第五章机电一体化系统的元、部件特性ch资料PPT课件
合集下载
《机电一体化》课件
传感器技术
传感器原理与特性
介绍常见传感器的原理、特性 及应用范围。
传感器信号处理
研究如何将传感器信号转换为 可处理的信息。
智能传感器与MEMS技术
介绍智能传感器和MEMS技术 的最新发展。
传感器在机电一体化中的 应用实例
结合实际案例，介绍传感器在 机电一体化系统中的应用。
03
机电一体化系统设计
系统设计方法
02
机电一体化技术基础
机械技术
机械系统设计
研究如何根据功能需求，设计 出合理的机械结构、传动方式
和机构。
材料力学
研究材料的力学性能，为机械 设计提供材料依据。
制造工艺
涉及机械零件的加工、装配和 检测，确保机械系统的制造精 度。
机械振动与噪声控制
研究如何减小机械系统运行中 的振动和噪声。
电子技术
智能化
机电一体化设备能够根据预设程序或外部信号进 行自主决策和控制。
跨学科性
机电一体化涉及到多个学科领域，需要多方面的 知识和技能。
高效化
机电一体化技术的应用能够提高生产效率、降低 能耗和减少人力成本。
机电一体化的应用领域
工业自动化
在制造业中，机电一体化设备能够实现自动 化生产线、机器人焊接、智能仓储等。
工业机器人的应用范围非常广泛，包括焊接、 装配、搬运、喷涂等领域。
自动化生产线
自动化生产线是将多个机电一体化产品集成在一起，实现生产过程的自动化和智能 化。
自动化生产线通常由输送带、提升机、分拣机、检测设备等组成，其中输送带是主 线，负责将工件从一个工序传输到下一个工序。
自动化生产线的应用范围非常广泛，包括食品、饮料、制药、电子等制造业领域。
《机电一体化技术》PPT课件
编辑ppt
10
式中：
线性时变系统的状态空间表达式 线性系统状态空间表达式的一般形式为：
开始 前页 后页 结束 10.011.02.0021.12021
编辑ppt
11
开始 前页 后页 结束 10.011.02.0021.12021
编辑ppt
12
线性定常系统的状态空间表达式 当线性系统的参数恒定时， 由式 (5-10) 则可得线性定常系统的状态空间表达式为：
3．系统最佳化。
4．系统仿真。
开始 前页 后页 结束 10.011.02.0021.12021
编辑ppt
6
5.2系统数学模型
控制系统的数学模型在控制系统的研究中有 着相当重要的地位，要对系统进行仿真处理， 首先应当知道系统的数学模型，然后才可以 对系统进行模拟。
数学模型是描述元素之间、子系统之间、层 次之间相互作用以及系统与环境相互作用的 数学表达式。它是根据系统的动态特性，即 通过决定系统特征的物理学定律，如机械﹑ 电气﹑热力﹑液压﹑气动等方面的基本定律 而写成的。
A 称为系统的状态矩阵； B 称为控制矩阵 ( 或输入矩阵 ) ； C 称为输出矩 阵； D 称为前馈矩阵。
开始 前页 后页 结束 10.011.02.0021.12021
编辑ppt
13
由以上分析可知，状态空间表达式具有以下 特点：
(1) 状态空间表达式是一种对系统的完全描 述，其核心是状态方程。
开始 前页 后页 结束 10.011.02.0021.12021
编辑ppt
3
5.1.2控制系统的分类 一．按输入量的特征分类
恒值控制系统 程序控制系统 随动系统（伺服系统）
二.按系统中传递信号的性质分类
机电一体化技术 PPT
（6） 减少在制品库存量 （ 7） 投资高 、风险大 ，开发周期长 、管理水平要求高。
FMS动画.wmv
示教盒： 可手动有线遥控机器人
“机电一体化 ” (mechatronics)一词在20世纪70年代起源于日 本 。它取英文单词mechanics (机械学)的前半部和electronics (电子学)的后半部分拼成一个新词 ， 即机械电子学或机电一体化
(8) 航空 、航天 、国防用武器装备等。
4. 电子化汽车
70年代前后 ， 实现了充电电压调整器和点火装置的电路集成化 并研制成功了燃油喷射的电子控制装置。
70年代后期 ，美国和日本先后开发了汽车发动机控制系统 ，用 于计算最佳点火时间 ，控制执行其点火动作 ，大大提高了汽车的 性能。
80年代以来 ，相继开发出了： 电子控制化油器 、 电子控制自动 变速器 、 电子刹车控制装置 、防滑装置 、 自动稳速控制装置 、 电 子仪表 、 电子自动刮水器 、排气污染的电子控制器 、集中报警系 统 、发动机诊断系统等。
(1) 工业 ，如：数控机床 、机器人 、 自动生产设备 、FMS 、CIMS 无人化工厂等；
(2) 运输 、包装及工程 ， 如： 电子化汽车 、数控包装机械 、数控 运输机械及工程机械设备等； (3) 储存销售 ， 如： 自动仓库 、 自动称量 、销售及现金处理等；
(4) 社会服务性 ， 如： 自动化办公机械 、医疗与环保及公共服务 自动化设备 、文教 、娱乐用机电一体化产品等； (5) 家用 ， 如： 洗衣机 、炊事自动化机械等； (6) 科研及过程控制 ， 如： 测试设备 、信息处理设备等； (7) 农 、林 、牧 、渔 ， 如： 现代农业生产控制装置等；
计算机与信 息处理技术
机电一体化技术
FMS动画.wmv
示教盒： 可手动有线遥控机器人
“机电一体化 ” (mechatronics)一词在20世纪70年代起源于日 本 。它取英文单词mechanics (机械学)的前半部和electronics (电子学)的后半部分拼成一个新词 ， 即机械电子学或机电一体化
(8) 航空 、航天 、国防用武器装备等。
4. 电子化汽车
70年代前后 ， 实现了充电电压调整器和点火装置的电路集成化 并研制成功了燃油喷射的电子控制装置。
70年代后期 ，美国和日本先后开发了汽车发动机控制系统 ，用 于计算最佳点火时间 ，控制执行其点火动作 ，大大提高了汽车的 性能。
80年代以来 ，相继开发出了： 电子控制化油器 、 电子控制自动 变速器 、 电子刹车控制装置 、防滑装置 、 自动稳速控制装置 、 电 子仪表 、 电子自动刮水器 、排气污染的电子控制器 、集中报警系 统 、发动机诊断系统等。
(1) 工业 ，如：数控机床 、机器人 、 自动生产设备 、FMS 、CIMS 无人化工厂等；
(2) 运输 、包装及工程 ， 如： 电子化汽车 、数控包装机械 、数控 运输机械及工程机械设备等； (3) 储存销售 ， 如： 自动仓库 、 自动称量 、销售及现金处理等；
(4) 社会服务性 ， 如： 自动化办公机械 、医疗与环保及公共服务 自动化设备 、文教 、娱乐用机电一体化产品等； (5) 家用 ， 如： 洗衣机 、炊事自动化机械等； (6) 科研及过程控制 ， 如： 测试设备 、信息处理设备等； (7) 农 、林 、牧 、渔 ， 如： 现代农业生产控制装置等；
计算机与信 息处理技术
机电一体化技术
机电一体化系统的元、部件特性分析
械量－机械量的变换为比例变换。 变换器根据变换的物理过程可分为以下几种： 1) 电／磁变换：动电式、静电式、磁阻式、霍尔效应式等。 2) 压电变换：压电元件。 3) 应变／电阻变换：应变片、半导体应变计。 4) 光／电变换：光电二极管、光敏晶体管。 此外，还有其它的利用半导体和陶瓷等产生的各种物理现象的变
有的传感器中装有将一种机械量变换为另一种机械量的变换装置。
5.2 传感器的特性分析
5.2 传感器的特性分析
与机设械各量种输变入换x的之传比递为函数(动态特性)为Gm、Gme、Ge，则输出信号v
Gs＝GmGmeGe
＝l。Gm中包含电气系统对变换器的柔度和质量等的反作用，一般取Gm 如果传感器与被测量物体的安装为刚性联接的话，也可以认为机
三、机构动力学特性
3．Lagrange公式与动态力(或力矩)向输入端的换算 经推导整理有：
可以认为式中的第一项为惯性力项，第二项为离心力和哥氏力项 ，第三项可认为是重力项。如果从输入端来看，动态力(力矩)是变 化的惯性力矩、与速度平方成比例的力和变化的重力共同的作用， 系统具有非线性特性。
三、机构动力学特性
换器。
5.2 传感器的特性分析
一、动电式变换器的特性
5.2 传感器的特性分析
一、动电式变换器的特性
当Ls/R<<1时，速度与电压成正比。
5.2 传感器的特性分析
二、压电式变换器的特性
5.2 传感器的特性分析
若上式中的RCs>>l，则Gme≈d/C 。此时可得到与力成比例的 输出，但固有振动周期比τ ＝RC低的情况不能准确求出。由
模型：
三、机构动力学特性
微分方程：
三、机构动力学特性
动态特性：
有的传感器中装有将一种机械量变换为另一种机械量的变换装置。
5.2 传感器的特性分析
5.2 传感器的特性分析
与机设械各量种输变入换x的之传比递为函数(动态特性)为Gm、Gme、Ge，则输出信号v
Gs＝GmGmeGe
＝l。Gm中包含电气系统对变换器的柔度和质量等的反作用，一般取Gm 如果传感器与被测量物体的安装为刚性联接的话，也可以认为机
三、机构动力学特性
3．Lagrange公式与动态力(或力矩)向输入端的换算 经推导整理有：
可以认为式中的第一项为惯性力项，第二项为离心力和哥氏力项 ，第三项可认为是重力项。如果从输入端来看，动态力(力矩)是变 化的惯性力矩、与速度平方成比例的力和变化的重力共同的作用， 系统具有非线性特性。
三、机构动力学特性
换器。
5.2 传感器的特性分析
一、动电式变换器的特性
5.2 传感器的特性分析
一、动电式变换器的特性
当Ls/R<<1时，速度与电压成正比。
5.2 传感器的特性分析
二、压电式变换器的特性
5.2 传感器的特性分析
若上式中的RCs>>l，则Gme≈d/C 。此时可得到与力成比例的 输出，但固有振动周期比τ ＝RC低的情况不能准确求出。由
模型：
三、机构动力学特性
微分方程：
三、机构动力学特性
动态特性：
《机电一体化介绍》课件
工业控制网络
如Profibus、Modbus等，用于实现分布式控制和数据传输。
可编程控制器（PLC）
用于自动化生产线和工业控制系统的逻辑控制和顺序控制。
检测技术
传感器技术
利用各种物理效应和化学反应， 将物理量或化学量转换为电信号 ，用于监测和控制机电一体化系
统的运行状态。
信号处理技术
对传感器输出的电信号进行滤波、 放大、转换等处理，提取出有用的 信息。
数控机床的应用范围广泛，涉及汽车 、航空、模具、仪器仪表等领域，对 提高产品质量和生产效率具有重要作 用。
数控机床通常包括数控系统、伺服系 统、主轴系统、刀具系统等部分，各 业机器人
工业机器人是用于自动化生产线 的机电一体化产品，能够执行各 种重复性或危险性任务，提高生
电子电路设计
包括模拟电路、数字电路、集成电路等，为机电 一体化系统提供信号处理和能源供给。
嵌入式系统
将微处理器嵌入到机械系统中，实现智能化控制 和数据处理。
传感器与执行器
用于检测和驱动机电一体化系统的各种物理量， 如温度、压力、位移等。
控制技术
控制算法
如PID控制、模糊控制等，用于实现机电一体化系统的精确控制。
自动化生产线广泛应用于汽车、家电、食品等领域，能够大幅提高生产效 率、降低能耗和减少人力成本。
智能家居系统
1
智能家居系统是利用机电一体化技术将家居设备 进行智能化改造，实现家庭生活的智能化和舒适 化。
2
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环 境控制等子系统，通过互联网和物联网技术实现 远程控制和智能化管理。
机电一体化技术使得定制化生产成为可能，满足了消费者对个性化 产品的需求。
在人工智能领域的应用前景
如Profibus、Modbus等，用于实现分布式控制和数据传输。
可编程控制器（PLC）
用于自动化生产线和工业控制系统的逻辑控制和顺序控制。
检测技术
传感器技术
利用各种物理效应和化学反应， 将物理量或化学量转换为电信号 ，用于监测和控制机电一体化系
统的运行状态。
信号处理技术
对传感器输出的电信号进行滤波、 放大、转换等处理，提取出有用的 信息。
数控机床的应用范围广泛，涉及汽车 、航空、模具、仪器仪表等领域，对 提高产品质量和生产效率具有重要作 用。
数控机床通常包括数控系统、伺服系 统、主轴系统、刀具系统等部分，各 业机器人
工业机器人是用于自动化生产线 的机电一体化产品，能够执行各 种重复性或危险性任务，提高生
电子电路设计
包括模拟电路、数字电路、集成电路等，为机电 一体化系统提供信号处理和能源供给。
嵌入式系统
将微处理器嵌入到机械系统中，实现智能化控制 和数据处理。
传感器与执行器
用于检测和驱动机电一体化系统的各种物理量， 如温度、压力、位移等。
控制技术
控制算法
如PID控制、模糊控制等，用于实现机电一体化系统的精确控制。
自动化生产线广泛应用于汽车、家电、食品等领域，能够大幅提高生产效 率、降低能耗和减少人力成本。
智能家居系统
1
智能家居系统是利用机电一体化技术将家居设备 进行智能化改造，实现家庭生活的智能化和舒适 化。
2
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环 境控制等子系统，通过互联网和物联网技术实现 远程控制和智能化管理。
机电一体化技术使得定制化生产成为可能，满足了消费者对个性化 产品的需求。
在人工智能领域的应用前景
第5章 机电一体化系统元、部件的特性分析
第五章 机电一体化系统元、 机电一体化系统元、部件的特性分析
学习目的与要求
机电一体化系统中的机械系统、传感检测系统、 机电一体化系统中的机械系统、传感检测系统、执行元件 系统、电子信息处理控制系统等，由于各子系统的输入/输 系统、电子信息处理控制系统等，由于各子系统的输入 输 出之间不一定成比例关系，但总存在某种频率特性关系（ 出之间不一定成比例关系，但总存在某种频率特性关系（动 态特性或传递函数），如线性或非线性特性。 ），如线性或非线性特性 态特性或传递函数），如线性或非线性特性。正确分析掌握 这些频率特性， 这些频率特性，对有效地设计机电一体化系统或产品是非常 重要的。 重要的。 本章节重点掌握和了解机械系统、 本章节重点掌握和了解机械系统、传感系统和执行元件系 统等的基本特性， 统等的基本特性，从机电一体化系统构成要素的角度出发掌 握其分析方法。 握其分析方法。
（4）间歇传动机构 ） 通常为非线性变换机构， 通常为非线性变换机构，变换关系比较复杂如图所 示。
2π 3 π 3 2π 4π 6π
传动变换特性为： 传动变换特性为：
θ2 = f (θ1)
（5）多自由度非线性变换机构 ） 多自由度非线性变换机构主要指连杆机构和凸轮机构。 多自由度非线性变换机构主要指连杆机构和凸轮机构。 1）连杆机构 ） 连杆机构的特点：具有刚性大，运动速度高， 连杆机构的特点：具有刚性大，运动速度高，改变连杆尺寸 参数可实现需要的运动，对力/力矩和运动轨迹 力矩和运动轨迹/速度具有放大 参数可实现需要的运动，对力 力矩和运动轨迹 速度具有放大 或缩小的功能。但连杆机构一般只能实现一定范围内的运动， 或缩小的功能。但连杆机构一般只能实现一定范围内的运动， 在某些点上近似地满足输入与输出之间函数关系、 在某些点上近似地满足输入与输出之间函数关系、运动关系一 旦确定就不能改变。 旦确定就不能改变。 连杆机构主要有：平面/空间连杆机构 空间连杆机构、 连杆机构主要有：平面 空间连杆机构、多自由度串联机构 和并联机构、直线平移机构等。 和并联机构、直线平移机构等。
学习目的与要求
机电一体化系统中的机械系统、传感检测系统、 机电一体化系统中的机械系统、传感检测系统、执行元件 系统、电子信息处理控制系统等，由于各子系统的输入/输 系统、电子信息处理控制系统等，由于各子系统的输入 输 出之间不一定成比例关系，但总存在某种频率特性关系（ 出之间不一定成比例关系，但总存在某种频率特性关系（动 态特性或传递函数），如线性或非线性特性。 ），如线性或非线性特性 态特性或传递函数），如线性或非线性特性。正确分析掌握 这些频率特性， 这些频率特性，对有效地设计机电一体化系统或产品是非常 重要的。 重要的。 本章节重点掌握和了解机械系统、 本章节重点掌握和了解机械系统、传感系统和执行元件系 统等的基本特性， 统等的基本特性，从机电一体化系统构成要素的角度出发掌 握其分析方法。 握其分析方法。
（4）间歇传动机构 ） 通常为非线性变换机构， 通常为非线性变换机构，变换关系比较复杂如图所 示。
2π 3 π 3 2π 4π 6π
传动变换特性为： 传动变换特性为：
θ2 = f (θ1)
（5）多自由度非线性变换机构 ） 多自由度非线性变换机构主要指连杆机构和凸轮机构。 多自由度非线性变换机构主要指连杆机构和凸轮机构。 1）连杆机构 ） 连杆机构的特点：具有刚性大，运动速度高， 连杆机构的特点：具有刚性大，运动速度高，改变连杆尺寸 参数可实现需要的运动，对力/力矩和运动轨迹 力矩和运动轨迹/速度具有放大 参数可实现需要的运动，对力 力矩和运动轨迹 速度具有放大 或缩小的功能。但连杆机构一般只能实现一定范围内的运动， 或缩小的功能。但连杆机构一般只能实现一定范围内的运动， 在某些点上近似地满足输入与输出之间函数关系、 在某些点上近似地满足输入与输出之间函数关系、运动关系一 旦确定就不能改变。 旦确定就不能改变。 连杆机构主要有：平面/空间连杆机构 空间连杆机构、 连杆机构主要有：平面 空间连杆机构、多自由度串联机构 和并联机构、直线平移机构等。 和并联机构、直线平移机构等。
《机电一体化概论》课件
能量转换
驱动部分是用于将电能或其他形式的能源转换成机械能，以驱动系统的执行机构产生所需的动作。它通常包括电动机、液压缸、气动马达等。
VS
指挥中心
控制部分是机电一体化系统的指挥中心，它根据传感部分获取的信息和系统设定的参数，通过逻辑运算、比较、分析和处理，产生控制指令，驱动执行机构产生相应的动作，实现系统的各种功能。控制部分通常由控制器、调节器、微处理器等组成。
综合性
机电一体化技术通过整合各个领域的技术，实现整个系统的最优化。
技术优势互补
各种技术的有机结合，可以充分发挥各自的优势，提高整个系统的性能和效率。
跨学科性
机电一体化涉及到机械、电子、计算机等多个学科的知识。
工业机器人是机电一体化技术的典型应用，它可以自动化地完成生产线上的各种任务，提高生产效率和产品质量。
《机电一体化概论》ppt课件
目录
contents
机电一体化概述机电一体化技术基础机电一体化系统组成机电一体化核心技术机电一体化应用实例
01
机电一体化概述
定义
机电一体化是一门跨学科的综合性技术，它将机械技术、电子技术、计算机技术等多个领域的知识融合在一起，实现各种技术之间的优势互补，从而提高整个系统的性能和效率。
自动化生产线的发展趋势是智能化、模块化、定制化，未来将更加注重生产过程的柔性化和个性化。
自动化生产线通常包括输送设备、加工设备、检测设备等，能够实现从原材料到成品的连续加工和生产。
02
01
04
03
智能制造系统是机电一体化在制造业中的高级应用，通过集成各种先进技术和设备，实现生产过程的智能化和自适应控制。
智能制造系统的发展趋势是数字化、网络化、智能化，未来将更加注重人工智能和机器学习等技术的应用。
机电一体化系统设计(最终版)ppt课件
2020/4/11
电力拖动
22
第三节 机电一体化的相关技术
机械技术（精密机械技术）
是机电一体化的基础。机电一体化的机械产 品与传统的机械产品的区别在于：机械结构 更简单、机械功能更强、性能更优越。
机械技术的出发点在于如何与机电一体化技 术相适应，利用其他高新技术来更新概念， 实现结构、材料、性能以及功能上的变更。
现代机械：以力学、电子学、计算机学、控制 论、信息论等为理论基础，以经验、机、电、 计算机、传感与测试等技术为实践基础。
机械：强度高、输出功率大、承载大载荷；实 现微小复杂运动难。
电子：可实现复杂的检测和控制；但无法实现 重载运动。
202的定义
机电一体化是在以机械、电子技术和计算 机科学为主的多门学科相互渗透、相互结 合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴 边缘技术学科。
2020/4/11
电力拖动
39
第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
接口
将各要素或子系统连接成为一个有机整体， 使各个功能环节有目的地协调一致运动， 从而形成机电一体化的系统工程。
其基本功能主要有三个：变换、放大、传 递
2020/4/11
电力拖动
40
第五节 本课程的目的和要求
本课程的目的和要求
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。
2020/4/11
电力拖动
26
第三节 机电一体化的相关技术
伺服驱动技术
伺服驱动技术就是在控制指令的指挥下， 控制驱动元件，使机械的运动部件按照指 令要求运动，并具有良好的动态性能。 常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液 压伺服。
第5章机电一体化系统的元部件特性分析分析
第5章机电一体化系统的元部件特性分析分析机电一体化系统是利用机械设备和电气控制技术相结合，实现系统功能的自动化系统。
该系统由多个元、部件组成，每个元、部件都具有不同的特性。
本文将对机电一体化系统的元、部件特性进行分析。
机电一体化系统的元、部件主要包括传感器、执行器、电动机、控制器、电源和通讯模块等。
传感器是机电一体化系统的重要组成部分，主要用于将机械量、电气量或非电信号转换成可以被电子控制系统接受的电信号。
常用的传感器有温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器具有高灵敏度、高精度和快速响应等特点，可以对系统中的物理量进行准确测量。
执行器是机电一体化系统的输出元件，主要用于将电信号转换成机械位移、速度或力矩等物理量。
常用的执行器有电磁阀、液压缸、驱动器等。
执行器具有高响应速度、大输出力、工作可靠性高等特点，可以将控制系统的电信号转化为实际的动力输出。
电动机是机电一体化系统的核心元件，主要负责将电能转换成机械能。
根据不同的应用场景，电动机的类型有直流电机、交流电机、步进电机等。
电动机具有高转速、大功率、低噪音等特点，可以提供有力的动力支持。
控制器是机电一体化系统的大脑，用于对系统进行逻辑控制。
常用的控制器有PLC、单片机等。
控制器具有高处理能力、可编程性强、抗干扰能力强等特点，可以实现对整个系统的自动控制。
电源是机电一体化系统的能量供给部件，主要负责为系统中的电子设备提供稳定的供电。
常用的电源有直流电源、交流电源等。
电源具有稳定性好、噪音小、效能高等特点，可以为系统提供可靠的电能支持。
通讯模块是机电一体化系统的信息交流通道，用于实现系统与其他设备之间的数据传输。
常用的通讯模块有以太网、CAN总线等。
通讯模块具有高速通信、大带宽、多点接入等特点，可以实现系统与外部设备的实时数据交换。
综上所述，机电一体化系统的元、部件具有各自的特性，从传感器、执行器、电动机、控制器、电源到通讯模块，每个部件都扮演着不可或缺的角色。
机电一体化典型设备简介PPT课件
8、航空航天设备等
第41页/共55页
悬垂线夹
避雷线
地担 横担
导线 防震锤
绝缘子
拉线基础 杆塔基础
跳线
耐张线夹
拉线
钢筋混凝 土电杆
巡检机器人
耐张杆型
巡检机器人运行模拟图
直线杆型
地面基站
第42页/共55页
智能洗衣机
蛋黄派生产线
第43页/共55页
电热水器
第44页/共55页
汽车
• GPS导航仪 • 电动刮雨器 • 汽车ABS系统 • 电动门窗 • 汽车配件生产设备等
12
第12页/共55页
②• 电电子子设设备备类类主要产品为电火花加工机床、线切割
加工机床、超声波缝纫机和激光测量仪等。其特 点为执行机构是电子装置。
13
第13页/共55页
③机电结合类
• 机电结合类主要产品为自动探伤机、形状识别装 置和CT扫描仪、自动售货机等。其特点为执行 机构是机械和电子装置的有机结合。
28
第28页/共55页
执 行 装 置 • 根据控制系统的控制信息和指令，实现产品的主功能。
• 执行装置一般是运动部件，常采用机、电、液、气动等机构。 • 执行装置因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。
29
第29页/共55页
五大要素之间的关系
• 机电一体化产品的五大构成要素在工作中各司其职，互相补充、互相协调，共同完成所规定的功能。 • 在结构上，各组成要素通过各种接口及相关软件有机地结合在一起，构成一个内部合理匹配、外部效能最
动力 系统
动力 功能
传感 检测
信息处 理及控
执行
检测
控制
主功
机电一体化技术ppt课件(完整版)
1. 4机电一体化系统的设计
1 .4.5机电一体化系统的设计流程 各种机电一体化系统的研究、开发、生产
及销售的过程各有其自身特点，归纳其基本规 律，机电一体化系统的设计流程如图1-6所示。
目录
第1章概论 1. 1机电一体化的定义 1. 2机电一体化系统的基本构成 1. 3机电一体化相关技术 1.4机电一体化系统的设计 1.5机电一体化技术的发展历程和发展趋势
下一页
第2章机械技术 2.1概述 2.2机械传动 2.3支承部件 2.4导轨副
目录
上一页 下一页 返回
目录
第3章自动化控制技术 3. 1自动控制技术概述 3. 2 PID控制技术 3 .3模糊控制理沦 3 .4计算机控制系统 3. 5先进控制方法简介
取代法就是用电气控制取代原系统中机械 控制机构。这种方法就是改造旧产品开发新产 品或对原系统进行技术改造常用的方法。如用 电气调速控制系统取代机械式变速机构，用可 编程序控制器取代机械凸轮控制机构、中间继 电器等。这不但大大简化了机械结构和电气控 制，而且提高了系统的性能和质量。这种方法 是改造传统机械产品的常用方法。
上一页 下一页 返回
1. 4机电一体化系统的设计
1 .4. 2机电一体化系统开发的类型 1.开发性设计 开发性设计是一种独创性的设计方式，在 没有参考样板的情况下，通过抽象思维和理沦 分析，依据产品性能和质量要求设计出系统原 理和制造工艺。开发性设计属于产品发明专利 范畴。最初的电视机和录像机、中国的“神舟 一七号”航天飞机都属于开发性设计。 2.适应性设计 适应性设计是在参考同类产品上一的页基下础一上页 ，返回 主要原理和设计方案保持不变的情况下，通过
1. 4机电一体化系统的设计
1 .4. 4机电一体化系统设计 所谓的系统设计，就是用系统思维综合运
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机械系统在传递运动的同时还将进行力(或转矩)的传 递。因此，机械系统的各构成零部件必须具有承受其所 受力(或转矩)的足够强度和刚度的尺寸。但尺寸一大，质 量和转动惯量就大，系统的响应就慢。
17
齿轮传动机构图 （线性传动机构）
挠带传动机构 （线性传动机构）
回转-直线(或直线-回转)线性变换机构 图a——齿轮齿条机构图；图b——滚珠丝杠副
炉 温 控 制 系 统 原 理 图
误差信号
采样信号
保持器处理之后 的采样信号
保持器
被控对象
反馈元件 图5.10 采样系统典型结构
12
系统中含有数字计算机或者数字式控制系统的系统，称之 为数字控制系统。
信号的采样
信号的复现
图5.11 数字控制系统工作原理框图
13
图5.12 A/D转换过程 将采样信号，也就是时间上离散而幅值上连续的信号，量化后 成为数字信号的过程，这是一个近似过程，称为量化过程。
二、 机械系统的机构静力学特性
机构静力学所研究的问题是： ①机构输出端所受负载(力或转矩)向输入端的换算； ②机构内部的摩擦力(或转矩)对输入端的影响； ③求由上述各种力或重力加速度引起的机构内部各 连杆、轴承等的受力。
这里主要对研究机电一体化系统设计中机电有机结 合最重要的第一、第二个问题加以叙述。第三个问题是 机构的强度、刚度设计中要研究的重要问题，此处予以 省略。
3
一、拉普拉斯变换与传递函数
常用函数的拉氏变换和反变换可从拉氏变换表中查出， 通常不必自己计算。
4
一般来说，机电一体化系统(或元件)的输入量(或称输入 信号)和输出量(或称输出信号)可用时间函数描述，输入量与 输出量之间的因果关系或者说系统（或元件）的运动特性可 用微分方程描述。
系统(或元件)的运动特性也可以用传递函数描述。 线性定常系统(或元件)的传递函数定义为：零初始值下 ，系统（元件）输出量拉氏变换与输入量拉氏变换之比。
续时间系统，其信号为连续时间信号；在系统中，只要 有一个地方的信号是脉冲信号或数字信号时，就称系统 为离散系统或称采样系统，其脉冲信号或数字信号称为 离散信号或采样信号。
所谓采样是指将连续时间信号转变为脉冲或数字信 号的过程。采样控制系统包括一般的采样系统和数字控 制系统。
一般采样控制系统实例
10
图 5.7
21
（1）负载力（或转矩）向输入端的转算
在机构内部摩擦损失小时，应用虚功 原理便可得到输出负载向输入端的换算。
1）单输入—单输出机械系统
x
Fx
y x
Fy
dy dx
Fy
Fx
2）多输入—多输出机械系统
输入功的总和与输出功的总和：
实例
7
图5.2 位置的电气伺服系统
图5.3 反馈控制系统框图
8
根据控制系统框图，和系统中各元件的传递函数，以 及控制理论，可以写出系统总的传递函数。可以分析：
1）系统过渡过程品质，即系统响应的快速性和振荡 性。
2）系统的稳态精度，即稳态误差的大小。
9
四、采样控制简介 流经系统的信号随时间连素的特性参数比 较容易掌握，而随操作条件和环境条件变化的过程控制 较难掌握，为此，以反馈控制理论为基础的控制理论是 机电一体化系统不可缺少的理论基础。
2
反馈：“反馈”是通过适当的检测传感装置将输出量 的全部或一部分返回到输入端，使之与输入量进行比较， 用其偏差对系统进行控制，反馈控制的目标是使该偏差为 零。
二、系统的过渡过程特性 当系统受到外部干扰时，其输出量必将发生变化，但由
于系统总含有惯性或储能元件，其输出量不可能立即变化到 与外部干扰相应的值，而需要有一个过程，这个过程就是系 统的过渡过程。
5
系统（或执行元件）在阶跃信号作用下(即操作量阶跃 变化时)的过渡过程，大致可分为稳定过程、不稳定过程( 发散)、稳定过程(有振荡)三种情况，并可近似地用传递函 数表示。
第五章
机电一体化系统的元、部件特性分析
第一节 第二节 第三节 第四节
自动控制理论与机电一体化系统 机电一体化系统的元、部件动态特性 传感器的动态特性 电气执行元件的特性分析
1
第一节 自动控制理论与机电一体化系统
机电一体化系统的操作过程控制目的有两个： 其一是根据操作条件的变化，制定最佳操作方案； 其二是对操作过程进行自动检测和自动控制，提高 控制性能，实现规定的目的功能。
本章主要介绍机电一体化系统中的机械系统、传感系统 和执行元件系统等几个子系统的基本特性，并从机电一体 化系统构成要素的角度说明其分析方法。
16
一、 机械系统特性及变换机构
机械系统是由轴、轴承、丝杠及连杆等机械零件构成 的，其功能是将一种机械量变换成与目的要求对应的另 一种机械量。
例如，有的连杆机构就是将回转运动变换为直线运 动。
传递函数与拉普拉斯变换：在经典控制理论中，研究 机电—体化系统的动态特性是以传递函数为基础的，而传 递函数是通过数学中的拉普拉斯变换定义的。
获取传递函数的方法： 当系统(或执行元件)的运动能够用相关定律(如电学 、热学、力学等的某些定律)描述时，该系统(或执行元件 )的传递函数就可用理论推导的方法求出。 对那些无法用相关定律推导其传递函数的系统(或执 行元件)，可用实验法建立其传递函数。
图5.1 过程的瞬态响应
6
三、伺服系统及其动态特性 伺服系统有时也称伺服机构，它是以机械位置或角度
作为控制对象的自动控制系统。其输出量随输入量的变化 而变化，因此，有时也称随动系统。
如果输出量不仅受输入量控制，而且反馈回来影响输 入量，则称其为闭环控制或反馈控制。并且由于系统是利 用输出量与输入量之间的偏差进行控制的，故又称负反馈 控制。对于输出量与输入量之间只有顺向作用，而无反向 联系的控制，则称其为开环控制。
14
数字运算后的数字信号
经保持器转换后的模拟电信号
图5.12 D/A 转换过程 每个采样周期内保持数字信号为常值。
15
第二节 机电一体化系统元、部件的动态特性
机电一体化系统由机械系统、传感检测系统、执行元 件系统和电子信息处理(控制)系统等子系统构成。各子系 统的输入与输出之间不一定成比例关系，可具有某种频率 特性(动态特性或传递函数)，即输出可能具有与输入完全 不同的性质。
17
齿轮传动机构图 （线性传动机构）
挠带传动机构 （线性传动机构）
回转-直线(或直线-回转)线性变换机构 图a——齿轮齿条机构图；图b——滚珠丝杠副
炉 温 控 制 系 统 原 理 图
误差信号
采样信号
保持器处理之后 的采样信号
保持器
被控对象
反馈元件 图5.10 采样系统典型结构
12
系统中含有数字计算机或者数字式控制系统的系统，称之 为数字控制系统。
信号的采样
信号的复现
图5.11 数字控制系统工作原理框图
13
图5.12 A/D转换过程 将采样信号，也就是时间上离散而幅值上连续的信号，量化后 成为数字信号的过程，这是一个近似过程，称为量化过程。
二、 机械系统的机构静力学特性
机构静力学所研究的问题是： ①机构输出端所受负载(力或转矩)向输入端的换算； ②机构内部的摩擦力(或转矩)对输入端的影响； ③求由上述各种力或重力加速度引起的机构内部各 连杆、轴承等的受力。
这里主要对研究机电一体化系统设计中机电有机结 合最重要的第一、第二个问题加以叙述。第三个问题是 机构的强度、刚度设计中要研究的重要问题，此处予以 省略。
3
一、拉普拉斯变换与传递函数
常用函数的拉氏变换和反变换可从拉氏变换表中查出， 通常不必自己计算。
4
一般来说，机电一体化系统(或元件)的输入量(或称输入 信号)和输出量(或称输出信号)可用时间函数描述，输入量与 输出量之间的因果关系或者说系统（或元件）的运动特性可 用微分方程描述。
系统(或元件)的运动特性也可以用传递函数描述。 线性定常系统(或元件)的传递函数定义为：零初始值下 ，系统（元件）输出量拉氏变换与输入量拉氏变换之比。
续时间系统，其信号为连续时间信号；在系统中，只要 有一个地方的信号是脉冲信号或数字信号时，就称系统 为离散系统或称采样系统，其脉冲信号或数字信号称为 离散信号或采样信号。
所谓采样是指将连续时间信号转变为脉冲或数字信 号的过程。采样控制系统包括一般的采样系统和数字控 制系统。
一般采样控制系统实例
10
图 5.7
21
（1）负载力（或转矩）向输入端的转算
在机构内部摩擦损失小时，应用虚功 原理便可得到输出负载向输入端的换算。
1）单输入—单输出机械系统
x
Fx
y x
Fy
dy dx
Fy
Fx
2）多输入—多输出机械系统
输入功的总和与输出功的总和：
实例
7
图5.2 位置的电气伺服系统
图5.3 反馈控制系统框图
8
根据控制系统框图，和系统中各元件的传递函数，以 及控制理论，可以写出系统总的传递函数。可以分析：
1）系统过渡过程品质，即系统响应的快速性和振荡 性。
2）系统的稳态精度，即稳态误差的大小。
9
四、采样控制简介 流经系统的信号随时间连素的特性参数比 较容易掌握，而随操作条件和环境条件变化的过程控制 较难掌握，为此，以反馈控制理论为基础的控制理论是 机电一体化系统不可缺少的理论基础。
2
反馈：“反馈”是通过适当的检测传感装置将输出量 的全部或一部分返回到输入端，使之与输入量进行比较， 用其偏差对系统进行控制，反馈控制的目标是使该偏差为 零。
二、系统的过渡过程特性 当系统受到外部干扰时，其输出量必将发生变化，但由
于系统总含有惯性或储能元件，其输出量不可能立即变化到 与外部干扰相应的值，而需要有一个过程，这个过程就是系 统的过渡过程。
5
系统（或执行元件）在阶跃信号作用下(即操作量阶跃 变化时)的过渡过程，大致可分为稳定过程、不稳定过程( 发散)、稳定过程(有振荡)三种情况，并可近似地用传递函 数表示。
第五章
机电一体化系统的元、部件特性分析
第一节 第二节 第三节 第四节
自动控制理论与机电一体化系统 机电一体化系统的元、部件动态特性 传感器的动态特性 电气执行元件的特性分析
1
第一节 自动控制理论与机电一体化系统
机电一体化系统的操作过程控制目的有两个： 其一是根据操作条件的变化，制定最佳操作方案； 其二是对操作过程进行自动检测和自动控制，提高 控制性能，实现规定的目的功能。
本章主要介绍机电一体化系统中的机械系统、传感系统 和执行元件系统等几个子系统的基本特性，并从机电一体 化系统构成要素的角度说明其分析方法。
16
一、 机械系统特性及变换机构
机械系统是由轴、轴承、丝杠及连杆等机械零件构成 的，其功能是将一种机械量变换成与目的要求对应的另 一种机械量。
例如，有的连杆机构就是将回转运动变换为直线运 动。
传递函数与拉普拉斯变换：在经典控制理论中，研究 机电—体化系统的动态特性是以传递函数为基础的，而传 递函数是通过数学中的拉普拉斯变换定义的。
获取传递函数的方法： 当系统(或执行元件)的运动能够用相关定律(如电学 、热学、力学等的某些定律)描述时，该系统(或执行元件 )的传递函数就可用理论推导的方法求出。 对那些无法用相关定律推导其传递函数的系统(或执 行元件)，可用实验法建立其传递函数。
图5.1 过程的瞬态响应
6
三、伺服系统及其动态特性 伺服系统有时也称伺服机构，它是以机械位置或角度
作为控制对象的自动控制系统。其输出量随输入量的变化 而变化，因此，有时也称随动系统。
如果输出量不仅受输入量控制，而且反馈回来影响输 入量，则称其为闭环控制或反馈控制。并且由于系统是利 用输出量与输入量之间的偏差进行控制的，故又称负反馈 控制。对于输出量与输入量之间只有顺向作用，而无反向 联系的控制，则称其为开环控制。
14
数字运算后的数字信号
经保持器转换后的模拟电信号
图5.12 D/A 转换过程 每个采样周期内保持数字信号为常值。
15
第二节 机电一体化系统元、部件的动态特性
机电一体化系统由机械系统、传感检测系统、执行元 件系统和电子信息处理(控制)系统等子系统构成。各子系 统的输入与输出之间不一定成比例关系，可具有某种频率 特性(动态特性或传递函数)，即输出可能具有与输入完全 不同的性质。