第一篇：機電一體化技術及應用.doc

第1章緒論

第一節(jié)機電一體化的定義

1、機電一體化是機電一體化技術及其產品的統(tǒng)稱，并把柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）等先進制造技術的生產線和制造過程也包括在內，發(fā)展了機電一體化的含義。

2、機電一體化包括六大共性關鍵技術：精密機械技術、伺服驅動技術、傳感檢測技術、信息處理技術、自動控制技術和系統(tǒng)總體技術。

3、名詞解釋：機電一體化產品

在機械產品的基礎上應用微電子技術和計算機技術產生出來的新一代的機電產品。

第二節(jié)機電一體化系統(tǒng)的基本功能要素及相應功能

1.機械本體機械本體包括機械傳動裝置和機械結構裝置。其主要功能是使構造系統(tǒng)的各子系統(tǒng)、零部件按照一定的空間和時間關系安置在一定的位置上，并保持特定的關系。

2.動力部分功能是按照機電一體化系統(tǒng)的控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以保證系統(tǒng)的正常運行。機電一體化的顯著特征之一，是用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出。

3.傳感檢測部分 功能是對系統(tǒng)運行過程中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，并裝換成可識別信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧涍^分析、處理后產生相應的控制信息。其功能通常由專門的傳感器和儀器儀表完成。

4.執(zhí)行部分功能是根據(jù)控制和指令完成所要求的動作。執(zhí)行部分是運動部件，一般采用機械、電磁、電液等機構。它將輸入的各種形式的能量轉換為機械能。

5.驅動部分功能是在控制信息作用下，驅動各種執(zhí)行機構完成各種動作和功能。

6.控制與信息處理部分功能是將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、存儲、分析、加工，根據(jù)信息處理結果，按照一定的程序發(fā)出相應的控制信號，通過輸出接口送往執(zhí)行部分，控制整個系統(tǒng)有目的地運行，并達到預期的性能?？刂婆c信息處理單元一般由計算機、可編程控制器（PLC）、數(shù)控裝置以及邏輯電路A/D與的、D/A轉換、I/O接口和計算機外部設備等組成。

7.接口一是交換；二是放大；三是傳遞。機電一體化系統(tǒng)的組成及工作原理

第三節(jié)機電一體化的相關技術（六大方面）

1．機械技術：是機電一體化的基礎

2．傳感檢測技術：是機電一體化系統(tǒng)的感覺器官

3．信息處理技術：包括信息的交換、存取、運算、判斷和決策。機電一體化主要采用工業(yè)

4．自動控制5.伺服傳動技術6.系統(tǒng)總體技術

第2章機械傳動與支承技術機械系統(tǒng)是機電一體化系統(tǒng)的基本要素，主要用于執(zhí)行機構、傳動機構、支承部件。

第一節(jié)機械系統(tǒng)數(shù)學模型的建立

1．機械移動系統(tǒng)

機械移動系統(tǒng)的基本元件是質量、阻尼器和彈簧。

第二節(jié)機械傳動系統(tǒng)的特性、影響機電一體化系統(tǒng)中傳動鏈的動力學性能的因素：（1）負載的變化（2）傳動鏈慣性（3）傳動鏈固有頻率（4）間隙、摩擦、潤滑和溫升

2．機械傳動系統(tǒng)的特性（公式—選擇）P22-23

(1)阻尼線性阻尼下的振動為實模態(tài)，非線性阻尼下的振動為復模態(tài)阻尼比§= C/2√mkc:粘性阻尼系數(shù)m—系統(tǒng)的質量 k—系統(tǒng)的剛度（2）剛度對于伺服系統(tǒng)的失動

量來說，系統(tǒng)的剛度越大，失動量越小。對于伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性來說，剛度對開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響，而對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響，提高剛度可增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）諧振頻率（4）間隙（1）齒輪傳動的齒側間隙的消除 1)剛性消隙法2）柔性消隙法 3）絲杠螺母間隙的調整墊片式調隙機構、螺紋式調隙機構、齒差式調隙機構

第三節(jié)機械傳動裝置齒輪傳動使用最多的原因是：瞬時傳動比為常數(shù)、傳動精確、強度大、能承受重載、結構緊湊、摩擦力小、效率高。

諧波齒輪減速器原理若將鋼輪固定，外裝柔性軸承4的波發(fā)生器凸輪3裝入柔輪2中，是原形為圓環(huán)形的柔輪產生彈性變形，柔輪兩端的齒與鋼輪的齒完全脫開，長袖與短袖間的齒測逐漸齒入齒出。與一般齒輪傳動相比有下列特點(1)傳動比大單級50~500多級可達3000以上（2）承載能力大（3）傳動精度高（4）齒側間隙小（5）結構簡單、體積小、重量輕

第四節(jié)回轉運動支承主要由滾動軸承、動壓軸承、靜壓軸承、磁軸承等承擔。直線運動軸承主要是指直線運動導軌副起作用是保證各零件之間的相對位置和相對運動精度。機電一體化系統(tǒng)常用的直線運動支承有滑動導軌滾動導軌液體和氣體靜壓導軌

第三章檢測技術

第一節(jié) 傳感器的性能（1）靜態(tài)特性指標：線性度、靈敏度、遲滯、重復性。（2）動態(tài)特性傳感器的使用原則1）足夠容量2）與測量或控制系統(tǒng)的匹配性好，裝換靈敏度高3）精度適當且穩(wěn)定性高4）反應速度快，工作可靠性好5）適用性和適應性強6）使用經濟

第二節(jié)光柵 由標尺光柵和指標光柵組成。是位移監(jiān)測器，特點精確高、響應速度快、和量程范圍大。P=0.001mm把摩爾條紋調大10mm則放大倍數(shù)相當于1000倍

感應同步器是一種應用電磁傳感器原理制造的高精度檢測元件，直線式和圓盤式。分別檢測位移和轉角。

第三節(jié)光電式速度傳感器是由裝在被測軸上的帶縫隙圓盤、光電器件、和指示縫隙盤組成。

第四節(jié)接觸式位置傳感器1）由微動開關制成的位置傳感器2）二維矩陣是配置的位置傳感器。接近式位置傳感器按其工作原理主要分電磁式、光電式、靜電容式、氣壓式、超聲波式。

第五節(jié) 測量放大器需要電路具有橫高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。程控增益放大器經過處理的模擬型號，在送入計算機處理前，必須進行量化，及進行模擬數(shù)字變換，變換后的數(shù)字信號才能為計算機接受處理。在計算機自動測控系統(tǒng)中往往不希望、有時也不能利用手動辦法來實現(xiàn)增益而希望利用計算機采用軟件控制來實現(xiàn)增益的自動變化。隔離放大器在有強電或電磁干擾的環(huán)境中為了防止電網電壓等對測量回路的損壞，其信號輸入通道采用隔離技術。能完成這種任務、具有這種功能的放大器。

第七節(jié)用軟件線性化處理的方法有：計算法、查表法、插值法。

第四章伺服傳動技術伺服的意思是伺候服侍，就是在控制指令的指揮下，控制驅動元件，是機械系統(tǒng)的運動部件按照指令要求進行運動。伺服系統(tǒng)的結構組成：控制器、功率放大器、執(zhí)行機構、和檢測裝置。通常伺服電動機應符合以下基本要求：具有寬廣而和平的調速范圍、具有較硬的機械特性和良好的調節(jié)特性、具有快速響應特性、空載使動電壓小。步進電動機是一種將脈沖信號裝換成位移角的執(zhí)行元件。對這種電動機施加一個脈沖后，其轉軸就裝過一個角度，稱第一步。脈沖數(shù)增加位移角隨之增加，脈沖頻率高裝速快，相序改變，電動機反轉。

第二節(jié)直流伺服系統(tǒng)結構：相敏放大器、位置調節(jié)器、速度放大器、pwm功率放大器、伺服電動機、減速器、位置檢測

脈寬調制型pwm功率放大器基本原理：利用開關功率器件作用，將直流電壓換成一定頻率的方波電壓，通過方波脈沖寬度調制，改變輸出電壓的平均值。

Pwm控制電路脈沖調制器、邏輯延時環(huán)節(jié)、晶體管基極驅動器。

第三節(jié)異步電動機變頻調速器 6個功率開關、12個晶體管。

Spwm變頻調速系統(tǒng)：絕對值運算器、函數(shù)發(fā)生器、邏輯控制器。

環(huán)節(jié)分配器：三相三拍、三相六拍、雙三拍

電液伺服系統(tǒng)是由電信號處理部分和液壓的功率輸出部分組成的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸入是電信號。電液位置伺服控制系統(tǒng)常用于機床工作臺的位置控制、機械手的定位、穩(wěn)定平臺水平位置控制等。電液速度伺服控制系統(tǒng)：若系統(tǒng)的輸出量為速度，將此速度反饋到輸入端，并與輸入量比較，就可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的速度控制。

第五章計算機控制技

1.直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）

這類系統(tǒng)中計算機的運算和處理結果直接輸出作用于被控制對象，故稱為直接數(shù)字控制系統(tǒng) 2分布控制系統(tǒng)式

分布式綜合了計算機技術 通信技術和控制技術，采用多層分級結構的構成，從下而上的分為控制級，控制管理級和經營管理級

3傳送的方式

無條件傳送 查詢式傳送 中斷式傳送D/A轉換器是指將數(shù)字量轉換位模擬量的電路DAC0883主要是有兩個8位寄存器和一個8位D/A轉換器組成的。使用兩個寄存器的優(yōu)點是可以進行兩次緩沖操作，使該器件的應用有更大的靈活性。A/D模數(shù)轉換器是將模擬電壓轉換為數(shù)值量的器件。實現(xiàn)的方法a逼近法b雙積分法。7 STD總線的技術特點a小板結構b嚴格的標準化c面向I/O設計d高可靠性STD總線工業(yè)控制計算機

a Z80系列STD總線工業(yè)是最早開發(fā)的一種機型，特點可靠性高 價格便宜 普及面 等優(yōu)點，目前占有很大市場

b 單片機系列本身就是工業(yè)控制機，集成密度較高，作為控制應用其功能比較齊全，可靠性和抗干擾能力強數(shù)值PID調節(jié)器的設計

PID能夠較好的兼顧動態(tài)控制系能和穩(wěn)態(tài)控制系能

第六章簡單的機電一體化

1全自動洗衣機

工作時單面片機通過檢測待洗衣物的渾濁度 布質 布量和水溫等作為模糊推理的輸入條件。

第七章工業(yè)機器人

1.工業(yè)機器人的組成 操作機 驅動系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 人工智能系統(tǒng)

2.工業(yè)機器人的分類 a按操作機坐標形式分為 直角坐標型工業(yè)機器人 圓柱型 球坐 多

關節(jié)型平面關節(jié)型機器人b按控制方式分類 點位控制 連續(xù)軌道控制c 按驅動方式分類 氣動式 液壓式 電動式

3.手腕是由彎曲式關節(jié)和轉動式關節(jié)組成。兩自由度腕關節(jié)來說有RR和BR兩個結構，對于三個自由度 BBR BRR RBR RRR RBB五種表示p表示俯仰Y表示擺動R表轉動

4.手部很據(jù)其結構和用途不同可以分為機械夾持器 專用工具和萬能手三類

5.機械夾持器分為 回轉式 移動式 內撐式

6.研究工業(yè)機器人的目的是建立工業(yè)機器人個運動構建與手部在空間位置之間的關系，建

立機器人的手臂運動的數(shù)學模型，為控制工業(yè)機器人的運動提供分析的方法和手段，為仿真研究手臂的運動特性和設計控制器實現(xiàn)預定功能提供依據(jù)。

7.工業(yè)機器人的力學分析分為靜態(tài)力學分析和動態(tài)力學分析。靜態(tài)力學是研究操作機在靜

態(tài)條件下，手臂受力情況；動力學分析是研究操作機各主動關節(jié)驅動力與手臂的關系，從而得出工業(yè)機器人的動力學方程。

第八章柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)

1．柔性制造系統(tǒng)的定義和適用范圍

FMS是指可變的 制動的化程度較高的制造系統(tǒng)，主要包括若干數(shù)控機床加工中心，用一套自動物料搬運系統(tǒng)連接起來，由布級多級計算機系統(tǒng)進行綜合管理與控制。

適用范圍：能解決單件 小批量生產的自動化問題，也能適應大批量 多種產品的自動化問題，它把高柔性 高質量 高效率結合起來，在當前具有較強的生命力

2柔性制造系統(tǒng)的組成和結構

組成：加工系統(tǒng) 物料系統(tǒng) 能量系統(tǒng) 信息系統(tǒng)。

第二篇：機電一體化技術的應用

機電一體化技術的應用

摘要：現(xiàn)階段，隨著我國全面改革的深化，各個領域發(fā)展都加快了步伐，機電一體化的技術層面也有了優(yōu)化，對生產領域起到了很大促進作用。機電一體化技術的發(fā)展經歷了長時間積淀，發(fā)展至今已經在應用生產力層面得到了提高，對我國的經濟發(fā)展起到了積極促進作用。本文對機電一體化技術的應用進行了簡要分析。

關鍵字：機電一體化；技術；應用 1機電一體化技術的發(fā)展現(xiàn)狀

至今，機電一體化技術的應用主要在四個方面，分別是工業(yè)機器人的開發(fā)和利用、數(shù)控機床應用、分布式控制系統(tǒng)應用。工業(yè)機器人的產生能夠在一定程度上代替人類，經歷了三個發(fā)展階段，第一代機器人因為不具備高智能化水平，只能依據(jù)簡單的程序執(zhí)行簡易的工作；第二代機器人可以依據(jù)內部傳感器獲取、分析環(huán)境中的信息，做出具體的動作；第三代機器人可以在不同環(huán)境下工作。機電一體化技術的應用最成功的案例就屬數(shù)控機床，目前數(shù)控機床是一個機床是可以同時進行多個任務的操控，讓提高工作效率在很大程度上得到提高。分布控制系統(tǒng)的安全和功能水平極高，隨著測控技術的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)能夠在干生產過程中實現(xiàn)調度、處理等多種功能。

2機電一體化的應用 2.1計算機的集成

計算機集成過程中的機電一體化，其意義主要是通過對各系統(tǒng)進行整合的方式，達到將全局動態(tài)進行綜合展示的目的，因此，可以說計算機的集成在一定程度上滿足了對產品研制、生產和經營等各個流程進行有機結合的要求，為產品的開發(fā)提供了相應的信息。隨著各企業(yè)對自身集成的程度進行不斷提升，不同生產要素所具有的相關配置也得到了一定的優(yōu)化，這對于將生產要素的功效進行最大化發(fā)揮具有非常重要的意義。

2.2數(shù)控機床

研究結果表明，機電一體化在對數(shù)控機床操控的精確度進行提升過程中，起到了非常重要的作用，數(shù)控機床的模塊化結構也正是依托于該技術而產生的，除此之外，數(shù)控機床所具有的智能化技術和軟件研制也無法離開機電一體化而獨自生存，上述研究成果的發(fā)表和應用，不僅保證了數(shù)控機床功能性的有效提升，還在很大程度上為產品生產速度的提高提供了理論依據(jù)。

2.3工業(yè)機器人中的應用

將機電一體化技術應用在工業(yè)機器人當中可以細化成三個階段：①工業(yè)機器人能夠根據(jù)具體的規(guī)定要求對某一動作進行重復性地操作，而且在適應工作環(huán)境和對象變化方面能力偏弱；②工業(yè)機器人已經具備了傳感系統(tǒng)，可以及時獲取并處理與工作環(huán)境相關的狀況與信息。及時反饋，有效地控制動作。在此過程中，工業(yè)機器人也具備了低水平智能特征，可以達到實用化目標；③工業(yè)機器人與時俱進，呈現(xiàn)出智能化的發(fā)展趨勢，并且具備感知能力，而且形成了邏輯思維，可以判斷并決策，自身的環(huán)境適應力與行動力已經相對成熟。

2.4在汽車行業(yè)的應用

2.4.1汽車的打火系統(tǒng)使用機電一體化技術

原來的汽車打火系統(tǒng)接收到的打火指令信號較弱，使用時間一長，打火會很困難，影響汽車的啟動，采用機電一體化技術通過數(shù)字模式增強打火信號，提升電路傳感能力，系統(tǒng)自動對空氣和燃料質量之間進行對比，減少它們的比例，使燃料的含量提升，打火容易很多，實現(xiàn)發(fā)動機的快速反應。

2.4.2汽車的雷達系統(tǒng)使用了機電一體化技術

它的應用不僅使人們的生活更加方便，而且減少了危險因素。生活中，汽車在倒車、行駛、停車的時候，我們雖然也會減速對周圍的環(huán)境進行觀察，防止發(fā)生意外，但總會有視覺死角，在這種情況下，汽車的雷達系統(tǒng)檢測到障礙物就會自動發(fā)出警報，給駕駛員已提醒，有效的避免了事故的發(fā)生。

2.4.3汽車的制動系統(tǒng)使用了機電一體化技術

之前，汽車的制動是靠車后輪安裝的制動系統(tǒng)來完成的，是為了及時停車，保證安全，但是，隨著汽車行駛速度的提升，原來的制動作用已經難以滿足現(xiàn)代汽車的需要，因此，運用了機電一體化技術，能夠減輕汽車質量，提升車速，使得車輛在行駛狀態(tài)下遇到緊急情況也能夠實現(xiàn)快速平穩(wěn)的制動，汽車的安全性更強，制動效果更好，防止了交通事故的發(fā)生。

3機電一體化技術的發(fā)展趨勢 3.1智能化

在21世紀機電一體化的主要研究就是智能化，智能化主要針對的是機器行為，是基于控制理論，綜合運用人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學等一些新技術，讓機器能夠具有人的基礎能力，例如判斷推理、羅輯思維和自主決策的能力，通過不斷的研究，最終可以達到更高的控制要求。研究出來的機電一體化產品雖然不具備和人一樣的能力，然而微處理器具備高速度和高性能的特點，這使機電一體化的產品能夠具備低級智能或者人的部分智能完全可以在未來實現(xiàn)。

3.2微型化

微型化主要針對的是外形尺寸為毫米，元件尺寸為微米的機電裝置，從在該理論指導誕生的技術被廣泛投入使用至今，人們對微電裝置的追求始終沒有停止，這是因為該類裝置具有小巧、靈活等諸多優(yōu)點，因此，在軍事和醫(yī)療領域對其進行合理運用，可以取得事半功倍的效果。

3.3綠色化發(fā)展趨勢

新形勢下，科學技術發(fā)展的速度不斷加快，一定程度上完善了人們物質生活質量，同時也提高了居住環(huán)境的要求。因而，環(huán)境問題也逐漸成為了人們所關注的重點內容，希望可以減少對于自然生態(tài)環(huán)境的破壞。為此，在實際發(fā)展的過程中，生產產品的綠色發(fā)展逐漸成為社會目標。其中，綠色機電一體化技術備受關注與認可，能夠將自身的價值充分發(fā)揮出來，對城市生態(tài)環(huán)境予以全面保護，進一步推動城市的建設與發(fā)展。

3.4網絡化發(fā)展趨勢

隨著網絡化技術的發(fā)展與應用，一定程度上促進人們生產與生活質量的提升。網絡技術在工業(yè)生產和科學技術中的應用不斷增加，而在網絡技術發(fā)展的同時，也形成了多種多樣的高新技術，對人們生活產生了影響。對機電一體化技術的應用制造遠程監(jiān)控終端設備，在各領域中廣泛應用。而在家庭中，同樣可將機電一體化技術的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。由此可見，必須要重視機電一體化技術的網絡化應用。

結束語：綜上所述，機電一體化的發(fā)展中，技術的升級進步對機電一體化設備的優(yōu)化起到了很大促進作用。我國在機電一體化的發(fā)展中有了長足進步，但是在發(fā)展中存在著諸多不足。從理論上對機電一體化的技術進行研究分析，就能為實際機電一體化發(fā)展提供理論支持，帶動我國機電一體化領域的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]姜新嘉.淺析機電一體化技術的應用及發(fā)展趨勢[J].電子制作,2013,08:231.[2]孟慶春.機電一體化技術的應用與發(fā)展[J].科技情報開發(fā)與經濟,2012,01:115-116.[3]劉耀海.淺談機電一體化技術的應用與發(fā)展趨勢[J].信息系統(tǒng)工程,2012,10:89+95.

第三篇：機電一體化技術的應用及發(fā)展趨勢

機電一體化技術的應用及發(fā)展趨勢

摘 要：隨著我國工業(yè)生產水平的不斷提高，機電一體化技術的應用也日趨廣泛，成為現(xiàn)代工業(yè)技術發(fā)展的重要?酥局?一，了解和掌握機電一體化技術的應用和未來發(fā)展前景，也是當前機械工程領域關注和研究的重點課題之一。本文從機電一體化技術的發(fā)展入手，分析了機電一體化的發(fā)展前景趨勢，希望能借此給同行們提供一些有價值的參考。

關鍵詞：機電一體化 技術應用 發(fā)展趨勢

1.機電一體化的技術應用

機電一體化技術是面向應用的跨學科技術，是機械、微電子、信息和控制技術等有機融合、相互滲透的結果。

機電一體化技術的應用領域十分廣泛，主要應用在數(shù)控機床、計算機集成制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、工業(yè)機器人等方面。它在應用技術方面主要包括軟件和硬件兩個大的方面，其在不同領域中的具體應用的核心技術包括：

1.1在現(xiàn)代機械制造業(yè)中的應用

機械制造業(yè)的市場競爭局面緊張，而在傳統(tǒng)的機械制造行業(yè)中，規(guī)模和經濟基礎是決定市場占有率的關鍵，而社會發(fā)展到今天，制造業(yè)已經打破了單純依靠人力生產的技能傳統(tǒng)，取而代之的是電子計算機技術、敏捷制造、柔性制造、并行工程和計算機數(shù)字控制技術等高新技術制造系統(tǒng)占據(jù)了信息競爭主導地位，起到了促進生產模式創(chuàng)新和發(fā)展的作用。

1.2在鋼鐵行業(yè)中的應用

機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中的應用主要是計算機集成制造系統(tǒng)，是將人、生產經營、生產管理和整個生產管理過程的全方面有效連接的一種控制系統(tǒng)。從原料進入生產企業(yè)，到原料的加工生產和成品的發(fā)貨等全方面加以監(jiān)控的新技術應用。

1.3在飲料食品行業(yè)中的應用

機電一體化作為一種應用發(fā)展最快的新技術，在飲料食品行業(yè)的包裝機械開發(fā)、設計和制造等方面也被廣泛引入，大大提高了生產加工的自動化水平，提升了生產能力和管理效率，為企業(yè)在行業(yè)中的優(yōu)勢競爭地位奠定了基礎。

此外，機電一體化的技術應用還包括在現(xiàn)場總線技術方面和交流傳動技術方面的應用。現(xiàn)場總線技術其實就是將新型的信號傳輸技術替換成現(xiàn)場總線技術的一種方法，在有效控制的基礎上實現(xiàn)雙向的信息傳送。而交流傳動技術則是將矢量控制技術進行實用化應用的代表，是數(shù)字技術發(fā)展的產物，在未來，還將取代直流傳動技術。

2.機電一體化技術的未來發(fā)展趨勢

當前，光機電一體化技術作為一種新興的學科，在多年的發(fā)展后逐步形成了一種新興產業(yè)，并逐漸受到人們的重視。同時這也決定了當代機電一體化技術的未來發(fā)展趨勢：

2.1 模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程，這一重要發(fā)展趨勢將給所有機電一體化企業(yè)帶來光明的發(fā)展前景。使得產品種類和生產廠家繁多、單元復雜的機電一體化產品更好的被整合，對開發(fā)研制新產品和進一步擴大生產規(guī)模都將有極強的推動作用。而為了更好的避免利益沖突，還應該相應的制定相關必要的國際或國內生產標準。相關標準的制定，對生產標準機電一體化單一的企業(yè)和對生產機電一體化產品的企業(yè)來說，都會有利無害。

2.2智能化

在21世紀智能化已然成為機電一體化技術發(fā)展的一個重要方向。這一時期的人工智能應用在機電一體化技術應用研究中備受關注，其中最為典型的技術應用代表當屬機器人和數(shù)控機床的智能化應用。盡管在當前的技術條件下，機器人不可能達到與人完全相同的智能，但是其智能化的擬人應用是完全有可能，并在現(xiàn)實的生產生活中也有必要的，如何在理論控制的基礎上行，達到更高的控制目標，將是機電一體化技術智能化應用的一個重點。

2.3微型化

在20世紀80年代末期，機電一體化技術已經開始朝著微型及其和微觀領域發(fā)展，國外更是興起了一種較為微電子機械系統(tǒng)的機電一體化產品，這種體積小、耗能少、而且運動靈活的這款新產品逐漸朝著微米、納米級發(fā)展，并彰顯其在生物醫(yī)療、軍事和信息等方面應用的巨大優(yōu)勢，勢必成為未來的一大發(fā)展趨勢。但需要注意的是，這一技術的突破發(fā)展也存在一定的技術瓶頸。

2.4網絡化

20世紀90年代，計算機技術應用方面開始出現(xiàn)了網絡技術，其在工業(yè)生產和科學技術及各領域的廣泛應用，極大地影響了人們的日常生活，同時也加劇了企業(yè)間的全球化競爭趨勢，使得各企業(yè)在面臨嚴峻挑戰(zhàn)的同時也帶來了極大的發(fā)展機遇。這也就預示著，一旦研制出質量可靠、功能獨特的新的機電一體化產品，其暢銷度將快速覆蓋全球。特別是在網絡日益普及并形成了計算機技能家電系統(tǒng)的今天，家電已經和家庭網絡密切相連，這也就預示著機電一體化產品只有朝著網絡化方向發(fā)展，才能在高科技技術的應用中滿足人們的便利需求和使用快樂。

2.5綠色化

工業(yè)的發(fā)展給人們的生活帶來了巨大的影響，在提高舒適生活和物質滿足的同時，也衍生出了資源短缺和環(huán)境污染加劇等系列問題。因此，回歸自然、綠色環(huán)保健康的產品概念也開始成為社會需求的主流和時代發(fā)展的趨勢。這就要求產品在其設計、制造、使用和銷毀的全過程中，都應以盡量減少對人體健康的損傷和提高產品利用率為前提，不污染、能回收利用的新型機電一體化產品的綠色設計理念，其未來的發(fā)展前途將極其遠大。

3.結束語

眾所周知，在市場經濟體制不斷完善和競爭加劇的今天，科學技術不斷朝著整體化、交叉化、數(shù)字化和微電子技術信息技術的方向發(fā)展，機電一體化技術的應用范圍也不斷增加。只有了解其應用現(xiàn)狀，認清其未來發(fā)展趨勢大力推廣和發(fā)展，才能讓機電一體化技術在各行業(yè)中的應用，來進一步提升產品的質量和工作效率，更好的服務人們的生產生活，從而推動機械工業(yè)的發(fā)展與振興。

參考文獻

[1]王霞.機電一體化的發(fā)展與應用[J].科技資訊，2013（27）.[2]鐘六平.淺議機電一體化之控制系統(tǒng)[J].科技資訊，2013（34）.[3]李建勇.機電一體化技術[M].北京：科學出版社，2004.

第四篇：機電一體化技術及應用.doc

第五章計算機控制技

1.直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）

這類系統(tǒng)中計算機的運算和處理結果直接輸出作用于被控制對象，故稱為直接數(shù)字控制系統(tǒng) 2分布控制系統(tǒng)式

分布式綜合了計算機技術 通信技術和控制技術，采用多層分級結構的構成，從下而上的分為控制級，控制管理級和經營管理級

3傳送的方式

無條件傳送 查詢式傳送 中斷式傳送D/A轉換器是指將數(shù)字量轉換位模擬量的電路DAC0883主要是有兩個8位寄存器和一個8位D/A轉換器組成的。使用兩個寄存器的優(yōu)點是可以進行兩次緩沖操作，使該器件的應用有更大的靈活性。A/D模數(shù)轉換器是將模擬電壓轉換為數(shù)值量的器件。實現(xiàn)的方法a逼近法b雙積分法。7 STD總線的技術特點a小板結構b嚴格的標準化c面向I/O設計d高可靠性STD總線工業(yè)控制計算機

a Z80系列STD總線工業(yè)是最早開發(fā)的一種機型，特點可靠性高 價格便宜 普及面 等優(yōu)點，目前占有很大市場

b 單片機系列本身就是工業(yè)控制機，集成密度較高，作為控制應用其功能比較齊全，可靠性和抗干擾能力強數(shù)值PID調節(jié)器的設計

PID能夠較好的兼顧動態(tài)控制系能和穩(wěn)態(tài)控制系能

第六章簡單的機電一體化

1全自動洗衣機

工作時單面片機通過檢測待洗衣物的渾濁度 布質 布量和水溫等作為模糊推理的輸入條件。

第七章工業(yè)機器人

1.工業(yè)機器人的組成 操作機 驅動系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 人工智能系統(tǒng)

2.工業(yè)機器人的分類 a按操作機坐標形式分為 直角坐標型工業(yè)機器人 圓柱型 球坐 多

關節(jié)型平面關節(jié)型機器人b按控制方式分類 點位控制 連續(xù)軌道控制c 按驅動方式分類 氣動式 液壓式 電動式

3.手腕是由彎曲式關節(jié)和轉動式關節(jié)組成。兩自由度腕關節(jié)來說有RR和BR兩個結構，對于三個自由度 BBR BRR RBR RRR RBB五種表示p表示俯仰Y表示擺動R表轉動

4.手部很據(jù)其結構和用途不同可以分為機械夾持器 專用工具和萬能手三類

5.機械夾持器分為 回轉式 移動式 內撐式

6.研究工業(yè)機器人的目的是建立工業(yè)機器人個運動構建與手部在空間位置之間的關系，建

立機器人的手臂運動的數(shù)學模型，為控制工業(yè)機器人的運動提供分析的方法和手段，為仿真研究手臂的運動特性和設計控制器實現(xiàn)預定功能提供依據(jù)。

7.工業(yè)機器人的力學分析分為靜態(tài)力學分析和動態(tài)力學分析。靜態(tài)力學是研究操作機在靜

態(tài)條件下，手臂受力情況；動力學分析是研究操作機各主動關節(jié)驅動力與手臂的關系，從而得出工業(yè)機器人的動力學方程。

第八章柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)

1．柔性制造系統(tǒng)的定義和適用范圍

FMS是指可變的 制動的化程度較高的制造系統(tǒng)，主要包括若干數(shù)控機床加工中心，用一套自動物料搬運系統(tǒng)連接起來，由布級多級計算機系統(tǒng)進行綜合管理與控制。

適用范圍：能解決單件 小批量生產的自動化問題，也能適應大批量 多種產品的自動化問題，它把高柔性 高質量 高效率結合起來，在當前具有較強的生命力

2柔性制造系統(tǒng)的組成和結構

組成：加工系統(tǒng) 物料系統(tǒng) 能量系統(tǒng) 信息系統(tǒng)。

第五篇：30453自考機電一體化技術及應用小抄

1機電一體化：應用機械技術、傳感檢測技術、信息處理技術、自動控制技術、伺服傳動技術和系統(tǒng)總體技術等多學科技術領域綜合交叉的技術密集型系統(tǒng)工程 2滾珠花鍵：一種傳動裝置又是直線運動支撐 3傳感器：借助于檢測元件接收一種形式的信息，并按一定規(guī)律將它轉換成另一種信息的裝置 4電容傳感器：將被測非電量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器 5電感式傳感器：把被測量變化轉換成線圈自感或互感變化的裝置 6同步感應器：一種應用電磁感應原理制造的高精度檢測原件 7鑒相式：根據(jù)感應電勢的相位來鑒別位移量

8直流測速機：一種測速元件，實際上就是一臺微型的直流發(fā)電機 9接觸式傳感器：獲取兩個物體是否已接觸的信息的傳感器

10接近式傳感器：判別在某一范圍內是否有某一物體的傳感器

11程控增益放大器：利用計算機采用軟件控制的辦法來實現(xiàn)增益的自動變換

12隔離放大器：具有防止電網電壓等對測量回路損壞的功能的放大器

13采樣/保持器：使輸入信號處于采樣狀態(tài)的器件

14軟件數(shù)字量非線性校正：利用計算機軟件進行非線性補償

15數(shù)字濾波：通過一定的計算或判斷來提高信噪比

16中值濾波法：在三個采樣周期內連續(xù)采樣讀入三個檢測信號，從中選擇一個居中的數(shù)據(jù)作為有效信號

17伺服：在控制指令的指揮下，控制驅動原件，使機械系統(tǒng)的運動部件按照指令要求進行運動

18直流伺服系統(tǒng)：采用直流伺服電動機作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)

19旋轉變壓器：一種輸出電壓隨轉角變化的角位移測量裝置 20相敏放大器（鑒幅器）：將交流電壓轉換為與之成正比的直流電壓，并使它的極性與輸入的交流電壓的相位相適應的放大器

21占空比：高電平在一個周期之內所占的時間比率

22檢測誤差：由檢測元件引起的誤差 23原理誤差：由系統(tǒng)結構和輸入信號引起的誤差

24擾動誤差：負載擾動引起的誤差 25交流伺服系統(tǒng)：采用交流伺服電動機作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)

26變頻調速：改變異步電動機的供電頻率，可以改變其同步轉速，實現(xiàn)調速運行

27恒磁通變頻調速：保持電動勢與頻率之比為常數(shù)進行控制

28恒功率變頻調速：保持電動機的額定功率不變，改變負載的速度

29調制波和載波：以所期望的波形作為調制波，而受它調制的信號稱為載波

30載頻比：三角載波的頻率跟正弦調制波的頻率之比

31同步調制：改變正弦調制波頻率的同時成正比的改變三角載波的頻率，是載頻比保持不變

32異步調制：改變正弦調制波頻率的同時，三角載波頻率保持不變，使載頻比不斷變化

33步距角：步進電動機每步轉過的角度

34最高起動頻率：空載時，步進電動機由靜止突然起動，并不失步地進入穩(wěn)速運行，所允許的起動頻率的最高值

35最高工作頻率：步進電動機連續(xù)運行時所能接受的最高頻率

36電液速度伺服控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出量為速度，將此速度反饋到輸入端，并與輸入量比較，實現(xiàn)對系統(tǒng)的速度控制的系統(tǒng) 37電液力伺服控制系統(tǒng)：以力或壓力為被控制物理量的控制系統(tǒng)

38D/A轉換器：將數(shù)字量轉換成模擬量的電路

A/D轉換器：將模擬電壓轉換成數(shù)字量的器件

40集散控制系統(tǒng)（DCS）：由計算機技術、信號處理技術、檢測技術、控制技術、通信技術和人機接口技術相互發(fā)展、滲透而產生的新型工業(yè)計算機控制系統(tǒng)。對生產過程進行集中監(jiān)視、操作、管理、和分散控制

STD總線：一個通用工業(yè)控制的8位微型機總線

42單片微計算機：將CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)、多功能I/O、通信控制器，甚至圖形控制器、高級語言、操作系統(tǒng)等都集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上的計算機

43模糊推理：從不精確的前提集合中得出可能不精確結論的推理

44工業(yè)機器人：一種機械裝置，具有通用性；可以再編程；有自動控制系統(tǒng)，可在無人參與下自動完成動作。45柔性制造系統(tǒng)（FMS）：可變的、自動化程度較高的制造系統(tǒng)

46計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）：是運用系統(tǒng)工程的整體優(yōu)化觀點，在人的核心作用下將現(xiàn)代信息技術與生產技術結合起來，從信息技術和組織上將全生產過程的各項工作系統(tǒng)和信息系統(tǒng)連接起來的生產系統(tǒng) 47 DDC：直接數(shù)字控制系統(tǒng) 48 SCC：監(jiān)督控制系統(tǒng) 49 DCS：分布式控制系統(tǒng) 50 PWM：脈寬調制型

1.機電一體化的理論基礎和物質基礎 系統(tǒng)工程、控制論和信息論是理論基礎。微電子技術的發(fā)展，半導體大規(guī)模集成電路制造技術的進步是物質基礎。

2.機電一體化系統(tǒng)的基本要素與各要素的作用

（1）機械本體（2）動力部分（3）傳感檢測部分（4）執(zhí)行部分（5）驅動部分（6）控制與信息處理部分（7）接口

3.機電一體化六個關鍵技術及作用（1）機械技術：是機電一體化的基礎（2）傳感檢測：是機電一體化系統(tǒng)的感官（3）信息處理技術：信息的交換、存取、運算、判斷和決策（4）自動控制技術：實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的目標最佳化（5）伺服傳動技術：在控制指令的指揮下，控制驅動元件，使機械的運動部件按照指令要求運動，并具有良好的動態(tài)性能（6）系統(tǒng)總體技術：將各有關技術協(xié)調配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化

4.現(xiàn)代機械的機電一體化目標

（1）提高精度（2）增強功能（3）提高生產效率，降低成本（4）節(jié)約能源，降低能耗（5）提高安全性、可靠性（6）改善操作性和實用性（7）減輕勞動強度，改善勞動條件（8）簡化結構，減輕重量（9）降低價格（10）增強柔性應用功能

5影響機電一體化系統(tǒng)中傳動鏈的動力學性能的因素

（1）負載的變化（2）傳動鏈慣性（3）傳動鏈固有頻率（4）間隙、摩擦、潤滑和溫升

6主要間隙類型和消隙措施

齒側間隙、傳動間隙、軸向間隙、扭轉間隙。齒側間隙：剛性消隙法、柔性消隙法。軸向間隙：調整墊片的厚度。

7傳感器的選用原則

（1）足夠的容量（2）與測量或控制系統(tǒng)的匹配性好，轉換靈敏度高（3）精度適當，穩(wěn)定性高（4）反應速度快，工作可靠性好（5）適用性和適應性強（6）使用經濟

8光電式轉速傳感器的結構和測速原理

由帶縫隙圓盤、光源、光電器件和指示縫隙盤組成。光源發(fā)出的的光通過縫隙圓盤和指示縫隙照射到光電器件上，圓盤轉動時，圓盤每轉一周，光電器件輸出與圓盤縫隙數(shù)相等的電脈沖，根據(jù)測量時間內的脈沖數(shù)，可測出轉速

9接近式位置傳感器的分類

（1）電磁式（2）光電式（3）靜電容式（4）氣壓式（5）超聲波式 10測量放大器的特點

（1）具有很高的共模抑制比（2）高增益（3）低噪聲（4）高輸入阻抗 11隔離放大器的特點

（1）能保護系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對低壓信號系統(tǒng)的損壞（2）泄漏電流低，對于測量放大器的輸入端無須提供偏流返回通路（3）共模抑制比高，能對直流和低頻信號進行準確安全的測量

12常用的集成采樣/保持器系列

用于一般目的：AD582、AD583、LF198。用于高速場合：HTS-0025、HTS-0010、HTC-0300。用于高分辨率場合：SHA1144 13數(shù)字濾波的優(yōu)點

（1）由程序實現(xiàn)，不需要增加任何硬件設備，也不存在阻抗匹配問題，可以多個通道共用，節(jié)約投資，提高可靠性、穩(wěn)定性（2）可以對頻率很低的信號實現(xiàn)過濾（3）靈活性好，可用不痛的濾波程序實現(xiàn)不痛的濾波方法，或改變?yōu)V波器的參數(shù) 14常用的數(shù)字濾波方法

（1）算術平均值法（2）中值濾波法（3）防脈沖干擾平均值法（4）程序判斷濾波法

15伺服系統(tǒng)的結構組成

（1）控制器（2）功率放大器（3）執(zhí)行機構（4）檢測裝置 16PWM控制電路的組成

（1）脈沖調制器（2）邏輯延時環(huán)節(jié)（3）晶體管基極驅動器 17直流測速機的輸出特性

當負載電阻趨于無窮大時，輸出電壓與轉速成正比。隨著負載電阻變小，輸出電壓下降，而且輸出電壓與轉速之間并不能嚴格保持線性關系。18永磁式測速機原理

恒定磁通由定子產生，當轉子在磁場中旋轉時，電樞繞組中即產生交變的電勢，經換向器和電刷轉換成與轉子速度成正比的直流電路

19步進電機功率放大器的功能

將環(huán)形分配器的輸出信號進行功率放大，得到步進電動機控制繞組所需的脈沖電流及所需的脈沖波形 20集成采樣/保持器的特點

采樣速度快、精度高、下降速度慢 L398的特點

采樣速度高、保持電壓下降慢、精度高

22常用非線性軟件處理方法及應用場合

（1）計算法：當輸出電信號與傳感器的參數(shù)之間有確定的數(shù)字表達式時，可采用計算法進行。（2）查表法：用匯編語言編寫程序運算都比較復雜，甚至無法建立相應的數(shù)學模型的參數(shù)計算。（3）插值法：占用內存單元多，表格編制麻煩的運算用插值法減少列表點和測量次數(shù)。

23插值法的計算機實現(xiàn)步驟

（1）用實驗法測出傳感器的變化曲線（2）將上述曲線進行分段，選取各插值基點（3）確定并計算出各差指點的值，及兩相鄰插值點的擬合直線的斜率，并存放在存儲器中（4）計算取出X-Xi（5）找出X所在的區(qū)域，并取出該段的斜率（6）計算Ki（X-Xi）（7）計算結果y

24伺服電動機的基本要求

（1）寬廣而平滑的調速范圍（2）較硬的機械特性和良好的調節(jié)特性（3）快速響應（4）空載始動電壓小

25永磁直流伺服電動機特點應用范圍 體積小、轉矩大、力矩和電流成比例、伺服性能好、反應速度快、功率體積比大、功率重量比大、穩(wěn)定性好。應用于辦公自動、化工廠自動化、國防工業(yè)、家用電器、儀表

26無槽電樞直流伺服電動機特點應用范圍

轉動慣量小、機電時間常數(shù)小、換向良好。用于需快速動作、功率較大的伺服系統(tǒng)

27空心杯電樞直流伺服電動機特點應用范圍

轉動慣量小、機電時間常數(shù)小、轉向好、低速運轉平滑、快速響應、壽命長、效率高。用于快速動作的伺服系統(tǒng)。如機器人的腕、臂關節(jié)

28印刷繞組直流伺服電動機特點應用 轉向好、旋轉平穩(wěn)、機電時間常數(shù)小、快速響應、低速運轉性能好、能承受頻繁的可逆運轉。試用于低速和起動、反轉頻繁的伺服系統(tǒng)

29反應式步進電動機特點

（1）氣隙小（2）步距角?。?）勵磁電流較大（4）電動機內部阻尼較?。?）斷電時沒有定位轉矩

30永磁式步進電動機特點

（1）步距角大（2）控制功率較小，效率高（3）電動機內部阻尼較大，單步運行振蕩時間短（4）斷電時有一定的定位轉矩

31永磁感應式步進電動機（混合式步進電動機）特點

（1）步距角?。?）響應頻率高（3）勵磁功率?。?）效率高 32晶閘管SCR特性

（1）具有正反向阻斷能力（2）陽極和控制極同時加正向電壓時晶閘管導通

33功率晶體管GTR工作的三種狀態(tài) 截至、有源、放大飽和狀態(tài)

34絕緣柵雙極晶體管IGBT特性

（1）高電流密度（2）低飽和電壓（3）高輸入阻抗（4）高速特性

SPWM變頻調速系統(tǒng)的組成及各部分的作用

（1）絕對值運算器：根據(jù)電動機的要求給定電位器輸出電壓（2）函數(shù)發(fā)生器：實現(xiàn)調速過程中電壓和頻率的協(xié)調關系（3）邏輯控制器：根據(jù)定電位器送來的電壓，經邏輯開關，使控制系統(tǒng)的SPWM波輸出相應的相序送到逆變器，實現(xiàn)電動機的正反轉及停止。還要完成各種保護控制 36電液伺服系統(tǒng)的特點

響應速度快、輸出功率大、結構緊湊37計算機控制系統(tǒng)的硬件組成

主機、外圍設備、過程輸入輸出設備、人機聯(lián)系設備和通信設備等 38計算機控制系統(tǒng)的軟件組成

（1）系統(tǒng)軟件：匯編語言、高級語言、控制語言、數(shù)據(jù)結構、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、通信網絡軟件（2）應用軟件：輸入程序、輸出程序、控制程序、人機接口程序、打印顯示程序、各種公共子程序

39計算機控制系統(tǒng)的類型

（1）操作指導控制系統(tǒng)（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（3）監(jiān)督控制系統(tǒng)（4）分布式控制系統(tǒng)

40計算機控制技術的發(fā)展方向

可靠性不斷提高，成本不斷降低，功能模塊化，控制智能化。41接口方式的種類

（1）人機通道及接口技術（2）檢測通道及接口技術（3）控制通道及接口技術（4）系統(tǒng)間通道及接口技術 42并行接口傳輸數(shù)據(jù)類型和傳輸方法 數(shù)字量、開關量。無條件傳送、查詢式傳送、中斷傳送

43可編程序控制器PLC的特點

（1）工作可靠（2）可與工業(yè)現(xiàn)場信號直接連接（3）積術式組合（4）編程操作容易（5）易于安裝及維修 44單回路調節(jié)器特點

（1）實現(xiàn)了儀表和微機一體化（2）具有豐富的運算和控制功能（3）有專用的系統(tǒng)組態(tài)器（4）人機接口靈活（5）便與級間通信（6）有繼電保護和自珍斷功能

8255芯片的端口及功能

（1）數(shù)據(jù)總線驅動器：與系統(tǒng)總線相連，實現(xiàn)CPU與接口之間的信息傳遞（2）并行I/O端口：功能由程序決定（3）讀/寫控制邏輯：用于管理所有的數(shù)據(jù)或狀態(tài)字的傳送（4）A組和B組控制：接收來自讀/寫控制邏輯的命令和內部數(shù)據(jù)總線的控制字，并向對應端口發(fā)出適當?shù)拿?/p>

8255芯片的三種工作方式

方式0：基本輸入/輸出方式。方式1：選通輸入/輸出方式。方式2：帶選通雙向總線I/O方式 47常用現(xiàn)場總線（1）PC總線工業(yè)控制計算機（2）STD總線工業(yè)控制計算機（3）Q-BUS（4）Multibus（5）VME bus 48 STD總線的特點

（1）小板結構（2）嚴格的標準化（3）面向I/O的設計（4）高可靠性

49對工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的基本要求（1）實現(xiàn)對工業(yè)機器人的位姿、速度、加速度等控制功能（2）方便的人機交互動能（3）具有對外部環(huán)境的檢測和感覺功能（4）具有診斷、故障監(jiān)視等功能