机电一体化系统设计第一章

机电一体化系统设计
第一章 绪论
第一节 机电一体化基本概念
机电一体化技术基础包括： 1、机械技术、2、计算机与信息处理技术、3、 检测与传感技术、4、自动控制技术、5、伺服驱 动技术、6、系统总体技术－现代高新技术群， 简称六项共性关键技术。

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第一章 绪论
第一节 机电一体化基本概念
5.机电一体化伺服和控制系统的设计方法
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第一章 绪论
全课程共分七章
第一章 机电一体化概论 第二章 机械系统设计 第三章 接口设计 第四章 检测系统设计 第五章 伺服系统设计 第六章 控制系统设计 第七章 机电一体化总体设计 前五章为主要内容，二、三、四、五章为重点

机电融合型：根据产品功能、性能要求和技术规 定专门设计。采用专门的设计硬件，使产品结构 更加紧凑，设计更加灵活，成本更低/更深层次 的机电结合——传真机、复印机、摄像机磁盘驱 动器、CNC数控机床等。
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第一章 绪论
第一章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
机电一体化概论
第一章 绪论
第三节 机电一体化产品（系统）构成
二、机电一体化系统的功能构成 1、宏观分析（外部） 抽象化地表明系统的功能，对工业三大要素 ：物质、能量、信息进行变换、传递、储存，产 生新的物质、能量和信息。
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第一章 绪论
第三节 机电一体化产品（系统）构成

机电一体化系统对工业三大要素的作用

机电一体化特点：
在机械产品中注入了过去所没有的新技术，把电 子器件的信息处理和自动控制等功能“揉和”到 机械装置中去，从而获得了过去单靠某种技术无 法实现的功能和效果。
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第一章 绪论
第一节 机电一体化基本概念

机电一体化的实质： 用系统工程的观点和方法来分析和研究机电一体 化产品或系统，综合运用现代高新技术，通过各 种技术的有机结合，实现产品内部各部分合理匹 配和整体效能最佳。
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第五节 机电一体化共性关键技术
二、计算机与信息处理技术 信息处理技术包括信息的交换、存取，运算 、判断和决策等,实现信息处理的工具是计算机。 计算机技术包括计算机硬件技术和软件技术、网 络与通信技术、数据库技术等。在机电一体化产 品中计算机与信息处理装置指挥整个产品的运行 。
第一章 Fra Baidu bibliotek论
机电一体化系统设计
一门综合性专业技术课程
先修课程：


电子技术 测试技术 自动控制基础 机电传动控制

微机原理与应用 电器与PLC 机械设计
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机电一体化系统

机电一体化系统应用领域
工业自动化 办公自动化 家庭自动化

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机电一体化系统设计
第一章 绪论
第三节 机电一体化产品（系统）构成
机电一体化系统设计
第一章 绪论
第三节 机电一体化产品（系统）构成
一、机电一体化系统的构造要素 机械系统（机构） 电子信息处理系统（计算机） 动力系统（动力源） 传感检测系统（传动器） 执行元件系统（如电机）
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第二节 机电一体化发展概况

二战后，日本潜心发展机电一体化技术，经过三 十多年的发展，到七十年代已经在工业自动化、 办公自动化、家庭自动化方面形成一系列产品， 比如数控机床、传真机、打印机、家用电器等， 到了八十年代在世界机电一体化技术和欧美一样 处于领先地位。大大提升了日本国的科技水平， 提升了综合国力。总结大国发展的进程，机电一 体化技术的发展是一个重要基础。
机电一体化基本概念 机电一体化发展概况 机电一体化产品（系统）构成 机电一体化产品分类 机电一体化共性关键技术 机电一体化系统设计路线
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第五节 机电一体化共性关键技术
机电一体化是多种技术学科相互交叉、渗透而 形成的一门综合性学科，所涉及的领域非常广泛。 概括说机电一体化共性关键技术主要有下述六项。
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第五节 机电一体化共性关键技术
三、检测与传感技术 检测与传感技术的研究对象是传感器及其信 号检测装置。机电一体化产品中，传感器作为感 受器官，将各种内外信息通过相应的信号检测置 反馈给控制及信息处理装置。因此检测与传感是 实现自动控制的关键环节。

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第一节 机电一体化基本概念

定义（日）：机电一体化乃是在机械的主功能、 动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技 术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机的 结合而构成的系统的总称。 定义（英）：机电一体化是机械工程、电子学和 智能控制算法在产品设计和制造过程中的协同整 合。
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第一节 机电一体化基本概念

机电一体化技术比起传统的机械技术和电子技术 只有几十年的历史，是近三十多年才发展起来的 新型边缘学科。二战时期发明的雷达系统是机电 一体化系统的最早的产品。
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第一章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
机电一体化概论
机电一体化基本概念 机电一体化发展概况 机电一体化产品（系统）构成 机电一体化产品分类 机电一体化共性关键技术 机电一体化系统设计路线
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第三节 机电一体化产品（系统）构成

对物质－加工机（加工中心、数 机器人等）
控机床、工业

对能量－动力机（电动机、水轮机、内燃机等） 对信息－信息机（测试仪器、仪表、打印机等）

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第三节 机电一体化产品（系统）构成
2、微观部分（内部） 为了实现上面的目的，系统内部必须具备五 大功能要素： 主功能或称操作功能（完成目的功能必须的）、 动力功能、控制功能、计测功能、构造功能。

机械技术 计算机与信息处理技术 检测与传感技术

自动控制技术 伺服驱动技术 系统总体设计技术
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第五节 机电一体化共性关键技术
一、机械技术 主功能、构造功能主要靠机械技术实现。相 对传统的机械技术有不同，对机械技术提出了更 高的技术要求。新材料，新工艺，新原理，新机 构等的不断出现，现代设计方法的不断发展完善 ，以满足减轻重量、缩小体积，提高精度和刚度 ，改善性能的产品要求。



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第三节 机电一体化产品（系统）构成

五大功能要素和构造要素对应关系
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第三节 机电一体化产品（系统）构成
三、机电一体化系统构成要素的联接 五个基本组成要素之间并非简单拼凑而成，工作 中它们各行其职，相互协调、补充，共同完成目 的功能。 即在机械本体的自持下，由传感器检测运行状态 及环境变化，将信息反馈给计算机对计算机进行 处理，并按要求控制动力源驱动执行机构工作， 在结构上各组成要素通过各种接口和相关软件有 机的结合在一起，构成一个内部合理、外部效能 最佳的产品。
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第一节 机电一体化基本概念

机电一体化的效果： 对社会 —技术进步，可持续发展 对制造商—产品的技术附加值高 对用户 —科技创造美好生活
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第一节 机电一体化基本概念
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第一章 绪论
机 电 一 体 化 产 品 的 范 畴
机电一体化系统设计
工业自动化领域-数控机床
第一章 绪论
机电一体化系统设计
工业自动化领域-机器人
第一章 绪论
机电一体化系统设计
第一章 绪论
机电一体化系统

机电一体化系统应用领域
工业自动化 办公自动化 家庭自动化

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办公自动领域
机电一体化系统设计
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机电一体化系统

机电一体化系统应用领域
工业自动化 办公自动化 家庭自动化

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家庭自动化
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第一章 绪论
自动化设备都有共同的组成要素

由控制器控制机械运动
信息系统
机械系统
机电一体化 技术把有机 结合
计算机 系统 电气系统
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第一章 绪论
我们学什么？(理念、系统整合）
1、机电一体化的基本概念 ，对机电一体化有一个全面、正 确的认识 2.机电一体化机械系统传动、导向、执行机构的设计和选择 方法 3.机电一体化系统的接口技术 4.机电一体化检测系统的组成环节，模拟信号和数字信号的 检测与处理方法

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第一章 绪论
第一章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
机电一体化概论
机电一体化基本概念 机电一体化发展概况 机电一体化产品（系统）构成 机电一体化产品分类 机电一体化共性关键技术 机电一体化系统设计路线
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第一节 机电一体化基本概念

机电一体化以机械、电子技术为主的多门技术学 科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起 来的一门高新、综合技术学科。其英文名字 Mechatronics。 机电一体化是机械与电子技术有机结合的产物， 还在不断发展。
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第三节 机电一体化产品（系统）构成
五大功能要素 主功能或操作功能－实现目的功能（与执行机构
相对应）。 动力功能－向系统提供动力，让系统得以运转。 计测功能－获取外部或内部信息。 控制功能－对整个系统实施控制。 构造功能－构成系统的子系统和元部件维持所定 的时间和空间上相互关系所必须的功能
机电一体化技术是科学技术发展的必然趋势，是 21世纪的主流技术之一。
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第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
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机电一体化基本概念 机电一体化发展概况 机电一体化产品（系统）构成 机电一体化产品分类 机电一体化共性关键技术 机电一体化系统设计路线
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第三节 机电一体化产品（系统）构成
系统性能在很 大程度上取决 于接口性能。 机电一体化 设计：接口 设计。
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第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
机电一体化概论
机电一体化基本概念 机电一体化发展概况 机电一体化产品（系统）构成 机电一体化产品分类 机电一体化共性关键技术 机电一体化系统设计路线
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第一章 绪论
第二节 机电一体化发展概况

自改革开放以来，由国家科委和机械电子工业分 别组织专家根据我国的国情对发展机电一体化的 目标，原则、层次和途径进行了深入而广泛的研 究，制定了一系列的有利于机电一体化的发展的 政策法规，确定了数控机床、工业自动化控制仪 表、工业机器人、汽车电子化等15个发展领域及 6项共性关键技术的研究方向的课题；并明确提出 要使我国的机电一体化产品产值比率发展目标。
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第一章 绪论
第四节 机电一体化产品分类
根据机电结合程度和形式的不同，机电一体 化产品分： 功能附加型 功能替代型 机电融合型

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第四节 机电一体化产品分类

功能附加型：在原有的基础上，采用微电子技术 使产品功能增强，性能得到适当的提高。如 经济 型数控机床、电子称、数显量具、自动化洗衣机 等。

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第一节 机电一体化基本概念



机电一体化技术：即技术基础、技术原理、使机 电一体化产品得以实现、使用和发展的技术。 机电一体化产品：即采用机电一体化技术，产生 出来的新一代产品。 机电一体化目的 ：使产品具有多功能、高效率、 高智能、高可靠性、省材、省能、轻薄、细、巧 。
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第四节 机电一体化产品分类

功能替代型：用微电子技术及装置取代原产品中 的机械控制功能、信息处理或主功能，使产品结 构简化、性能提高、柔性增加。如电子缝纫机， 自动照相机，线切割加工机床，激光手术器（取 代了主功能）
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第一章 绪论
第四节 机电一体化产品分类
机电一体化系统设计
第一章 绪论
第二节 机电一体化发展概况

机电一体化领域已经渗透到各个领域中。电冰箱 、全自动洗衣机、录象机等家用电器；电子打印 机、复印机、传真机等办公自动化设备；脑CT、 核磁共振成像诊断仪、光纤束内窥镜等医疗器械 ； 数控机床、工业机器人、自动化物料搬运车等 机械制造设备；以及由微机控制正时点火、燃油 喷射、排汽净化等交通设备等等，都是典型的机 电一体化产品。