机电一体化机电一体化系统总体设计技术

合集下载

机电一体化系统的设计与控制

机电一体化系统的设计与控制引言机电一体化系统是现代制造业中不可或缺的重要模块，其设计与控制的高效与准确性对于生产效率的提升至关重要。

本文将介绍机电一体化系统的设计与控制相关的理论和方法，以及应用领域与未来发展方向。

一、机电一体化系统的概述机电一体化系统是将机械、电子、计算机等多个学科领域的知识与技术融合在一起，实现系统化、自动化、智能化的综合系统。

它通过将机械部件、传感器、执行器、电气控制和计算机控制等组合在一起，实现对工业操作的控制和监测。

机电一体化系统的设计与控制主要涉及到传感器、执行器、控制算法、通信协议、数据采集与处理等方面。

二、机电一体化系统的设计1. 传感器的选择与布局传感器是机电一体化系统中重要的组成部分，用于获取实时的物理量信息。

在设计机电一体化系统时，要根据具体的应用需求选择适合的传感器，并合理布局以保证数据采集的准确性和稳定性。

常用的传感器有温度传感器、压力传感器、力传感器等。

2. 执行器的选型与控制执行器是机电一体化系统中负责动作执行的元件，如电机、液压缸等。

在设计机电一体化系统时，要根据需要选择合适的执行器，并进行相应的控制。

常用的控制方法有开关控制、模拟控制和数字控制等。

3. 控制算法的设计与优化控制算法是机电一体化系统中实现对系统运动的控制的核心。

在设计控制算法时，需要综合考虑系统的动力学模型、控制对象和限制条件，并运用优化理论和方法进行算法的设计与优化，以提高系统的性能和稳定性。

三、机电一体化系统的控制机电一体化系统的控制主要包括开环控制和闭环控制两种方式。

1. 开环控制开环控制是指在控制过程中，输出变量不作为输入变量的反馈信号，而仅通过预先设定的控制输入进行控制。

开环控制简单易实现，但在面对外界变化和干扰时缺乏自适应性和稳定性。

2. 闭环控制闭环控制是指在控制过程中，通过与感知到的输出信号进行比较，并将差异作为反馈信号，经过控制器进行处理后再作为控制输入量，以实现对系统输出的精确控制。

机电一体化系统设计最终讲课文档

现在六页，总共三百二十六页。
第一章绪论
第一节机电一体化的定义第二节机电一体化系统设计的目标与方法第三节机电一体化的相关技术第四节机电一体化系统的基本功能要素第五节本课程的目的和要求
现在七页，总共三百二十六页。
现在八页，总共三百二十六页。
第一节机电一体化的定义
传统机械：主要以力学为理论基础，以经验为实践基础；
现在三十一页，总共三百二十六页。
第四节机电一体化系统的基本功能要素
现在三十二页，总共三百二十六页。
第四节机电一体化系统的基本功能要素
现在三十三页，总共三百二十六页。
第四节机电一体化系统的基本功能要素
现在三十四页，总共三百二十六页。
第四节机电一体化系统的基本功能要素
机械本体（机械系统）
提高生产效率
节约能源，降低能耗
提高安全性、可靠性
现在十三页，总共三百二十六页。
第二节机电一体化系统设计的目标与方法
改善操作性和实用性减轻劳动强度，改善劳动条件简化结构，减轻重量降低价格增强柔性应用功能
现在十四页，总共三百二十六页。
第二节机电一体化系统设计的目标与方法
机电一体化技术方向
现在三十六页，总共三百二十六页。
第四节机电一体化系统的基本功能要素
传感检测单元对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到控制信息处理单元，经过分析、处理产生相应的控制信息。对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰
现在三十七页，总共三百二十六页。
第三节机电一体化的相关技术
自动控制技术自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标最佳化。机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。

机电一体化系统总体设计-设计过程示例

P-N5 250t座式焊接变位机德国诺威尔重型机器制造有限公司
HB-60t型焊接变位机成都焊研威达自动焊接设备有限公司
两自由度变位机意大利Innse-Berardi公司
加氢反应器的两自由度变位机法国Framatome公司
b.概念设计
2）工艺可实现性
概念设计
5）避免不良结构性
概念设计：通过构思确定设计任务和用简图形式表达的设计问题的一个求解轮廓。
启动、
变速
仪表显
照明
其他
换
递与分
铲斗
推压
移停
示
动止
）（
配
制
动
）
3、功能元组合——相容矩阵法
方案序号
1
2
分功能
A
推压
齿条
钢丝绳
B
铲斗
正铲斗
反铲斗
C
提升
油缸
绳索
D
回转
内齿轮传动外齿轮传动
E
能量转换
柴油机
F 能量传递与分配齿轮箱
油泵
G
制动
带式制动阐瓦制动
H
变速
液压式
齿轮式
I
行走
θ3
K
F0 2 B
x3 GK α
1
y3
D η
G1：滑块的重力
F2 1 θ 2
x2 G2：引导螺丝的重力
GK：各运动部件的重力
C
θ1
F0 1
y2
G1
F1 2
G2 x0
x1
y0 y1
A
液压缸驱动曲柄摇块机构方案
液压缸驱动曲柄摇块机构方案

第二讲-机电一体化系统总体方案设计

③ 伺服驱动系统的工作可靠性直接影响整个系统的可靠性。
④ 伺服驱动系统的成本对系统的成本影响很大。 ⑤ 伺服驱动系统对系统的噪声、对环境的影响起决定作用。
1.4 控制系统方案设计
1、伺服驱动方案设计（2）对伺服驱动系统的要求
① 好的动、静态指标。
② 合理的结构，体积小、重量轻。
③ 高效率、低功耗。
2、计算机控制系统方案
（2）基于系统规模的控制方案设计
①分级控制
特点：功能分散、任务分散、维护容易、可靠性高，适用于回路较多的控制系统。上位机：实现命令及数据的输入、状态显示，接受下位机反馈回来的信息，经过轨迹规划、控制算法，向下位机发出控制命令。下位机：接受上位机发来的信息并向上位机反馈工作状态，完成反馈信息采样、滤波算法、伺服控制算法和控制信号的输出。
① 总体结构方案设计：包括总体结构方案设计、布局及外
观设计等内容。
② 驱动方案设计：包括传动方案设计、驱动方式设计和驱
动元件选择等内容。
③ 控制方案设计：包括计算机控制方案设计、伺服控制方
案设计和接口方案设计等内容。
④ 人机工程设计：包括人机接口设计和人机环境设计等内
容。
⑤ 可靠性设计：包括系统可靠性和人机安全性设计及评价
1.5 可靠性设计
（4）冗余设计
冗余设计也成为储备设计，常用的方法有： ①在满足产品性能要求的前提下，尽可能简化产品结构，次要部件和不必要的复杂机构只会增加产品发生故障的概率。 ②提高产品各部件的可靠性。 ③在可靠性低的部件上使用并联储备。 ④采用冷储备，即在部件出现故障时，由备用部件自动转入工作。 ⑤维修维护，即更换或修理故障部件，与冷储备不同之处，在于部件不是自动转入工作。 ⑥预防性维修，即不论部件是否发生故障，到了一定的工作周期均用新部件取代旧部件。

机电一体化系统设计

1. 机电一体化技术（或产品）的定义定义：在机械的主功能，动力功能，信息功能，控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机的结合所构成的系统的总称。

2. 机电一体化系统或产品设计的目的是什么？主要目的：增加机械系统或产品的附加值和自动化程度3. 机电一体化系统（产品）的主要构成单元或组成部分有哪些？机械系统，电子信息处理系统，动力系统，传感系统，执行控制系统4、简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。

机电结合设计方法是将个组成要素有机的结合为一体而构成专用或通用的功能部件，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分5、简述机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法，特点是什么？。

机电一体化系统的机电组合设计方法是将用结合法制成的功能部件，功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统，特点是可以缩短设计与研制周期，节约工装设备费用，且有利于生产管理，使用和维修。

6. 机械传动系统在机电一体化系统（产品）中的基本功能和作用是什么？机械传动系统在机电一体化系统中的基本功能是传递力/转矩和速度/转速。

实质上是一种转矩，转速变换器。

作用是使执行原件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。

7. 简答机电一体化机械传动的主要功能，目的，基本要求。

功能：传递力/转矩和速度/转速目的：使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。

基固本要求：转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。

8. 机电一体化系统（产品）的机械部分与一般机械系统相比，应具备哪些特殊要求？1.较高的定位精度。

2.良好的动态响应特性－响应快，稳定性好，收敛时间合理。

3。

无间隙，低摩擦，低惯量，大刚度。

4。

高的消振频率，合理的阻尼比。

9. 简述滚珠丝杠传动装置的组成，结构和应用特点。

滚珠丝杠传动装置的组成由带螺旋槽的丝杆，螺母，滚动元件，回珠装置组成。

结构：丝杆轻动时，带动滚珠螺纹滚道滚动，为阻止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端没有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠滚动的闭合通路。

机电一体化系统总体设计与实例分析-智能洗衣机

实例运行效果测试与分析
测试目的
对智能洗衣机的各项功能进行测试，验证其性能和可靠性。
测试方法
按照标准操作程序，对洗衣机的各项功能进行测试，记录数据并进行分析。
测试结果
经过测试，智能洗衣机在各项功能指标上均表现出色，具有高效、稳定的性能。
结果分析
通过对测试结果的分析，可以得出智能洗衣机在设计和制造过程中充分考虑了用户需求和使用场景，具有较高的实用性和可靠性。
网络化
通过物联网、云计算等技术，实现远程监控、故障诊断和协同作业。
绿色化
注重环保和节能，推广可再生能源和资源循环利用。
03 智能洗衣机系统设计
智能洗衣机系统概述
智能洗衣机系统是一种集成了机械、电子、控制和信息技术的自动化设备，用于完成洗衣、漂洗、
甩干和烘干等任务。
智能洗衣机系统具有自动化、智能化、高效节能和环保等特点，能够满足现代家庭和工业生产的
机电一体化系统总体设计与实例分析-智能洗衣机
目录
• 引言 • 机电一体化系统概述 • 智能洗衣机系统设计 • 智能洗衣机实例分析 • 结论与展望
01 引言
主题介绍
智能洗衣机
随着科技的发展，智能家电已经成为人们日常生活的重要组成部分。智能洗衣机作为其中的代表，具有自动化、智能化、高效节能等特点，为人们提供了更加便捷、舒适的洗衣体验。
需要。
智能洗衣机系统的设计需要综合考虑机械结构、控制系统、人机
交互和可靠性等方面的因素。
智能洗衣机系统硬件设计
电机
传感器
电机是智能洗衣机系统的核心部件，用于驱动洗衣机的各种运动部件，如波轮、滚筒等。
传感器用于检测水位、温度、重量等参数，并将数据反馈给控制系统，以结论与展望

二、机电一体化技术的基本原理和特点

二、机电一体化技术的基本原理和特点
机电一体化技术是一个跨学科的领域，它将机械工程、电子工程、计算机科学等多个领域的知识融合在一起，以实现各种自动化和智能化的应用。

本文将重点介绍机电一体化技术的基本原理和特点。

一、基本原理
1.系统总体效应：机电一体化系统是由多个子系统组成的复杂系统，每个子
系统都有其特定的功能和作用。

系统总体效应是指通过合理地设计、优化和协调各个子系统，以实现整个系统的最优性能。

2.能量传递：机电一体化系统中的能量传递是指将其他形式的能量转化为机
械能或电能。

例如，电动机将电能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能。

3.信息控制：信息控制是机电一体化系统的核心，它是指通过电子和计算机
技术实现信息的采集、处理、传输和显示等功能，以实现对机械系统的精确控制。

4.执行机构：执行机构是指将电能或其它形式的能量转化为机械能的装置，
例如电动机、液压缸等。

执行机构是实现机械系统运动和动作的关键部分。

二、特点
1.高度智能化：机电一体化技术通过引入人工智能、机器学习等技术，使得
系统能够自主决策、自主学习，具有高度智能化的特点。

2.高精度：机电一体化系统中的传感器、控制器等设备具有高精度、高稳定
性的特点，能够实现对机械系统的精确控制，提高产品的质量和生产效率。

3.快速响应：机电一体化系统中的伺服控制系统能够快速地响应输入信号，
调整执行机构的状态，实现快速的运动和动作。

4.可扩展性：机电一体化技术可以通过模块化设计，方便地扩展系统的功能
和规模，满足不同领域的需求。

机电一体化系统设计第7章机电一体化系统总体设计

原则和方法。
1
9.1 系统原理方案设计
一、功能分析设计法
一切从系统的功能出发，将设计任务抽象化 1、为什么要抽象化？
复杂的设计分析抽象简单的模式
突出基本的、必要的要求，摈弃偶然情况和枝节问题，便于抓住设计问题核心
避免构思方案前形成的条条框框，放开视野，寻求更为理想的设计方案
此外还有一些原则，如：合理力流原则、变形协调原则、变形最小原则、平均效应原则、稳定性原则等。
18
9.3 机电一体化系统的评价
机电一体化的一个主要目的是提高产品的附加价值，因而附加价值就成为机电一体化系统的综合评价指标。机电一体化系统的评价内容：
机电一体化系统
高附加价值化
主功能
高性能化
样机的试验分为实验室试验和实际工况试验，通过试验考核样机的各种性能指标是否满足设计要求，考核样机的可靠性。如果样机的性能指标和可靠性不满足设计要求，则要修改设计，重新制造样机，重新试验。如果样机的性能指标和可靠性满足设计要求，则进入产品的小批量生产阶段。
26
五、小批量生产
产品的小批量生产阶段实际上是产品的试生产试销售阶段。这一阶段的主要任务是跟踪调查产品在市场上的情况，收集用户意见，发现产品在设计和制造方面存在的问题，并反馈给设计、制造和质量控制部门。
总功能
分功能
分功能的原理方案
5
Ⅰ层
总功能
1
23
Ⅱ层 1.1 1.2 1.3
3.1 3.2
Ⅲ层 1.2.1 1.2.2
3.1.1 3.1.2
功能结构示意图
6
最小的基本分功能或满足功能要求的最小单位称之为功能元。
机电一体化系统基本功能元物理功能元：变换、合并分离、传导隔阻、储存逻辑功能元：与、或、非数学功能元：加、减、乘、除、乘方、开方、微分、积分

机电的一体化系统设计

机电的一体化系统设计机电一体化系统设计是指将机械、电子、电气、自动化等技术相结合的一种综合性设计。

它通过将机械结构、电气设备、传感器、执行器和控制系统等有机地结合在一起来实现系统的功能。

一体化设计能够提高系统的整体性能和运行效率。

因为机械、电子和自动化等不同专业领域的知识被集成在一起，可以更好地协同工作，提升系统的综合效益。

在机电一体化系统设计中，首先需要进行系统分析和需求分析，明确系统的功能和性能要求。

然后进行系统设计，包括机械结构设计、电气设计、自动化控制设计等方面。

机械结构设计是机电一体化系统设计的重要组成部分。

在设计机械结构时，需要考虑系统的稳定性、刚度和强度等因素。

同时还需要考虑材料的选择和加工工艺的优化，以提高系统的可靠性和寿命。

电气设计是机电一体化系统设计的另一个重要方面。

在电气设计时，需要选择适当的电气设备和元件，并设计电路图和布线图。

同时还需要进行电气参数计算和控制系统设计，以实现对整个系统的控制和监测。

此外，还需要考虑系统的电磁兼容性和安全性等因素。

自动化控制设计是机电一体化系统设计中的关键一环。

通过使用传感器和执行器，可以实现对系统的自动化控制。

在自动化控制设计中，需要选择合适的传感器和执行器，并进行控制算法的设计和优化。

同时还需要进行系统的建模和仿真，以验证设计的正确性和可行性。

在机电一体化系统设计中，还需要考虑系统的可拓展性和模块化设计。

通过模块化设计，可以将整个系统划分为若干个独立的子系统，每个子系统都具有独立的功能和自主控制。

这样可以提高系统的灵活性和可维护性，同时也方便对系统进行拓展和更新。

此外，在机电一体化系统设计中还需要考虑系统的能效和环保性。

通过优化设计和选择节能设备和材料，可以提高系统的能源利用效率和减少对环境的影响。

综上所述，机电一体化系统设计是一项复杂而综合的工作。

它需要综合运用机械、电子、自动化等多个学科的知识，进行系统的分析、设计和优化。

只有通过科学的设计和综合考虑各个方面的因素，才能确保机电一体化系统具有良好的性能和可靠性。

《机电一体化系统设计》第7章_机电一体化系统总体设计解析

3
2、黑箱法求解方法
详细表达输入和输出量黑箱法求解过程就建立输入和输出间关系是黑箱白化的过程，寻找合适的实例步骤如图所示：设定系统的总功能进行总功能分解寻找系统的功能解评价与决策
如: 切削机床、精密测量设备、轻工机械、包装机械、运输机械
4
例1：冲床的黑箱法表述
12
结构设计是从：定性到定量，抽象到具体，粗略到精细的过程
结构设计满足的目标：保证功能、提高性能、降低成本结构设计包括三个方面：质的设计：定性分析构型（形状、位置关系）量的设计：定量计算尺寸、确定材料
按比例绘制结构图
结构设计归结为三个阶段：初步设计：主功能载体设计详细设计：副功能载体设计，主功能载体详细设计完善、审核设计
实施的要点：同一种功能可以用不同的技术效应来实现，选出最佳的功能元实施原理方案，有以下途径可以参考：参考资料、专利、产品；利用创造性思维；利用设计目录。
7
三、功能结构图
1、三种基本功能结构类型：
•串联结构 •并联结构 •环型结构
又称顺序结构，反映分功能时间、空间顺序或因果
关系又称选择结构，几个分功能作为手段共同完成一个目的
2、内容：设计零部件形状、数量、相互空间位置，选择材料、确定尺寸，进行各种计算校核，按比例绘制结构方案总图，在计算时，采用优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等多种现代化设计方法。
11
3、步骤(如图示)：
设计任务对结构设计的要求主功能载体初步结构设计辅助功能载体初步结构设计检查主辅功能结构影响及配合详细设计主辅功能载体结构对设计进一步修改完善技术、经济评价结构决策 Yes 方案确定 No
10

机电一体化

一、名词解释1、机电一体化：机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。

2、柔性制造系统：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。

3、传感器：传感器是机电一体化系统中不可缺少的组成部分，能把各种不同的非电量转换成电量，对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测，将其变成系统可识别的电信号，传递给控制单元。

4、伺服电动机：伺服电动机又称控制电机，其起动停止、转速或转角随输入电压信号的大小及相位的改变而改变。

输入的电压信号又称控制信号或控制电压，改变控制信号可以改变电动机的转速及转向，驱动工作机构完成所要求的各种动作。

5、感应同步器: 感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。

6、人机接口：人机接口（HMI）是操作者与机电系统（主要是控制微机）之间进行信息交换的接口，主要完成输入和输出两方面的工作。

7、PLC：可编程控制器（Programmable Logical Controller）简称PLC.是一种在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，广泛应用在各种生产机械和生产过程的自动控制中。

8、变频器：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素以及过流/过压/过载保护等功能。

9、通信协议：通信协议是指通信双方就如何交换信息所建立的一些规定和过程，包括逻辑电平的定义、应用何种物理传输介质、数据帧的格式、通信站地址的确定、数据传输方式等。

机电一体化系统设计报告

机电一体化系统设计报告机电一体化系统是指机械结构、电气控制和计算机软件三者相互协调、相互约束、相互补充的系统，它集机械设计、电气控制和计算机技术于一体，实现对工业设备的全面控制和管理。

本报告主要介绍机电一体化系统设计的相关内容。

一、系统设计原则1.开放性原则：系统设计应该尽可能采用通用性的设计，能够兼容和集成各种不同厂家的设备和系统。

2.模块化原则：系统设计应将机械、电气和计算机控制分模块进行设计，每个模块都有特定的功能和接口，并且可以独立测试和维护。

3.可拓展性原则：系统设计应考虑到未来的技术发展和应用需求，具备可扩展性，可以方便地增加新的功能和设备。

4.可靠性原则：系统设计应具备高可靠性，能够在恶劣环境下稳定工作，并能及时处理各种异常情况。

5.安全性原则：系统设计应满足安全性要求，包括设备自身的安全性和对操作人员的安全保护。

二、系统设计流程1.需求分析：通过与用户沟通了解用户的需求、技术要求和性能指标，明确系统设计的目标。

2.总体设计：根据需求分析结果，确定系统的模块划分、功能分配和接口设计。

3.详细设计：对系统的每个模块进行详细设计，包括机械结构设计、电气控制设计和软件设计。

4.系统集成：将各个模块进行集成，进行功能联调和性能测试。

5.系统验收：对集成的系统进行全面测试，满足用户需求后进行验收。

三、系统设计的关键技术1.机械结构设计：根据用户需求和功能要求，设计机械部分的结构和传动装置。

2.电气控制设计：设计电气控制系统的硬件结构和软件逻辑，包括传感器的选型和布置、执行器的选择和控制算法的设计。

3.计算机软件设计：编写控制和管理系统的软件程序，实现对机械和电气系统的全面控制和管理。

四、案例分析以工业机器人为例，机电一体化系统设计的具体流程如下：1.需求分析：了解用户对机器人的工作任务、工作环境和性能需求。

2.总体设计：根据需求分析结果，将机器人分为机械结构、电气控制和软件系统三个模块，并确定各个模块之间的接口和功能划分。

机电一体化系统总体方案设计

3 安全可靠
确保系统的安全性和可靠性，减少操作风险。
所需器件和材料的选择
高性能电机
选择具有高效能和可靠性的电机来驱动系统。
先进的传感器技术
采用先进的传感器技术来实现精确的控制和监测。
高质量的电气元件
选用高质量的电气元件以确保系统的可靠性。
系统软件的设计和开发
1 可编程控制器（PLC）
采用PLC来实现系统的自动化控制和监控。
机电一体化系统总体方案设计
在现代工程中，机电一体化系统的设计至关重要。本课程将介绍系统的背景和意义，设计目标和要求，以及所需器件和材料的选择。
系统总体方案介绍
1 完整的一体化方案
设计一个集机械、电子、计算机等多项技术于一体的系统。
2 高效的能源利用
通过最大程度地优化各部分的协调工作，实现能源的高效利用。
2 人机界面（HMI）
设计直观且易于操作的人机界面，使操作员能够轻松地与系统交互。
3 数据存储和分析
实现对系统数据的存储和分析，以帮助优化系统性能。
系统测试和验证方法
1
单元测试
逐个测试系统的各个部件以确保其正常工作。
2
集成测试
将各个部件组合并测试系统的整体试来确认系统满足设计要求。
总结和展望
总结
机电一体化系统的总体方案设计是一个复杂而关键的过程，需要综合考虑不同技术的相互配合。
展望
随着技术的不断发展，机电一体化系统将会变得更加高效、智能和可靠。
机电系统工程师的角色
机电系统工程师在设计和开发过程中发挥关键作用，为工程的成功做出贡献。

机电一体化系统总体设计-设计过程

第二章机电一体化系统总体设计
2.1 设计过程
需求分析问题准备计划书产生可能的解决方案选择合适的解决方案产品的详细设计产品加工图纸
市场调研概念设计编制设计任务书功能原理方案设计方案设计评估与优化结构设计和参数核算完成全部设计文件
机电工程与技术
营销
设计
电子设计 (模拟，数字) 微电子控制工程执行系统研究数据存储与管馈，人工智能响应时间
规格安全，法规
制造制造策略全面质量管理单元管理成组技术并行工程性能测量和成本核算开放式制造业标准
集成
电子
机械
控制
信息系统
制造技术电子工程
财务控制
机械工程控制
管理计算机工程
教育＆
培训
工作实践＆
劳资关系
营销

机电一体化系统总体设计 ppt课件

• 总体设计报告要突出设计重点，将所设计系统的特点阐述清楚，同时应列出所采取的措施及注意事项。
• 总体设计给具体设计规定了总的基本原理、原则和布局，指导具体设计的进行;而具体设计则是在总体设计基础上进行的具体化。具体设计不断地丰富和修改总体设计，两
者相辅相成，有机结合。因此，只有把总体设计和系统的观点贯穿于产品开发的过程，才能保证最后的成功。
2.2 机电一体化系统原理方案设计
• 机电一体化系统原理方案设计是整个总体设计的关键，是具有战略性和方向性的设计工作。
• 在机电一体化系统原理方案设计中，常用的方法有功能分析设计法、创造性方法、评价与决策方法、商品化设计思想及方法、变型产品设计中的模块化方法和相似产品系列设计方法等。
2.2.1 机电一体化系统原理方案设计步骤
功
物料能量信息
总功能
物料能量信息
能分
分功能1
分功能2
分功能3
解
分功能4
模
分功能21
分功能22
分功能23
型
......
分功能…
分功能…
分功能…
• (1)功能元在机电一体化系统设计中常用的基本功能元有物理功能元、逻辑功能元和数学功能元。
• 1)物理功能元。它反映系统中能量、物料、信号变化的物理基本动作，常用的有转变-复原、放大-缩小、合并-分离、传导-绝缘、存储-提取。(常用的五种物理功能元)
2.2.2.3 求解功能元(分功能)
• 功能元的原理解法是通过物理作用和作用件确定的。现在的任务是，寻找实现各个分功能的物理作用，即求得功能元的原理解，通常有下述几种求解方法。
• (1)直觉法 • 直觉法是设计师凭借个人的智慧、经验和创造能力，充分

机电一体机电一体化系统设计方法

12
7.3 优化设计
7.3.1 优化设计概念
优化设计：优化设计（optimization design）是将设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优数学理论，选用适当的优化方法，以计算机为手段求解数学模型，从而得出最佳设计方案的一种设计方法。产品的优化设计是在规定的各种设计限制条件下，优选设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值。优化设计在机电一体化系统中主要应用于结构设计与控制系统中。
确定性能指标：产品技术与性能指标包括功能性指标、经济性指标、可靠性指标、安全性标等。
拟定开发计划：开发计划是为了实现决策，预先明确所追求的目标以及相应的行动方案的活动，即为设定目标以及决定如何达成目标，指明路线的过程。
9
7.2.2 机电一体系统开发工作
2.设计阶段
总体设计：总体设计也称为初步设计，是应用系统总体技术，从整体目标出发，统一分析产品的性能要求及各组成单元的特性，选择最合理的单元组合方案，实现机电一体化产品整体优化设计的过程。机电一体化系统总体设计内容包括总体方案拟订、工作原理设计、功能模块划分、技术方案评价等。
• 适应性设计：是指在工作原理和总体结构基本保持不变的情况下对现有产品进行局部更改，或增设某种新部件，或用微电子技术代替原有的机械结构，或为了进行微电子控制对机械结构进行局部修改，以改善产品的性能和质量。例如，在内燃机上增加增压器以增大输出功率，增加节油器以节约燃料，均属于适应性设计。
5
7.1.2 设计类型
11
7.2.2 机电一体系统开发工作
定型阶段：定型是产品在正式投产前的一个重要环节，产品定型阶段主要任务是准备定型文件（设计图纸、软件清单、机械零部件清单、电气元器件清单及调试记录），编写技术资料（设计说明书、使用说明书等），组织产品鉴定等。批准定型投产的产品必须由技术标准、工艺规程、装配图、零件图、工装图以及其他相关技术资料。

机电一体化系统设计机电一体化系统设计和分析方法

详细设计
概念设计
产品规划
形态学矩阵模糊理论知识方法维
方法维，是设计过程的各种思维方法、工作方法和涉及的相关领域知识
时间维
时间维，描述按时间排列的设计目标流程；
分综评决析合价策
逻辑维
逻辑维，是解决问题的逻辑步骤，是在设计的工作流程中的每一个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序；
统的设计更为合理和完善。
机电产品设计开发交互过程
新产品想法
机电产品设计和开发的实际过程是一个交互过程，在概念设计和细节设计过程中需要不断地进行验证和修改。
需求
概念设计
细节设计
原型循环
设计
有效性
原型、实验和验证
实现
新产品需求改进
开发
回收
产品
维护
2.3.4机电系统的数学模型举例：
图示为电枢控制式直流电动机的工作原理图。图中电机线圈的电
数学仿真：对实际系统进行抽象，并将其特性用数学关系加以描述而得到系统的数学模型，对数学模型进行实验的过程称为数学仿真。
优点：方便、灵活、经济。缺点：受限于系统建模技术，即系统数学模型不易建立。
半实物仿真：将数学模型与物理模型甚至实物联合起来进行实验。
系统仿真时模型所采用的时钟称为仿真时钟，而实际动态系统的时钟称为实际时钟。根据仿真时钟与实际时钟的比例关系，仿真又分为实时、亚实时和超实时仿真三种。
机电一体化系统设计的类型
开发性设计（全新设计）; 适应性设计（原理方案不变，仅对功
能及结构进行重新设计）; 变参数设计（仅改变部分结构尺寸而
形成系列产品）
机电一体化系统设计原则
机电一体化设计要遵循产品的一般设计原则（在保证产品目的功能、性能和使用寿命的前提下，尽量降低成本），以计算机为辅助手段，充分利用现代设计方法，以多功能化，节能化，高效化满足市场要求。