第一篇：機電一體化1.概論

1序言及概論

序言

一、對機電一體化技術的初步了解

什么是機電一體化技術呢？機電一體化技術是在生產、制造機電一體化產品過程中使用的各種現(xiàn)代先進的技術。

那么哪些是機電一體化產品呢？日本學者高森 年在他的著作中說：“當今世上只要是使人感到比較靈活、靈巧便利的機械都是基于機電一體化技術制造的，這樣的說法毫不過分?！币虼丝稍谧约焊信d趣的領域想象。實際上，機電一體化在家用電器、各種車輛、工廠設備、航天航空等各種領域、場所都得到了廣泛的應用。

如家用照相機、全自動洗衣機、無人駕駛的汽車、全自動的玩具小車、工廠化流水線作業(yè)設備、航天器、火星探測器及機器人等。

綜上所述，機電一體化產品是機械裝置和電子裝置的有機結合而形成的。機電一體化技術是機械技術和電子技術等互相結合的各種技術的統(tǒng)稱。

二、機電一體化產品的優(yōu)越性

列舉出一系列實例后，這些機械都是機電一體化產品，由此可見機電一體化產品在各行各業(yè)都得到了非常廣泛的應用。隨著機電一體化技術的快速發(fā)展，機電一體化產品有逐步取代傳統(tǒng)機電產品的趨勢，這完全取決于機電一體化技術所存在的優(yōu)越性和潛在的應用性能。這些機電一體化產品，它們有哪些優(yōu)越性呢？它比一般機械產品及傳統(tǒng)機電產品突出的優(yōu)越性具體體現(xiàn)在：

（1）精度提高

機電一體化產品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統(tǒng)可精確地保證機械的執(zhí)行機構按照設計的要求完成預定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質量。數(shù)控機床的加工精度比一般手工操作的機床的加工精度大大提高。

（2）功能增強

機電一體化產品跳出了機電產品的單技術和單功能限制，具有復合技術和復合功能，使產品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調節(jié)、自動保護和智能化等多種功能，能應用于不同的場合和不同領域，滿足用戶需求的應變能力較強。例如電子式空氣斷路器具有保護特性可調、選擇性脫扣、正常通過電流與脫扣時電流的測量、顯示和故障自動診斷等功能，使得其應用范圍大為擴大。全自動洗衣機比一般的洗衣機增加了根據(jù)衣物自動檢測水量的電子裝置，非常方便；許多自動化設備都比一般的機械產品增加了許多功能。

（3）改善操作性和使用性

機電一體化產品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產品的工作過程根據(jù)預設的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實現(xiàn)，系統(tǒng)可重復實現(xiàn)全部動作。高級的機電一體化產品可通過被控對象的數(shù)學模型以及外界參數(shù)的變化隨機自尋最佳工作程序，實現(xiàn)自動最優(yōu)化操作。

（4）提高生產率和降低成本

由于機電一體化產品實現(xiàn)了工作的自動化，使生產能力得以大大提高。例如數(shù)控機床對工件的加工穩(wěn)定性大大提高，生產效率比普通機床提高5-6倍；柔性制造系統(tǒng)的生產設備利用率可提高1.5-3.5倍，機床數(shù)量可減少約50%，節(jié)省操作人員數(shù)量約50%，縮短生產周期40%，使加工成本降低50%左右。

（5）減輕勞動強度和改善勞動條件

許多繁重的體力勞動通過計算機完成，大大減輕了勞動強度。在煙霧、粉塵、毒氣等環(huán)境中長期工作對人體健康有害。那么用相應的機器人或其它機電一體化產品代替人完成在這種惡劣環(huán)境中的工作非常必要。

（6）提高安全性和可靠性

機電一體化產品一般都具有自動監(jiān)視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設備事故的發(fā)生，顯著提高設備的使用安全性。機電一體化產品由于采用電子元器件，減少了機械產品數(shù)控機床中的可動構件和磨損部件，從而使其具有較高的靈敏度和可靠性，產品的故障率低，壽命得到了提高。

（7）簡化結構和減輕重量

用電子裝置代替了機械裝置，大大地簡化了結構，也減輕了重量。

（8）調整和維護方便

機電一體化產品在安裝調試時，可通過改變控制程序來實現(xiàn)工作方式的改變，以適應不同用戶對象的需要以及現(xiàn)場參數(shù)變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機電一體化產品的控制系統(tǒng)中，而不需要改變產品中的任何部件或零件。對于具有存儲功能的機電一體化產品，可以事先存入若干套不同的執(zhí)行程序，然后根據(jù)不同的工作對象，只需給定一個代碼信號輸入，即可按指定的預定程序進行自動工作。機電一體化產品的自動化檢驗和自動監(jiān)視功能可對工作過程中出現(xiàn)的故障自動采取較大的措施，使工作恢復正常。

（9）智能化程度大大提高

許多機電一體化產品都模仿人的各種感官和動作，智能化程度大大提高。

總之，機電一體化正向著輕、薄、細、小巧、自動化方向發(fā)展。

三、機電一體化產品的組成結構

性能是由結構決定的，機電一體化技術的優(yōu)越性是由組成機電一體化產品的特殊的結構決定的。

機電一體化產品的功能是通過其內部各組成部分功能的協(xié)調和綜合來共同實現(xiàn)的。從其結構來看，機電一體化產品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現(xiàn)這種多功能一般需要機電一體化產品具備五種內部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執(zhí)行功能，而實現(xiàn)這些功能的各個組成部分及其技術就構成了機電一體化產品的總體或系統(tǒng)。以機器人為例來說明（播放機器人運動的實例）。

通過機器人運動的幾個例子來分析機電一體化產品的組成結構，首先要有具體的操作執(zhí)行裝置及相應的機械聯(lián)接如機器人的機械手及機器本體，相當于人體的“手足及骨胳”；要實現(xiàn)與人相近的功能，本身就必須能夠對各種信息進行多種判斷，如機器人上臺階，它必須先判斷臺階的位置，再如一個生產工廠中的零件自動輸送系統(tǒng)，要在給定的兩個工位上做出正確的停止判斷，在工件裝載完成時刻，還要能夠迅速做出開始運動的判斷。如果沒有傳感器發(fā)回的各種信息，機器人和自動系統(tǒng)實現(xiàn)判斷是不可能的，這樣的傳感器相當于人的“感官”；若完成某個動作，要對從傳感器傳來的信息進行正確地分析、判斷，然后形成某種控制，這部分處理控制裝置相當于人的“大腦”（包括軟件程序）；接下來要對控制系統(tǒng)發(fā)出的信息進行響應，完成具體的動作，這需要類似于人的“內臟及血液系統(tǒng)”的動力系統(tǒng)提供能量。除了“手足”、“感官”、“大腦”、“內臟”外，要使這些部分能夠有機協(xié)調地工作，就必須將上述的功能元素連接起來，這部分稱為接口裝置，它相當于人體中傳遞信息的神經(jīng)系統(tǒng)。

因此，機電一體化是由機械裝置（執(zhí)行、傳動、導向機構——“手足及骨胳”）、檢測裝置（“感官”）、控制裝置（“大腦”）、伺服驅動裝置（驅動電機等——“內臟及血液系統(tǒng)”）和接口裝置（“神經(jīng)系統(tǒng)”）等幾部分組成。

(1)機械系統(tǒng)

機電一體化產品的機械系統(tǒng)包括機身、框架、機械傳動和聯(lián)接等機械部分。這部分是實現(xiàn)產品功能的基礎，因此對機械結構提出了更高的要求，需在結構、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產品高效、多功能、可靠、節(jié)能和小型輕量等要求。除一般性的機械強度、剛度、精度、體積和重量等指標外，機械系統(tǒng)技術開發(fā)的重點是模塊化、標準化和系列化，以便于機械系統(tǒng)的快速組合和更換。

機電一體產品的機械系統(tǒng)由傳動、導向、執(zhí)行機構組成，由于執(zhí)行機構的重要性，有時把執(zhí)行機構單獨作為一部分結構討論。

執(zhí)行機構在控制信息的作用下完成要求的動作，實現(xiàn)產品的主功能。機電一體化產品的執(zhí)行機構一般是運動部件，常采用機械、電液、氣動等機構。執(zhí)行機構由于機電一體化產品的種類和作業(yè)對象不同而有較大的差異。執(zhí)行機構是實現(xiàn)產品目的功能的直接執(zhí)行者，其性能好壞決定著整個產品的性能，因而是機電一體化產品中最重要的組成部分。

(2)動力系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）

動力系統(tǒng)為機電一體化產品提供能量和動力功能，去驅動執(zhí)行機構工作以完成預定的主功能。功能系統(tǒng)包括電、液、氣等動力源。機電一體化產品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅動電路等。

(3)傳感與檢測系統(tǒng)

傳感器的作用是將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)轉換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統(tǒng)的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統(tǒng)的功能一般由測量儀器或儀表來實現(xiàn)，對其要求是體積小，便于安裝與聯(lián)接、檢測精度高、抗干擾等。

(4)信息處理及控制系統(tǒng)

根據(jù)機電一體化產品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感與檢測系統(tǒng)反饋的信息，并對其進行相應的處理、運算和決策，以對產品的運行施以按照要求的控制，實現(xiàn)控制功能。機電一體化產品中，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計算機的軟件和硬件以及相應的接口所組成。硬件一般包括輸入/輸出設備、顯示器、可編程控制器和數(shù)控裝置。機電一體化產品要求信息處理速度高，A/D和D/A轉換及分時處理時的輸入/輸出可靠，系統(tǒng)的抗干擾能力強。

機電一體化產品的幾個組成部分在工作時相互協(xié)調，共同完成所規(guī)定的目的功能。在結構上，各組成部分通過各種接口及其組成相應的軟件有機的結合在一起，構成一個內部匹配合理，外部效能最佳的完整產品。

四、機電一體化設計的關鍵技術

機電一體化產品是由多種技術以及相關的組成部分構成的綜合體，而機電一體化技術是由多種技術相互交叉、相互滲透形成的一門綜合性邊緣技術，它所涉及的技術領域非常廣泛。概括起來，機電一體化設計的關鍵技術包括下述六個方面。

（1）精密機械技術

機械技術是機電一體化技術的基礎，因為機電一體化產品的主功能和構造功能大都以機械技術為主來實現(xiàn)。在機械傳動和控制與電子技術相互結合的過程中，對機械技術提出了更高的要求，如傳動的精密性和精確度的要求與傳統(tǒng)機械技術相比有了很大的提高。在機械系統(tǒng)技術中，新材料、新工藝、新原理以及新結構等方面在不斷地發(fā)展和完善，以滿足機電一體化產品對縮小體積、減輕重量、提高精度和剛度及改善工作性能等方面的要求。

（2）檢測與傳感器技術

在機電一體化產品中，工作過程的各種參數(shù)、工作狀態(tài)以及工作過程有關的相應信息都要通過傳感器進行接收，并通過相應的信號檢測裝置進行測量，然后送入信息處理裝置以及反饋給控制裝置，以實現(xiàn)產品工作過程的自動控制。機電一體化產品要求傳感器能快速和準確

地獲取信息并且不受外部工作條件和環(huán)境的影響，同時檢測裝置能不失真地對信息信號進行放大和輸送以及轉換。

（3）自動控制技術及信息處理技術

機電一體化產品中的自動控制技術包括高精度定位控制、速度控制、自適應控制、校正、補償?shù)?。由于機電一體化產品中自動控制功能的不斷擴大，使產品的精度和效率都在迅速提高。通過自動控制，使機電一體化產品在工作過程中能及時發(fā)現(xiàn)故障，并自動實施切換，減少了停機時間，使設備的有效利用率得以提高。由于計算機的廣泛應用，自動控制技術越來越多地與計算機控制技術結合在一起，它已成為機電一體化技術中十分重要的關鍵技術。該技術的難點在于現(xiàn)代控制理論的工程化和實用化，控制過程中邊界條件的確定，優(yōu)化控制模型的建立以及抗干擾等。

機電一體化產品中的信息處理技術是指在機電一體化產品工作過程中，與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動控制有關的信息的交換、存取、運算、判斷和決策分析等。在機電一體化產品中，實現(xiàn)信息處理技術的主要工具是計算機。計算機技術包括硬件和軟件技術、網(wǎng)絡與通信技術、數(shù)據(jù)處理技術和數(shù)據(jù)庫技術等。在機電一體化產品中，計算機信息處理裝置是產品的核心，它控制和指揮整個機電一體化產品的運行。因此，計算機應用及其信息處理技術是機電一體化技術中最關鍵的技術，它包括目前廣泛研究并得到實際應用的人工智能技術、專家系統(tǒng)技術以及神經(jīng)網(wǎng)絡技術等。

（4）伺服驅動技術

伺服驅動技術主要是指機電一體化產品中的執(zhí)行元件和驅動裝置設計中的技術問題，它涉及設備執(zhí)行操作的技術，對所加工產品的質量具有直接的影響。機電一體化產品中的執(zhí)行元件有電動、氣動和液壓等類型，其中多采用電動式執(zhí)行元件，驅動裝置主要是各種電動機的驅動電源電路，目前多采用電力電子器件及集成化的功能電路構成。執(zhí)行元件一方面通過接口電路與計算機相聯(lián)，接受控制系統(tǒng)的指令，另一方面通過機械接口與機械傳動和執(zhí)行機構相聯(lián)，以實現(xiàn)規(guī)定的動作。因此，伺服驅動技術直接影響著機電一體化產品的功能執(zhí)行和操作，對產品的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、操作精度和控制質量等具有決定性的影響。

（5）系統(tǒng)總體技術

系統(tǒng)總體技術是從整體目標出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點和方法，將機電一體化產品的總體功能分解成若干功能單元，找出能夠完成各個功能的可能技術方案，再把功能與技術方案組合成方案組進行分析、評價、綜合優(yōu)選出適宜的功能技術方案。系統(tǒng)總體技術的主要目的是在機電一體化產品各組成部分的技術成熟，組件的性能和可靠性良好的基礎上，通過協(xié)調各組件的相互關系和所用技術的一致性來保證產品實現(xiàn)經(jīng)濟、可靠、高效率和操作方便等。系統(tǒng)總體技術是最能體現(xiàn)機電一體化設計特點的技術，也是保證其產品工作性能和技術指標得以實現(xiàn)的關鍵技術。

五、本門課程的主要內容

1概論

2機械系統(tǒng)

3檢測系統(tǒng)

4伺服系統(tǒng)

5接口技術及元件

6控制系統(tǒng)

7機電一體化系統(tǒng)總體設計

8機電一體化典型實例

六、本門課程的性質及學時分配

機電一體化技術屬于必修課，共50學時，其中理論教學44學時，實驗6學時。

1概論

1.1 機電一體化的含義

Mechatronics是機械電子學或機械電子技術的意思，也稱機電一體化，是Mechanics（機械學）和Electronics（電子學）兩詞的合成詞，20世紀70年代由日本人首先開始使用。機電一體化的定義是：“機械工程和電子工程相結合的技術，以及應用這些技術的機械電子裝置?！?/p>

機電一體化是在以機械、電子技術和計算機科學為主的多門學科相互滲透、相互結合的過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術學科。

“機電一體化”包含兩個含義：“機電一體化技術”和“機電一體化產品”。機電一體化技術是以電子技術特別是微電子技術為主導的多種新興技術與機械技術交叉、融合而成的綜合性高技術，是工程領域不同種類技術的綜合及集合，它是包括機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術、自動控制技術、電力電子技術、伺服驅動技術以及系統(tǒng)總體技術在內的一種高新技術。近年來，隨著微電子技術和計算機應用技術的快速發(fā)展，機電一體化技術領域在不斷地擴大和完善。

機電一體化產品是把機電一體化技術應用在機械產品的上，即在傳統(tǒng)的機械產品中采用微電子技術和計算機技術生產出來的新一代產品。初級的機電一體化產品是指采用微電子技術代替和完善機械產品中的一部分，以提高產品的性能；而高級的機電一體化產品是利用機電一體化技術使機械產品實現(xiàn)自動化、數(shù)字化和智能化，使產品性能實現(xiàn)質的飛躍。

從現(xiàn)代機械產品和技術角度看，日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟研究所于1981年提出的定義體現(xiàn)了機電一體化產品及其技術的基本內容及特征，即“機電一體化這個詞乃是在機械主功能、動力功能、信息與控制功能上引進了電子技術，并將機械裝置與電子設備以及軟件等有機結合而成系統(tǒng)的總和?！币虼?，機電一體化是在機械產品中的機構主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術和計算機技術，并將機械裝置和電子設備以及計算機軟件等有機結合起來構成的系統(tǒng)總稱。90年代國際機器和機械理論研究會給它下了一個定義：機電一體化是精密機械工程、電子控制和系統(tǒng)思想在產品設計和制造過程中協(xié)同結合。”

目前機電一體化的研究和開發(fā)主要包括計算機數(shù)控系統(tǒng)、機器人、計算機輔助設計/輔助制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)等。機電一體化產品和系統(tǒng)的特點是產品和系統(tǒng)功能的實現(xiàn)是機構中所有部分功能共同作用的結果，這與傳統(tǒng)機電設備中機械與電子系統(tǒng)相對獨立、可以分別工作具有本質的區(qū)別。

1.2 機電一體化產品的分類

機電一體化技術和產品的應用范圍非常廣泛，涉及到工業(yè)生產過程的所有領域，因此，機電一體化產品的種類很多，而且還在不斷地增加。

（1）按照機電一體化產品的功能，可以將其分成下述幾類。

①數(shù)控機械類。主要產品包括數(shù)控機床、機器人、發(fā)動機控制系統(tǒng)以及全自動洗衣機等。這類產品的特點是執(zhí)行機構為機械裝置。

②電子設備類。主要產品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產品的特點是執(zhí)行機構為電子裝置。

③機電結合類。主要產品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產品的特點是執(zhí)行機構為電子裝置和機械裝置的有機結合。

④電液伺服類。主要產品為機電液一體化的伺服裝置，如電子伺服萬能材料試驗機。這類產品的特點是執(zhí)行機構為液壓驅動的機械裝置，控制機構是接受電信號的液壓伺服閥。⑤信息控制類。主要產品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復印機等。這類產品的主要特點是執(zhí)行機構的動作由所接收的信息類信號來控制。

（2）按照機電一體化產品的機電結合程度，可將其分成下述三類。

①功能附加型：在原機械產品上、采用微電子技術、增加產品的功能、提高產品的性能。如：電子稱、數(shù)顯量具、全自動洗衣機、經(jīng)濟型數(shù)控機床等。

②功能替代型：采用微電子技術及裝置取代原產品中的機械控制功能、信息處理功能或主功能、使產品結構簡化、提高性能。如：自動照相機、電子縫韌機、電子石英鐘等。

③機電融合型：根據(jù)產品的功能、性能要求及技術規(guī)范、專門設計的或具有特定用途的集成電路來實現(xiàn)產品中的控制和信息處理等功能使機與電在更深層次上有機結合的產品。如：傳真機、復印機、攝像機、磁盤驅動器、數(shù)控機床等。

根據(jù)產品的服務領域和對象，可將機電一體化產品分成工業(yè)生產類、運輸包裝類、儲存銷售類、社會服務類、家庭日常類、科研儀器類、國防武器類以及其它用途類等不同的種類。

1.3 機電一體化產品設計的方法和步驟

與常規(guī)機械產品的設計方法相比較，機電一體化產品的設計有著本質上的區(qū)別。常規(guī)機械產品一般是先用單純機械設計的方法構思和設計，再為這個純粹的機械設計選配適宜的電氣設備。這種方法實際上是面向設計者的傳統(tǒng)設計方法。相比之下，機電一體化的設計要求設計者必須同時具備各門工程技術和電子技術以及自動控制等多種技術，必須綜合運用這些技術來解決設計中的問題。機電一體化產品的設計是面向產品的設計，它要求設計者具有綜合能力、視野開闊，具有綜合利用機械設計和電氣控制設計方面的知識和能力。機電一體化產品的設計通常由多個環(huán)節(jié)相互配合而構成。

機電一體化產品常用的設計方法有兩種，一種方法為開發(fā)性設計即跟據(jù)功能和性能要求、在沒有任何樣板可供參照情況下、設計出創(chuàng)新產品。這種設計方法要求設計者有豐富想象力、扎實基礎理論知識、敏銳市場洞察力。另一種方法為適應性設計即在原有產品總的方案原理不變情況下，對產品的某些局部加以變動或改進，以增加功能、提高性能和質量或降低成本。這種方法要求設計者對原有產品及相關的市場需求變化和技術進步有充分的了解和掌握。

機電一體化設計的步驟一般分為：

(1)產品可行性研究

通過實際調查和研究，掌握對所設計產品的市場需求，進行可行性論證，確定產品設計的基本方案，其中包括預測投資總額、組成部件價格、產品的性能價格比以及經(jīng)濟評價等。

(2)基本設計階段

在基本設計階段要提出必需的主要技術，其中包括硬件技術和軟件技術兩個方面。硬件包括產品的結構元件和控制元件，軟件包括操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。在進行整個系統(tǒng)設計時，必須提出幾個方案進行比較，從中選出較優(yōu)的方案。

(3)詳細設計階段

詳細設計包括業(yè)務分工、程序設計、操作系統(tǒng)設計、工藝設計、外圍設備設計、總體設計、控制系統(tǒng)設計、安全保護設計等。在開發(fā)性產品設計時，要擬定產品的各項性能指標參數(shù)，通過計算選定所用的設備，從而進一步完成機構設計、運動和性能設計以及控制設計等。

(4)實際運行試驗

這一階段的工作主要包括產品工作性能檢驗和改進以及產品性能評價。產品工作性能檢驗的目的是進行生產周期和生產率測定，進行故障分析的考察故障時間等。改進是指對產品存在的問題提出改進措施以提高產品的性能。產品的性能評價包括技術評價、經(jīng)濟評價兩個方面。這一階段是產品設計過程的總結階段，目的是通過對已決定的操作系統(tǒng)的具體使用，檢驗其實際的使用價值。

在機電一體化產品設計過程中，要正確處理好質量與成本、市場需求與技術可能性、長期發(fā)展和短期利益之間的關系，在滿足市場需要的前提下，使產品具有足夠的競爭力，同時又要符合當前實際情況和技術可實現(xiàn)性，以保證產品獲得最大的技術經(jīng)濟效益和社會效益。

第二篇：第二部分機電一體化概論

2014年對口升學考試大綱《機電一體化概論》

掌握機電一體化的基本概念、基本原理和基本知識，了解機電一體化的發(fā)展方向；理解機電一體化的分類；掌握機電一體化相關技術的基礎知識，具備初步的學科融合的思維能力和相應的實踐應用能力。

機電一體化概論（60分）

1.機電一體化的定義與發(fā)展（5分）

（1）理解機電一體化的含義。

（2）了解機電一體化的發(fā)展趨勢。

2.機電一體化系統(tǒng)的功能及組成（5分）

（1）了解機電一體化系統(tǒng)的功能。

（2）掌握機電一體化系統(tǒng)的組成。

3.機電一體化系統(tǒng)的分類（10分）

（1）熟悉生產過程機電一體化的組成。

（2）熟悉典型的機電一體化產品應用。

4.機電一體化相關技術及實例分析（40分）

（1）了解機器人運動功能的符號。

（2）了解機械傳動機構和使用能源的傳動機構的種類。

（3）理解電動傳動的優(yōu)點和缺點。

（4）理解液壓傳動工作原理和驅動方式。

（5）理解氣壓傳動的工作原理和特點。

（6）了解常用傳感器的種類，能根據(jù)控制要求選擇傳感器，熟悉傳感器采集信號的處理過程。

（7）理解接口的概念和功能，熟悉接口的分類，認識常用的接口IC。

（8）了解伺服驅動的概念，理解伺服系統(tǒng)的組成和工作過程，熟悉伺服電機的特點和工作原理。

（9）理解自動門的機械組成、電氣組成及主要功能，會選擇相應器件。

第三篇：機電一體化概論第三章第四節(jié)復習題

第三章第四節(jié)復習題

1、計算機包括那幾部分?

2、計算機輸入輸出裝置包括那幾部分？

3、處理器由__________和__________組成。處理單元由__________和__________組成。

4、總線包括__________、__________、__________。

5、接口的定義？接口的功能？

6、波形整形可用__________和__________整形。

7、聯(lián)絡？

8、防止干擾的對策有哪些？防止干擾的方法有哪些？

9、光電耦合器的信號流方向是__________的。

10、接口技術？接口技術的分類？

11、并行接口的傳輸是__________和__________。數(shù)字量一般指以__________位二進制所表示的數(shù)字信號，開關量只有__________個狀態(tài)的信號。

12、__________標準是美國電子工業(yè)協(xié)會的串行數(shù)據(jù)傳輸用的數(shù)據(jù)通信標準，__________是日本的工業(yè)標準。

13、在計算機與控制對象的連接距離長得控制場合，要用__________接口，__________接口將來自計算機的__________轉換為__________，用通信電纜來傳輸，接收端將收到__________，用__________轉換為__________輸入計算機中。

14、RS-232傳輸距離最大規(guī)定為__________。更長距離的數(shù)據(jù)傳輸則應使用__________或__________接口。

15、__________是計算機與檢測裝置或檢測裝置相互之間傳輸數(shù)據(jù)用的8位并行接口，__________是美國HP公司的名稱。GP-IB信號用__________電平，采用__________，信號線有__________根數(shù)據(jù)總線，__________根聯(lián)絡總線，__________根管理總線，__________根地線，共__________根。

16、連接到計算機的1根GP-IB電纜，可經(jīng)過各種裝置與多臺外圍設備連接，裝置之間的傳輸距離盡管是4米以下，由于可經(jīng)過裝置向其他裝置傳輸，因此，規(guī)定的輸送電纜的長度合計可達__________米，并且連接裝置的規(guī)定臺數(shù)包括計算機最多可達__________。

17、__________是可用程序選擇功能的串行數(shù)據(jù)通信IC。

18、__________是可用程序選擇功能的并行輸入輸出接口IC。

19、__________是中斷控制用的IC。

20、中斷？

21、A-D裝換IC是將來自傳感器等的__________轉換為__________的電路所用的IC。

第四篇：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、機械設計基礎、液壓傳動、金屬材料與金屬工藝學、微機原理與接口技術、C語言程序設計、自動控制原理、機床電氣控制、機電一體化系統(tǒng)設計、數(shù)控系統(tǒng)及應用、可編程器原理及應用、計算機輔助設計與制造等，你是學習上面這些內容嗎？如果是的話，就可以找機電廠，電廠，電氣控制設備廠，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,隨著科學技術的不但發(fā)展,還將被賦予新的內容。對機電一體化技術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)代技術的必然結果,機電一體化技術是現(xiàn)代科技發(fā)展的核心技術,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。現(xiàn)從機電一體化技術的發(fā)展、現(xiàn)狀、前景等方面談機電一體化技術以及培養(yǎng)適應現(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

【論文關鍵詞】：光機電一體化；技術特征；發(fā)展

【論文摘要】：介紹了光機電一體化技術特征，研究了國內外技術現(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熱點。

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

1.光機電一體化技術特征

光機電一體化系統(tǒng)主要由動力、機構、執(zhí)行器、計算機和傳感器五個部分組成，相互構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的重要組成要素。與傳統(tǒng)的機械產品比較，光機電一體化產品具有以下技術特征。

1.1 體積小，重量輕，適應性強，操作更方便

光機電一體化技術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重復操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產操作程序，任何一臺光機電一體化裝置的動作，可由預設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)代技術集成開發(fā)的自動化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術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)可精確按預設動作，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)機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術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、打印工作結果。通過改變程序，指令等軟件內容而無需改動硬件部分就可變換產品的功能，使機械控制功能內容的確定和變化趨勢向“軟件化”和“智能化”。

1.4 產品可靠性得到提高，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的應用，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，從而提高了產品的可靠性和穩(wěn)定性。

1.5 融合了多種學科新技術，衍生出許多功能更強、性能更好的新產品

光機電一體化產品的研究開發(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復合創(chuàng)新的新型產品。光機電一體化技術將光電子技術、傳感器技術、控制技術與機械技術各自的優(yōu)勢結合起來，衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術裝備。

1.6 產品系統(tǒng)性增強，各部分系統(tǒng)間協(xié)調性要求提高

光機電一體化是一門學科的邊緣科學技術，多種技術的綜合及多個部分的組合，使得光機電一體化技術及產品更具有系統(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，這就要求各種技術揚長避短，提高系統(tǒng)協(xié)調性。

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，科技領域急起直追，我國的光機電一體化技術已取得明顯的成效，數(shù)控產品有了很大的提高，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)濟實用產品，不但適用國內市場的需要，部分產品還隨主機配套出口。國內的機械產品采用可編程控制器（PC）和微電子技術控制設備也越來越多，覆蓋面也日益擴大，從紡織機械、軸承加工設備、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的光機電設備，在質量上也有重大突破，為今后的推廣應用打下了良好的基礎。

2.2 發(fā)展趨勢

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

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

（1）激光技術

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改變激光輻射的特性，應用范圍更廣。

（2）傳感檢測技術

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。

（3）激光快速成型技術

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

（4）光能驅動技術

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，則可使光能驅動技術廣泛應用。

3.結語

技術上的改革和與之相配套的技術支持是創(chuàng)新技術的基礎。開發(fā)光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當?shù)匾腚娮蛹夹g，產品的面貌和行業(yè)的面貌就可以迅速發(fā)生巨大變化。產品一旦實現(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)生產者和用戶帶來巨大的社會經(jīng)濟效益。

參考文獻

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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.激光加工技術的優(yōu)勢及在工業(yè)生產中的應用.激光雜志，1999（4）

王家淳.激光焊接技術的發(fā)展與展望.激光技術，2001（2）

第五篇：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。

具體內容

（1）機械技術

（2）計算機與信息技術

（3）系統(tǒng)技術

（4）自動控制技術

（5）傳感檢測技術

（6）伺服傳動技術

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 選型與設計

課程簡介

就業(yè)前景

發(fā)展方向

光機電一體化技術

具體內容

（1）機械技術

（2）計算機與信息技術

（3）系統(tǒng)技術

（4）自動控制技術

（5）傳感檢測技術

（6）伺服傳動技術 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 選型與設計 課程簡介 就業(yè)前景 發(fā)展方向

光機電一體化技術 展開

定義：機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息

機電一體化

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)，從產品的概念設計到產品性能的測試、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。

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 裝置中的一種復合化技術。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與微電子技術和信息技術有機地結合為一體，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、微電子技術和信息技術的各自的長處和特點，促進機械產品的更新?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)行機構等部分組成。較高級的系統(tǒng)不但有硬件，而且還有相應的軟件,利用軟件技術可以實現(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。機械電子學技術除用于單個機器、設備或一般的生產系統(tǒng)的技術改造之外，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。

編輯本段內容 具體內容

（1）機械技術

機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技

機電一體化

術相適應，利用其它高、新技術來更新概念，實現(xiàn)結構上、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借助于計算機輔助技術，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。

（2）計算機與信息技術

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

（3）系統(tǒng)技術

系統(tǒng)技術即以整體的概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關聯(lián)的若干功能單元，接口技術是系統(tǒng)技術中一個重要方面，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

其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統(tǒng)設計，設計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、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

傳感檢測技術是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調節(jié)的關鍵環(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

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換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質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)結果，為模型基礎性分析提供服務，同時為進一步研發(fā)提供知識基礎。

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)中一般由結構組成要素、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合而成。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。動力驅動部分（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、處理后產生相應的控制信息。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。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。

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個組成部分構成。

2.四大原則

構成機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素其內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換和交流，必須進行能量的轉換，能量的轉換包括執(zhí)行器，驅動器和他們的不同類型能量的最優(yōu)轉換方法及原理。

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動功能。

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。

編輯本段選型與設計

控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設計：

1．單片機選用INTEL公司生產的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)對轉矩、閥門開

機電一體化

啟、關閉及閥門開度等設定信號，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波的產生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。模擬法電路復雜，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，并存入內存，然后通過查表及必要的計算產生PWM波，這種方法占用的內存較大，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和驅動電路、制動電路于一體，并內置過電流、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器件。

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

位置信號。關鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機構中多采用繞線電位器、差動變壓器、導電塑料電位器等。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內部有兩個完全相同的電平轉換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉換成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)等信號進行設置或調試。并采用文字和圖形相結合的方式，顯示直觀、清晰。

9．程序出格自恢復電路為了保證在強干擾下程序出格時系統(tǒng)能夠自動地恢復正常，選用MAX705組成程序出格自恢復電路，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，使單片機產生一次復位，復位結束后，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、電工技術基礎、工程力學、機械設計基礎、機械加工工藝、數(shù)控機床編程、單片機原理與應用、電子技術基礎、檢測與傳感技術、液壓與氣動技術、機床電氣控制(電機與電氣控制)、PLC、電力電子技術、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（機電控制技術）、自動化控制原理（PC控制與組態(tài)）、供配電技術等。

實訓課程

電工技術基礎實訓、金工實習、電子技術基礎實訓、單片機原理與應用實訓、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、初涉職場轉型等。

專業(yè)軟件

設計制圖：AUTO CAD、UG、solidworks、3ds max等

編程仿真：PLC編程setp7（西門子PLC組態(tài)編程調試軟件）、；51單片機編程keil（AT89系列、8051內核）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．具備從事機電技術必需的理論知識和綜合職業(yè)能力的機電設備、自動化設備和生產線的運行與維護人員，并具有設備改造能力的高等技術綜合性應用型人才。

4．能在機電設備制造企業(yè)、從事機電產品設計與開發(fā)、企業(yè)與車間生產技術管理等工作，以及機電一體化設備的安裝、調試、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,將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統(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線及商品包裝自動化機械運行、維護、管理、技術改造等工作的機電一體化高等技術應用性專門人才.可在大型啤酒、飲料、食品及商品包裝生產企業(yè)從事現(xiàn)代化自動機與生產線的維護和管理工作,也可在相關的自動機與生產線的生產廠家或設計部門、營銷單位從事技術工作.2、機電一體化專業(yè)(計算機輔助設計與制造方向)

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

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

在機電一體化產品、設備的設計、制造、維修、管理、技術改造與服務過程中專門從事用電腦繪圖設計、信息處理和資料管理的高等技術應用性專門人才.可在機械設計、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)從事設計、制造、技術改造、產品營銷、設備管理與維護等工作.機電一體專業(yè)就業(yè)前景

有關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(含電力電子)--計算機技術等多門學科交叉融合的產物,屬高新技術,也是當前發(fā)展最快的技術之一,它是先進制造技術的主要組成部分.它的發(fā)展推動了當前制造技術的迅速更新?lián)Q代,是產品向高、精、快迅速邁進,使勞動生產率迅速提高.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)模的技術改造與設備更新,國內急需大量先進制造技術專業(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、安裝與調試以及技術管理等工作.機電一體化專業(yè)就業(yè)前景到底怎樣呢?市場調研發(fā)現(xiàn)機電一體化專業(yè)是一個寬口徑專業(yè),適應范圍很廣,學生在校期間除學習各種機械、電工電子、計算機技術、控制技術、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),家電生產和售后服務,數(shù)控加工機床設備使用維護,物業(yè)自動化管理系統(tǒng),機電產品設計、生產、改造、技術支持,以及機電設備的安裝、調試、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。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。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，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)出新產品，同時也可以擴大生產規(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，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產機電一體化產品的企業(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、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、生產連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，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品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術是家用電器網(wǎng)絡化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(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帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑將朝著網(wǎng)絡化方向發(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品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產品體積小、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，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

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。綠色產品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產品在其設計、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。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產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)體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。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品與人的關系。機電一體化的人格化有兩層含義。一是機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、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品。

編輯本段光機電一體化技術

光機電一體化技術是微電子技術、計算機技術、控制技術、光學技術與機械技術的相互交叉與融合，是諸多高新技術產業(yè)和高新技術裝備的基礎。它包括產品和技術兩方面：光機電一體化產品是集光學、機械、微電子、自動控制和通信技術于一體的高科技產品，具有很高功能和附加值；光機電一體化技術是指其技術原理和使光機電一體化產品得以實現(xiàn)，使用和發(fā)展的技術。

光機電一體化技術是由光學，光電子學，電子信息和機械制造及其他相關技術交叉與融合構成的綜合性高新技術是諸多高新技術產業(yè)和高新技術裝備的基礎。它豐富和拓寬了光機電一體化技術的內涵和外延。