及標準化問題。

(四)驅(qū)動技術(shù)

電機作為驅(qū)動機構(gòu)已被廣泛采用,但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問題。目前,正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機

三位一體的伺服驅(qū)動單元。

(五)接口技術(shù)

為了與計算機進行通信,必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標準化、規(guī)格化。接口采用同一標準規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修,而且可以簡化設(shè)計。目前,技術(shù)人員正致力于開發(fā)低成本、高速串行的接口,來解決信號電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維以及

光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。

(六)軟件技術(shù)

軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本,提高生產(chǎn)維修 1的效率,要逐步推行軟件標準化,包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

二、機電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

(一)數(shù)控機床

數(shù)控機床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過40年的發(fā)展,在結(jié)構(gòu)、功能、操作和控制精

度

上都有迅速提高,具體表現(xiàn)在:

1、總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu),即采用多C PU、多主總線的體系結(jié)構(gòu)。

2、開放性設(shè)計,即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準,能最大限度地提高用戶的使用效益。

3、W O P技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和實現(xiàn)二、三維加工

過程的動態(tài)仿真,并引線診斷、模糊控制等智能機制。

4、大容量存儲器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計,不僅豐富了數(shù)控功能,同時也加強

了C N C系統(tǒng)的控制功能。

5、能實現(xiàn)多過程、多通道控制,即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務(wù)或控

制多臺和多種機床的能力,并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。

6、系統(tǒng)的多級網(wǎng)絡(luò)功能,加強了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的能力。

7、以單板、單片機作為控制機,加上專用芯片及模板組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置。

(二)計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)

C IM S的實現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合,而是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門之間的界線,以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機結(jié)合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產(chǎn)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化,各種生產(chǎn)要素的潛力可以得 到更大的發(fā)揮。

(三)柔性制造系統(tǒng)(FMS)

柔性制造系統(tǒng)是計算機化的制造系統(tǒng),主要由計算機、數(shù)控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求,生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件,特別適品種、中小批量、設(shè)計更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。

(四)工業(yè)機器人

第1代機器人亦稱示教再現(xiàn)機器人,它們只能根據(jù)示教進行重復(fù)運動,對工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化缺乏適應(yīng)性和靈活性;第2代機器人帶有各種先進的傳感元件,能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對象的簡單信息,通過計算機處理、分析,做出一定的判斷,對動作進行反饋控制,表現(xiàn)出低級智 能,已開始走向?qū)嵱没?第3代機器人即智能機器人,具有多種感知功能,可進行復(fù)雜的邏輯思維、判斷和決策,在作業(yè)環(huán)境中獨立行動,與第5代計算機關(guān)系密切。

三、機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景

縱觀國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動向,機電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展。

(一)智能化

智能化是機電一體化與傳統(tǒng)機械自動化的主要區(qū)別之一,也是21世紀機電一體化的發(fā)展方向。近幾年,處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統(tǒng)的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創(chuàng)造了條件,有力地推動著機電一體化產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。智能機電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能,具有某種程度的判理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。

(二)系統(tǒng)化

系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài),進行任意的剪裁和組合,同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)特征之二是通信功能大大加強,一般除R S232等常用通信方式外,實現(xiàn)遠程及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)需要的局部網(wǎng)絡(luò)正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系,如何賦予機電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)一些生物體優(yōu)良的構(gòu)造研究某種新型機體,使其向著生物系統(tǒng)化方向發(fā)展。

(三)微型化

微型機電一體化系統(tǒng)高度融合了微機械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù),是機電一體化的一個新的發(fā)展方向。國外稱微電子機械系統(tǒng)的幾何尺寸一般不超過1cm 3,并正向微米、納米級方向發(fā)展。由于微機電一體統(tǒng)具有體積小、耗能小、運動靈活等特點,可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作,故在生物醫(yī)航空航天、信息技術(shù)、工農(nóng)業(yè)乃至國防等領(lǐng)域,都有廣闊的應(yīng)用前景。目前,利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù),在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。

(四)模塊化

模塊化也是機電一體化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢,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、信息接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項復(fù)雜而重要的事,它需要制訂一系列標準,以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用單元迅速開發(fā)新產(chǎn)品,同時也可以不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模。

(五)網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展對機電一體化有重大影響,使其朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。機電一體化產(chǎn)品的種類很多,面向網(wǎng)絡(luò)的方式也不同。由于網(wǎng)絡(luò)的普及,基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾,而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。

(六)綠色化

工業(yè)的發(fā)達使人們物質(zhì)豐富、生活舒適的同時也使資源減少,生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染,于是綠色產(chǎn)品應(yīng)生。綠色化是時代的趨勢,其目標是使產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中,對生態(tài)環(huán)境無危害或危害極小,資源利用率極高。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境,報能回收利用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。

綜上所述,機電一體化是眾多科學技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶,是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革,使傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法和設(shè)計概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機電一體化產(chǎn)品,不僅是改造傳統(tǒng)機械設(shè)備的要求,而且是推動機械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機械工業(yè)的必由之路。

由此可見，機電一體化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊，發(fā)展前景更是一片光明。機電一體化技術(shù)必將是推動我國工業(yè)發(fā)展的主動力，必將把我國推向更加美好的明天！

參考文獻:

1、李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社,2003.2、芮延年.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京機械工業(yè)出版社,2004.3、王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制綜述[J].基礎(chǔ)自動化,2006(6).4、章浩,張西良,周士沖.機電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].農(nóng)機化研究,2006(7).5、梁俊彥,李玉翔.機電一體化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].科技資訊,2007(9).