机电一体化ppt

一、电气系统设计的基本任务与内容
• 电气系统设计的基本任务 电气系统设计的基本任务是根据控制要求 设计和编制设备制造和维护过程中所必需 的图纸、资料，包括电气原理图、安装接 线图、总装图、部件装配图、电气箱制造 工艺图、控制面板及电器元件底板图、非 标准紧固件加工图等，编制外购器件目录、 单台材料消耗清单、设备使用维护说明书 等资料。
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二、电气系统设计的原则
在电气控制系统设计过程中应遵循以下原则： • (1)最大限度地满足生产机械和工艺对电气控 制的要求。生产机械和工艺对电气控制系统的要 求是电气设计的依据，这些要求应根据生产需要 充分考虑。 • (2)在满足控制要求的前提下，设计方案应力 求简单经济。 • (3)妥善处理机械、液压和电气之间的关系。 • (4)正确、合理地选用电器元件，确保使用安 全可靠。另外，还应考虑是否选型美观、维护方 便、技术进步等。
四、 机电一体化系统设计方案 的常用方法
(1) 取代法 取代法: 取代法就是用电气控制取代原 系统中的机械控制机构。该方法是改造 旧产品、开发新产品或对原系统进行技 术改造常用的方法,也是改造传统机械产 品的常用方法。
(2)整体设计法 整体设计法: 整体设计法 整体设计法主要用于新产品的开发设计。 在设计时完全从系统的整体目标出发,考虑各 子系统的设计。 (3)组合法 组合法: 组合法 组合法就是选用各种标准功能模块组合设 计成机电一体化系统。例如,设计一台数控机 床,可以依据机床的性能要求,通过对不同厂家 的计算机控制单元、伺服驱动单元、位移和 速度测试单元及主轴、导轨、刀架、传动系 统等产品的评估分析,研究各单元间接口关系 和各单元对整机性能的影响,通过优化设计确 定机床的结构组成。
7、 附录 、
• 应附上带详细注释的源程序。
简要流程： 简要流程：
• 第一个步骤是市场调研（可行性分析“做还是不 做”） • 第二个步骤是需求分析（软件需求规格说明书 “做什么，不做什么”。） • 第三个步骤是概要设计（概要设计说明书） • 第四个步骤是详细设计（详细设计说明书） • 第五个步骤是编码 • 第六个步骤是测试（集成测试计划）
1、电气原理图设计的内容 2、工艺设计的内容
电气原理图的设计是整个设计的中心环节， 电气原理图的设计 电气原理图设计主要包括以下内容：
• • • • (1)制订电气控制系统设计任务书； (2)选择拖动方案与控制方式； (3) (3)确定电动机类型及技术参数； (4)设计电气控制原理框图，确定各部分之间的关 系，拟订各部分技术要求； • (5)设计并绘制电气原理图，计算主要技术参数； • (6)选择电器元件，制订元件目录清单； • (7)编写设计说明书。
机电一体化系统的组成要素及功能如图所示。 机电一体化系统的组成要素及功能如图所示。
• (a) 机电一体化系统的组成要素; • (b) 机电一体化系统的功能
二、 机电一体化系统的分类
从控制的角度来讲, 机电一体化系统可分 开环控制系统和闭环控制系统 为开环控制系统 闭环控制系统 开环控制系统 闭环控制系统。 • 开环控制的机电一体化系统是没有反馈 的控制系统,这种系统的输入直接送给控制器, 并通过控制器对受控对象产生控制作用。一 些家用电器、简易NC机床和精度要求不高 的机电一体化产品都采用开环控制方式。开 环控制机电一体化系统的优点是结构简单, 成本低, 维修方便; 缺点是精度较低,对输出 和干扰没有诊断能力。 •
3、 黑白线检测模块
• 黑白线检测传感器采用TK-20黑白线检测传感器, 该传感器是TK-10的升级版,有效探测距离达5 cm。 通过调节电位器,最远可以达到10 cm。 • 这款黑白线传感器继承了TK-10的受可见光干扰 TK-10 小,输出信号为开关量,信号处理简单,使用非常方 便外,还增加了探测距离调节器、改进了探测距离、 加强了探测精度。 • 该传感器为开关量传感器,输出为TTL电平,可以直 接和单片机连接,但需要在输出端加上拉电阻。
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二. 电气系统设计
• 电气系统设计包括两个方面：电气原理图 电气系统设计包括两个方面： 设计与工艺设计。 设计与工艺设计。 • 电气原理图的设计质量决定着设备的先进 实用性和合理性， 性、实用性和合理性，是电气控制系统设 计的核心。 计的核心。 • 工艺设计决定着电气控制设备的生产可行 经济性、造型美观和使用维护方便。 性、经济性、造型美观和使用维护方便。
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2、 概要设计
• 说明程序中用到的所有抽象数据类型的定 义，主程序的流程以及各程序模块之间的 层次（调用）关系。 • 软件概要设计说明书，说明系统模块划分、 选择的技术路线等，整体说明软件的实现 思路。并且需要指出关键技术难点有数据类型，对每 个操作具体的算法。 • 软件详细设计说明书，对概要设计的进一 步细化，一般由各部分的担当人员依据概 要设计分别完成，然后在集成，是具体的 实现细节。理论上要求可以照此编码。
软 件 设 计 流 程 图
举例说明
程 序 流 程 件 流 设 程 计 图 图 框 程 软 通 理 流 位 机 交 处 下 城 市 警 报 • • • •
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四．智能小车的设计与 制作方案
一、 系统总体设计
• 自动方式 自动方式采用光电避障传感器以检测障碍 物,采用黑白线检测传感器检测路径,以实现 小车自动避障寻径运行。 • 为了方便了解小车运行状态、运行速度等 数据,还配备了两块数码显示管对小车的即 时状态予以显示。并且可以实现小车调速、 前进、后退、拐弯加速、减速等动作。
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工艺设计的主要目的是便于制造电气设备， 工艺设计的主要目的是便于制造电气设备，实现电气原理图 的主要目的是便于制造电气设备 设计的功能和各项技术指标，为设备的制造、调试、 设计的功能和各项技术指标，为设备的制造、调试、维护和 • • • 使用提供必要的图纸资料。 使用提供必要的图纸资料。 (1)根据设计的电气原理图及选定的电器元件，设计、绘制电 气系统的总装配图及总接线图， (2)按照电气原理图或划分的组件进行统一编号。 (3)根据组件电路原理及选定的元件，设计组件装配图、接线 图，图中反映各电器元件的安装方式与接线方式。这些资料 是组件装配和生产管理的依据。 (4)根据组件装配要求，绘制电气安装板和非标准的电器安装 图，标明技术要求。这些图纸是制造、加工所必需的资料。 (5)设计电气箱，根据组件的尺寸及安装要求，确定电气箱结 构及外形尺寸，设置安装支架，标明安装尺寸，面板安装方 式，各组件的连接方式，通、散热及开门方式。在电气箱设 计中，应注意操作维护方便与造型美观。
一个典型的机电一体化系统应包含以下几个基本 要素： 机械本体、动力与驱动部分、执行机构、 要素： 机械本体、动力与驱动部分、执行机构、 传感测试部分、控制及信息处理部分。 传感测试部分、控制及信息处理部分。 我们将这些部分归纳为： 结构组成要素、 动力 我们将这些部分归纳为： 结构组成要素、 组成要素、运动组成要素、感知组成要素、 组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能 组成要素； 这些组成要素内部及其之间,形成通 组成要素； 这些组成要素内部及其之间 形成通 过接口耦合来实现运动传递、信息控制、 过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转 换等有机融合的一个完整系统。 换等有机融合的一个完整系统。
系统设计的过程就是“目标—功能—结构—效 系统设计的过程 果”的多次分析与综合的过程。 综合可理解为各种解决问题要素的拼合的模型 化过程,这是一种高度的创造行为。 分析是综合的反行为，也是提高综合水平的必 要手段。
依据的传统方法不同,它是以计算机为手段,其 设计步骤通常如下： • 设计预测→信号分析→科学类比→系统分 析设计→创造设计→选择各种具体的现代 设计方法（如相似设计法、模拟设计法、 有限元法、可靠性设计法、动态分析法、 优化设计法、模糊设计法等）→机电一体 化系统设计质量的综合评价。
《机电一体化系统设计》
小组成员： 小组成员：许信 贺韶 王瑞超 刘杰 学院： 学院：机械工程学院 专业： 专业：机电
机电系统设计整体方案
• • • • 典型机电系统的整体设计思路 电器系统的设计方案 软件流程设计 智能车机电系统设计整体方案
一、典型机电系统的 整体设计思路
一. 机电一体化系统的基本组成要素
三、 机电一体化系统设计
• 所谓的系统设计 所谓的系统设计,就是用系统思维综合运用 各有关学科的知识、技术和经验,在系统分 析的基础上,通过总体研究和详细设计,实现 满足设计目标的产品研发过程。 • 系统设计的基本原则 系统设计的基本原则是使设计工作获得最优 化效果,在保证目的功能要求与适当使用寿 命的前提下不断降低成本。
1、 电机控制模块
• 小车电机部分的设计 考虑小车运动的灵活 性,采用对左右车轮独 立控制的控制方式,可 以同时前转、后转、 反向旋转或者一侧转 动一侧停止,也可以完 成原地转弯,旋转等动 作,因而适合沿曲折路 线前进。其一侧车轮 硬件电路如图1所示。
图1 电机驱动原理图
2、 光电避障模块
• 光电开关的工作原理 光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束,被物体阻 断或部分反射,受光器最终据此作出判断反应,是利用被检 测物体对红外光束的遮光或反射,由同步回路选通而检测 物体的有无,其物体不限于金属,对所有能反射光线的物体 均能检测。 • 本设计采用的光电传感器 本设计采用的光电传感器为NPN常开型反射式传感器,自 发自收。工作电压为5V,工作电流为100 mA。有效测量距 离为80 cm。易于装配,使用方便,可以很方便地实现小车 的避障等功能。该传感器为开关量传感器,输出的为1, 0开 关量信号,可以和单片机直接连接使用。其中,红线接正极, 绿线接负极,黄线通过开关接至单片机的INT1端,当无障碍 物时,输出为高电平;当有障碍物时,输出低电平,触发中断, 小车随即做出避障动作。
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2．选择拖动方案与控制方式 ．
• 电力拖动方案的确定是设计的重要部分，因为只有 在总体方案正确的前提下，才能保证生产设备各项 技术指标实施的可能性。 • 在电气控制系统设计主要技术指标确定后，必须认 真做好调查研究工作，要注意借鉴已成功并经过生 产考验的类似设备或生产工艺，列出几种可能的方 案，并根据自己的条件和工艺要求进行比较分析后 作出决定。 • 拖动方案确定以后，就可以进一步选择电动机的类 型、数量、结构形式及容量等。