机电一体化系统设计 ppt课件
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机电一体化 完整ppt课件
2.机电技术完全融合形成新型机电一体化产品
生产机械中的激光快速成形机；信息机械中的传真机、打印机、复印机；检测机 械中的CT（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。
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7
C650卧式车床外形图 1— 主轴变速箱 2—溜板与刀架 3—尾座 4—床身 5—丝杠
6—光杠 7—溜板箱 8—进给箱 9—挂轮箱
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8
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9
效益分析
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10
第二节 机电一体化构成要素件
11
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12
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13
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14
二、相关技术
1. 机械技术
2.
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
1 23 4
图7-18 双螺母垫片调隙式结构 1、2-单螺母 3-螺母座 4-调整垫片
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37
(b)螺纹调隙式（图7-20）其中一 个螺母的外端有凸缘而另一个螺母 的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸 出套筒外，并用两个圆螺母固定着。 旋转圆螺母时，即可消除间隙，并 产生预拉紧力，调整好后再用另一 个圆螺母把它锁紧。
3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运 动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。
6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故 制造成本高。
7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不 能立刻停止运动，故常需添加制动装置。
生产机械中的激光快速成形机；信息机械中的传真机、打印机、复印机；检测机 械中的CT（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。
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7
C650卧式车床外形图 1— 主轴变速箱 2—溜板与刀架 3—尾座 4—床身 5—丝杠
6—光杠 7—溜板箱 8—进给箱 9—挂轮箱
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8
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9
效益分析
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10
第二节 机电一体化构成要素件
11
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12
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14
二、相关技术
1. 机械技术
2.
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
1 23 4
图7-18 双螺母垫片调隙式结构 1、2-单螺母 3-螺母座 4-调整垫片
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37
(b)螺纹调隙式（图7-20）其中一 个螺母的外端有凸缘而另一个螺母 的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸 出套筒外，并用两个圆螺母固定着。 旋转圆螺母时，即可消除间隙，并 产生预拉紧力，调整好后再用另一 个圆螺母把它锁紧。
3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运 动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。
6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故 制造成本高。
7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不 能立刻停止运动，故常需添加制动装置。
机电一体化系统设计ppt课件
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
3、有源接口：含有有源要素，可以主动进 行匹配的接口。如电磁离合器、放大器、 光电耦合器等
4、智能接口：带有微处理器，可以进行程 序编制或可适应性地改变接口条件。如自 动变速装置、通用输入/输出集成电路， STD总线等
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
1.2.2 机电一体化系统的功能构成
构成功能的目的：处理工业三大要素 信息、能量、物质 功能构成
1、变换（加工、处理）功能 2、传递（移动、输送）功能 3、储存（保持、积蓄、记录）功能
2.2机电一体化系统设计与现代设计方法
设计程序 ①明确设计思想 ②分析综合要求 ③划分功能模块 ④决定性能参数 ⑤调研类似产品 ⑥拟定总体方案 ⑦方案对比定型 ⑧编写总体设计论证书
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
3、信息接口：受规格、标准、法律、语言、 符号等逻辑、软件约束的接口。如RS232， GB，ISO，ASCII，FORTRAN，C++等
4、环境接口：对周围环境条件（温度、湿 度、磁场、振动、水、气、灰、火、放射） 有保护作用的接口。如防尘接头，防水开 关等
《机电一体化系统设计》机电一体化系统设计及分析方法PPT课件
• 产品立项应给出生产设计要求表，表中所列要求 分为特征指标、优化指标和寻常指标，即包括新 产品的功能要求、技术规格、性能指标、成本控
概念设计阶段
• 输入的是产品规划的结果—设计要求表， 输出总体方案。机电一体化系统总体方案 包括产品外观和结构布置方案、产品部件 或子系统划分及设计目标、各部件或子系 统的接口设计等三个方面，并给出详细设 计任务书、验收规范及进度计划。
2.3 机电一体化系统的建模和仿真
• 机电系统既是一个交叉、综合的复杂系统，又是 一个动态的系统。对于该动态系统，可以从机电 系统动力学的角度出发，根据系统行为描述进行 建模（即建立系统的动力学方程或动态模型）。 建模后，就可以按分析对象和目的的不同，采用 合适的系统分析方法对问题进行求解，以便对机 电系统进行评估或目标优化，从而保证机电系统 的设计更为合理和完善。
• 机电一体化系统分析则是自下而上的过程， 是以系统动态分析理论为基础对系统的稳 定性和动态响应能力等进行验证的过程， 形式上有理论分析和仿真分析等；
• 设计和分析的基础条件是系统的理论模型 的建立 。
2.1 系统设计概述
• 系统设计的描述（什么是设计？）
• 从现代设计方法的观念看，“设计”就是 一个信息系统，输入的是需求，输出是设 计的结果。
般
是
是
步
仿真运行
骤
仿ห้องสมุดไป่ตู้结果分析
否 正确否？
是 结束
2.4 系统的分析方法
• 建立机电系统数学模型后，便可以对系统 性能进行分析。在经典的控制理论中，常 用时域分析法、根轨迹法或频域分析法来 分析线性系统。这些方法有各自不同的特 点和适用范围，但是比较而言，时域分析 法是一种直接在时间域中对系统进行分析 的方法，具有直观、准确的优点，并且可 以提供系统时间响应的全部信息。
概念设计阶段
• 输入的是产品规划的结果—设计要求表， 输出总体方案。机电一体化系统总体方案 包括产品外观和结构布置方案、产品部件 或子系统划分及设计目标、各部件或子系 统的接口设计等三个方面，并给出详细设 计任务书、验收规范及进度计划。
2.3 机电一体化系统的建模和仿真
• 机电系统既是一个交叉、综合的复杂系统，又是 一个动态的系统。对于该动态系统，可以从机电 系统动力学的角度出发，根据系统行为描述进行 建模（即建立系统的动力学方程或动态模型）。 建模后，就可以按分析对象和目的的不同，采用 合适的系统分析方法对问题进行求解，以便对机 电系统进行评估或目标优化，从而保证机电系统 的设计更为合理和完善。
• 机电一体化系统分析则是自下而上的过程， 是以系统动态分析理论为基础对系统的稳 定性和动态响应能力等进行验证的过程， 形式上有理论分析和仿真分析等；
• 设计和分析的基础条件是系统的理论模型 的建立 。
2.1 系统设计概述
• 系统设计的描述（什么是设计？）
• 从现代设计方法的观念看，“设计”就是 一个信息系统，输入的是需求，输出是设 计的结果。
般
是
是
步
仿真运行
骤
仿ห้องสมุดไป่ตู้结果分析
否 正确否？
是 结束
2.4 系统的分析方法
• 建立机电系统数学模型后，便可以对系统 性能进行分析。在经典的控制理论中，常 用时域分析法、根轨迹法或频域分析法来 分析线性系统。这些方法有各自不同的特 点和适用范围，但是比较而言，时域分析 法是一种直接在时间域中对系统进行分析 的方法，具有直观、准确的优点，并且可 以提供系统时间响应的全部信息。
《机电一体化系统》PPT课件
提高精度可以减少片缝气隙， 降低剪切毛刺；提高送料 速度直接影响到效率。对 硅钢片横剪线的要求，不 但要满足在高速下
（240m/ min）的片料定位要 求，以保证±0.1mm的尺 寸精度，而且还要满足去 毛刺（＜0.02mm）的要求。
主－从驱动方式的速度／转矩与机 械耦合同步控制系统 ①
主－从驱动方式的速度／转矩与机 械耦合同步控制系统 ②
2. 增量式光电编码器数字测速
M法测速、T法测速和M/T法 测速。详见光电编码器的内容。
方向TTL
方向TTL为高电平时，表示CP脉冲为正转 计数脉冲；方向TTL为低电平时，表示CP脉 冲为反转计数感器用于齿轮转速测 量的工程实例
5. 电涡流式（电感式 ）接近开关在位置限位 中的应用
非电量 非电量
电参量
电量
敏感元件
传感元件
测量转换电路
（被测量）
在弹性敏感元件上粘 贴有一种称电阻应变片 的 传感元件，该传感元 件能将变形量转换为电 阻值（电参量）的变化。 应变片电阻值的变化由 电桥电路转换成电压输 出，电桥电路即为测量 转换电路
因为在转换过程中， 压力、变形量、电阻值 及电压均成线性关系， 因此，最终压力与电压 成线 性对应关系。压力 转换成电压后，经过放 大等一系 列处理，由手 持式显示器显示出压力 变化值。
IC芯线焊接工作台技术指标 ③
项目
运动部分质量 运动部分速度 滚珠丝杠螺距 滚珠丝杠直径 滚珠丝杠长度 减速机构
摩擦系数 定位性能
停止精度
技术条件 项目
技术条件
15kg 125mm/s 5mm φ14mm 150mm
AC伺服电 动机
（低惯量电 动机）
额定功率 100W 额定转速 1500r/min 额定转矩 0.32Nm 光电编码器2500P/r （增量式）
（240m/ min）的片料定位要 求，以保证±0.1mm的尺 寸精度，而且还要满足去 毛刺（＜0.02mm）的要求。
主－从驱动方式的速度／转矩与机 械耦合同步控制系统 ①
主－从驱动方式的速度／转矩与机 械耦合同步控制系统 ②
2. 增量式光电编码器数字测速
M法测速、T法测速和M/T法 测速。详见光电编码器的内容。
方向TTL
方向TTL为高电平时，表示CP脉冲为正转 计数脉冲；方向TTL为低电平时，表示CP脉 冲为反转计数感器用于齿轮转速测 量的工程实例
5. 电涡流式（电感式 ）接近开关在位置限位 中的应用
非电量 非电量
电参量
电量
敏感元件
传感元件
测量转换电路
（被测量）
在弹性敏感元件上粘 贴有一种称电阻应变片 的 传感元件，该传感元 件能将变形量转换为电 阻值（电参量）的变化。 应变片电阻值的变化由 电桥电路转换成电压输 出，电桥电路即为测量 转换电路
因为在转换过程中， 压力、变形量、电阻值 及电压均成线性关系， 因此，最终压力与电压 成线 性对应关系。压力 转换成电压后，经过放 大等一系 列处理，由手 持式显示器显示出压力 变化值。
IC芯线焊接工作台技术指标 ③
项目
运动部分质量 运动部分速度 滚珠丝杠螺距 滚珠丝杠直径 滚珠丝杠长度 减速机构
摩擦系数 定位性能
停止精度
技术条件 项目
技术条件
15kg 125mm/s 5mm φ14mm 150mm
AC伺服电 动机
（低惯量电 动机）
额定功率 100W 额定转速 1500r/min 额定转矩 0.32Nm 光电编码器2500P/r （增量式）
机电一体化-第一章-机电一体化系统设计基础知识PPT课件
三、 机电一体化系统设计中的关键技术
1. 传感器技术是机电一体化的关键性技术。机电一体化系统或产品的柔
性化、功能化和智能化都与传感器的品种多少，性能好坏，结构尺寸 密切相关。传感器技术自身就是一门多学科、知识密集的应用技术。
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2. 信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储及输出技术。
1. (1) 设计目的与需求分析。 (2) ① 根据设计的机电一体化系统（或产品）分解成子系统具体阐述本
② ③ ④ (3) 经济效益与社会效益预测。 从本项目设计研究的应用和市场需求量，进行价值评估或经济效益预
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(4) 机电系统设计实施途径。 根据所设计的机电一体化系统（或产品）的内容，分解为单元系统说
2. (1) (2) 设计机电系统依据的文件名称；批准文件的部门名称及批准日期；
(3) (4) 设计中必须进行的科研和其他工作的论证要求。
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(5) ① ② ③ 对产品寿命、可靠性、准确度、稳定性和维护方便性方面的要求；
④ 对生产和使用的工艺性要求。根据这些工艺性要求，产品的制造、 使用和维修有可能以短时间、低消耗、高效率达到所要求的质量指标；
2. (1) 整体性原则。也就是说要把机电系统当作一个整体，应具有整体
大于它的各部分的总和的思想，这就准确地反映了整体性原则的本质。 (2) 综合性原则。任何机电系统都具有多方面的特性，涉及多方面的
技术知识 。 (3) 科学性原则。在处理设计问题时应按照科学的顺序和步骤进行，
环环相扣，并不断通过信息反馈加以分析检查改进，且尽量使用定量 方法。
6. 在机电一体化系统设计中，无论采用何种现代化的设计方法，选择最
先进的高科技系统单元，对于任何一种机电产品既可能产生机械故障， 又可能产生电子故障，计算机软件问题。
1. 传感器技术是机电一体化的关键性技术。机电一体化系统或产品的柔
性化、功能化和智能化都与传感器的品种多少，性能好坏，结构尺寸 密切相关。传感器技术自身就是一门多学科、知识密集的应用技术。
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2. 信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储及输出技术。
1. (1) 设计目的与需求分析。 (2) ① 根据设计的机电一体化系统（或产品）分解成子系统具体阐述本
② ③ ④ (3) 经济效益与社会效益预测。 从本项目设计研究的应用和市场需求量，进行价值评估或经济效益预
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(4) 机电系统设计实施途径。 根据所设计的机电一体化系统（或产品）的内容，分解为单元系统说
2. (1) (2) 设计机电系统依据的文件名称；批准文件的部门名称及批准日期；
(3) (4) 设计中必须进行的科研和其他工作的论证要求。
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(5) ① ② ③ 对产品寿命、可靠性、准确度、稳定性和维护方便性方面的要求；
④ 对生产和使用的工艺性要求。根据这些工艺性要求，产品的制造、 使用和维修有可能以短时间、低消耗、高效率达到所要求的质量指标；
2. (1) 整体性原则。也就是说要把机电系统当作一个整体，应具有整体
大于它的各部分的总和的思想，这就准确地反映了整体性原则的本质。 (2) 综合性原则。任何机电系统都具有多方面的特性，涉及多方面的
技术知识 。 (3) 科学性原则。在处理设计问题时应按照科学的顺序和步骤进行，
环环相扣，并不断通过信息反馈加以分析检查改进，且尽量使用定量 方法。
6. 在机电一体化系统设计中，无论采用何种现代化的设计方法，选择最
先进的高科技系统单元，对于任何一种机电产品既可能产生机械故障， 又可能产生电子故障，计算机软件问题。
机电一体化系统设计-概论PPT课件
出版社） • 张君安主编。机电一体化系统设计（兵器工业出版社） • 张立勋等主编。机电一体化系统设计（哈尔滨工程大学出版社） • 机电一体化技术手册编委会。机电一体化技术手册（机械工业
出版社） • 张建民 等主编. 机电一体化系统设计 (北京理工大学出版社)
可编辑课件PPT
3
第一章。机电一体化概念
可编辑课件PPT
48
• (6)环境完善性 • (7)技术经济性 • (8)结构工艺性 • (9)造型艺术性 • (10)成果规范性
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49
九 .机电一体化产品的设计开发步骤
• (1)市场调查
• 所谓市场调查就是运用科学的方法，
系统地、全面地收集有关市场需求
和经销方面的有关资料。在市场调
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54
(B)接口设计
• 对于一种产品（或系统），其各部件之 间，各子系统之间往往需要传递动力、 运动、命令或信息，这都是通过各种接 口来实现的。
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38
4. 接口技术
• 在机电一体化系统中，计算机与外部设 备（如执行机构、传感器、机械本体、 动力源和人机交互设备等）之间的连接 和信息交换环节称为接口，接口功能的 实现除硬件电路外，还应包括相应的接 口软件（驱动程序），通常通过接口硬 件和接口软件的结合来实现接口任务。
可编辑课件PPT
查的基础上，通过定性的经验分析
或定量的科学计算，对市场未来的
不确定因素和条件作出预测，为企
业提供依据。
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50
(2) 初步设计
• 初步设计的主要任务是建立产品的 功能模型，提出总体方案、投资预 算，拟定实施计划等
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51
出版社） • 张建民 等主编. 机电一体化系统设计 (北京理工大学出版社)
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3
第一章。机电一体化概念
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48
• (6)环境完善性 • (7)技术经济性 • (8)结构工艺性 • (9)造型艺术性 • (10)成果规范性
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49
九 .机电一体化产品的设计开发步骤
• (1)市场调查
• 所谓市场调查就是运用科学的方法，
系统地、全面地收集有关市场需求
和经销方面的有关资料。在市场调
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54
(B)接口设计
• 对于一种产品（或系统），其各部件之 间，各子系统之间往往需要传递动力、 运动、命令或信息，这都是通过各种接 口来实现的。
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38
4. 接口技术
• 在机电一体化系统中，计算机与外部设 备（如执行机构、传感器、机械本体、 动力源和人机交互设备等）之间的连接 和信息交换环节称为接口，接口功能的 实现除硬件电路外，还应包括相应的接 口软件（驱动程序），通常通过接口硬 件和接口软件的结合来实现接口任务。
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查的基础上，通过定性的经验分析
或定量的科学计算，对市场未来的
不确定因素和条件作出预测，为企
业提供依据。
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50
(2) 初步设计
• 初步设计的主要任务是建立产品的 功能模型，提出总体方案、投资预 算，拟定实施计划等
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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。
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
• 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
机电一体化系统设计课件(PPT51张)
真题解析——选择题
（ 05、4 ）1、主要用于系统中各级间的信息传递 的模块称为【 】 B A．软件模块 C．通信模块 B．接口模块 D．驱动模块
（ 04、4 ）1．由计算机网络将计算机辅助设计、 计算机辅助规划、计算机辅助制造联接成的系统称
为【 】
D
A．顺序控制系统 C．柔性制造系统
真题解析——选择题
（ 12、4 ）1．用于承载、传递力和运动的模块是
【 】A
A．机械受控模块 C．接口模块 B．驱动模块 D． 微计算机模块
（ 09、4 ）1．系统中用于提供驱动力改变系统运 行状态，产生所希望运动的模块称为 【 】 A A．驱动模块 B．接口模块 C .微计算机模块 D．测量模块
B．自动引导车系统 D． 计算机集成制造系统
真题解析——选择题
（ 03、4 ）1.将计算机数控机床、工业机器人以 及自动引导车联接起来的系统称( C ) A.顺序控制系统 B.计算机集成制造系统 C.柔性制造系统 D.伺服系统 （ 02、4 ）1.受控变量是机械运动的一种反馈控 制系统称( A.顺序控制系统 D.工业机器人 )B B.伺服系统 C.数控机床
1.2 典型机电一体化系统
工业机器人组成部件：主体结构、终端器、控制器
1.2 典型机电一体化系统
4、自动导引车 自动导引车是另一种形式的移动工业机器人。他能 跟踪编程路径，在工厂内江一个零件从一个地方移动 到另一个地方。
1.2 典型机电一体化系统
5、顺序控制系统 顺序控制系统是按照预先规定的次序完一系列操作 的系统。 根据如何开始和终结操作可分为两类： （1）当某一事件发生时，开始或结束操作的称为事件驱 动顺序控制； （2）在某一时刻或一定时间间隔之后，开始或结束操作 的称为时间驱动顺序控制。
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
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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。
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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
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按功能分，接口有两种：输入/输出接口 和变换、调整接口
具有变换调整功能的接口（4种）
1、零接口：不进行任何变换和调整，本子 系统的输出即为另一子系统的输入，这种 接口只起到连接的作用。如插头、座，输 送管线，传动轴等。
2、无源接口：只用无源要素进行变换、调 整的接口。如变速箱、变压器、可变电阻、 透镜等。
强度
高
低
精度
Hale Waihona Puke 高低机电一体化系统的评价内容
机电一体化系统 主功能
计测功能 动力功能 构造功能 控制功能
高附加值化 高性能化 低价格化 高可靠性化 智能化 省能化 轻薄短小化 网络化
1.3 机电一体化与其他技术的区别
不是机、电的简单叠加 与机电学的区别 与并行工程的区别 与自动控制的区别 与计算机应用的区别
机电一体化是机械的主功能，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 结合而构成系统的总称。
1.2机电一体化系统的基本构成
1.2.1 机电一体化系统的构成 通常认为由五个部分组成：
机械系统（机构） 电子信息处理系统（电子计算机） 动力系统（动力源） 传感检测系统（传感器） 执行元件系统（电动机等）
1.2.4 机电一体化系统的评价
系统内部功能 主功能
动力功能 控制功能 构造功能 计测功能
系统的内部功能与系统的价值
评价参数
系统价值
高
低
系统误差
小
大
抗干扰能力 废物输出
强
弱
少
多
变换效率
高
低
输入能量 能源
少 内装
多 外设
控制输入/输出口个数 手动操作 网络功能 尺寸、重量
多 少 强 小、轻
少 多 弱 大、重
机电一体化系统要素与人体要素的比较
机电一体化系统要素 控制器（计算机） 网络 检测、传感器
执行元件
动力源 机构
功能
控制（信息存储、处理、传 送）
信息传递
人体要素 头脑
神经
计测（信息收集与变换） 感官
驱动（操作）
肌肉
提供动力（能量） 构造
内脏 骨骼
1.2.3机电一体化系统构成要素的联接
为实现各子系统或要素之间物质、能量或 信息交换而进行的连接就是接口。
五个部分组成的机电一体化系统可以分为： 半闭环、闭环两种控制方式。
闭环：对最终执行元件进行直接控制。
半闭环：对中间元件进行控制，从而推算 出最终元件的状态。
1.2.2 机电一体化系统的功能构成
构成功能的目的：处理工业三大要素 信息、能量、物质 功能构成
1、变换（加工、处理）功能 2、传递（移动、输送）功能 3、储存（保持、积蓄、记录）功能
机电一体化系统设计
本课程的特点 1、涉及的知识面广，大多为新知识 2、机电结合，综合应用 3、部分内容与其它课程有交叉
参考书目
1、《机电一体化技术概览》 万遇良 北京工业大学出版社 2、《现代控制与驱动技术》谢少荣 蒋蓁 罗均 林中华
化学工业出版社 3、《现场总线控制》 周明 中国电力出版社 4、《电磁干扰排查及故障解决的电磁兼容技术》
（3）
2.2机电一体化系统设计与现代设计方法
设计程序 ①明确设计思想 ②分析综合要求 ③划分功能模块 ④决定性能参数 ⑤调研类似产品 ⑥拟定总体方案 ⑦方案对比定型 ⑧编写总体设计论证书
总体设计中应注意：
（1）以机电互补原则进行功能划分，即明确哪 的功能由机械设计实现，哪些功能由电子技术的 硬、软件实现，这样能发挥机电所长，简化结构、 充分体现机电一体化效果。
（法）米切尔.麦迪安 著 刘萍 魏东兴 等译 中国电力出版社
5、《电磁兼容原理与应用》（加拿大）大卫A.韦斯顿 著 杨自佑 王守三 译 机械工业出版社
答疑时间
每周五 14：00—15：00
第1章 机电一体化技术概述
1.1 机电一体化含义 机电一体化:MECHATRONICS MECHANICS+ELECTRONICS
2、物理接口：受通过接口的物质、能量、 信息的具体形态和物理条件约束的接口。 如受电流、电压、电容、扭矩、频率、气 压等约束的接口。
3、信息接口：受规格、标准、法律、语言、 符号等逻辑、软件约束的接口。如RS232， GB，ISO，ASCII，FORTRAN，C++等
4、环境接口：对周围环境条件（温度、湿 度、磁场、振动、水、气、灰、火、放射） 有保护作用的接口。如防尘接头，防水开 关等
要求、快速响应性与定位精度要求等
2.1.2 设计准则
在保证目的功能要求与适当寿命的前提下 不断降低成本
降低成本一方面是从用户需求出发降低成 本，二是从制造厂的立场出发降低成本。
平均故障间隔MTBF(Mean Time Between Failures --到产品发生故障止，或从一个故障被排 除后到下一个故障发生时的平均时间。
（1）机电互补法（取代法） （2）结合法（融合法） （3）组合法 4、机器装置轻型、小型化
2.2 机械传动设计方面 1、通常采用分离驱动源的传动方式，传动
链不是全刚性结合
信息处理功能的分离
传动参数
2、信息处理功能的分离
例：要完成工作部分不同的转速要求可以 采用的方法有：
（1）
（2）
3、有源接口：含有有源要素，可以主动进 行匹配的接口。如电磁离合器、放大器、 光电耦合器等
4、智能接口：带有微处理器，可以进行程 序编制或可适应性地改变接口条件。如自 动变速装置、通用输入/输出集成电路， STD总线等
根据输入/输出功能有如下接口形式
1、机械接口：由输入/输出部位的形状、尺 寸、精度、配合、规格等进行机械联接的 接口。如联轴器，管接头，法兰盘等。
（2）用图表说明功能要求与动作顺序要求 （3）分析产品专用性与批量 （4）重点明确产品的简要特性 （5）分析产品的自动化程度及其适用性
（6）环境条件要求 （7）动力源特性分析 （8）机、电、液传动的最佳匹配 （9）可靠性分析 （10）结构尺寸及空间布置分析 （11）特殊功能分析、低速稳定性、抖动
第2章 机电一体化产品的设计
2.1 机电一体化设计的特点 2.1.1 机电一体化方案设计方面 1、“柔性”自动化方案的应用 机电一体化水平的不断发展，使得产品的
“柔性”化程度不断提高 四种方案比较：
方案1
方案2
方案3
方案4
2、高性能电子化器件与微电子器件的采用 3、机电一体化系统设计的考虑方法
具有变换调整功能的接口（4种）
1、零接口：不进行任何变换和调整，本子 系统的输出即为另一子系统的输入，这种 接口只起到连接的作用。如插头、座，输 送管线，传动轴等。
2、无源接口：只用无源要素进行变换、调 整的接口。如变速箱、变压器、可变电阻、 透镜等。
强度
高
低
精度
Hale Waihona Puke 高低机电一体化系统的评价内容
机电一体化系统 主功能
计测功能 动力功能 构造功能 控制功能
高附加值化 高性能化 低价格化 高可靠性化 智能化 省能化 轻薄短小化 网络化
1.3 机电一体化与其他技术的区别
不是机、电的简单叠加 与机电学的区别 与并行工程的区别 与自动控制的区别 与计算机应用的区别
机电一体化是机械的主功能，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 结合而构成系统的总称。
1.2机电一体化系统的基本构成
1.2.1 机电一体化系统的构成 通常认为由五个部分组成：
机械系统（机构） 电子信息处理系统（电子计算机） 动力系统（动力源） 传感检测系统（传感器） 执行元件系统（电动机等）
1.2.4 机电一体化系统的评价
系统内部功能 主功能
动力功能 控制功能 构造功能 计测功能
系统的内部功能与系统的价值
评价参数
系统价值
高
低
系统误差
小
大
抗干扰能力 废物输出
强
弱
少
多
变换效率
高
低
输入能量 能源
少 内装
多 外设
控制输入/输出口个数 手动操作 网络功能 尺寸、重量
多 少 强 小、轻
少 多 弱 大、重
机电一体化系统要素与人体要素的比较
机电一体化系统要素 控制器（计算机） 网络 检测、传感器
执行元件
动力源 机构
功能
控制（信息存储、处理、传 送）
信息传递
人体要素 头脑
神经
计测（信息收集与变换） 感官
驱动（操作）
肌肉
提供动力（能量） 构造
内脏 骨骼
1.2.3机电一体化系统构成要素的联接
为实现各子系统或要素之间物质、能量或 信息交换而进行的连接就是接口。
五个部分组成的机电一体化系统可以分为： 半闭环、闭环两种控制方式。
闭环：对最终执行元件进行直接控制。
半闭环：对中间元件进行控制，从而推算 出最终元件的状态。
1.2.2 机电一体化系统的功能构成
构成功能的目的：处理工业三大要素 信息、能量、物质 功能构成
1、变换（加工、处理）功能 2、传递（移动、输送）功能 3、储存（保持、积蓄、记录）功能
机电一体化系统设计
本课程的特点 1、涉及的知识面广，大多为新知识 2、机电结合，综合应用 3、部分内容与其它课程有交叉
参考书目
1、《机电一体化技术概览》 万遇良 北京工业大学出版社 2、《现代控制与驱动技术》谢少荣 蒋蓁 罗均 林中华
化学工业出版社 3、《现场总线控制》 周明 中国电力出版社 4、《电磁干扰排查及故障解决的电磁兼容技术》
（3）
2.2机电一体化系统设计与现代设计方法
设计程序 ①明确设计思想 ②分析综合要求 ③划分功能模块 ④决定性能参数 ⑤调研类似产品 ⑥拟定总体方案 ⑦方案对比定型 ⑧编写总体设计论证书
总体设计中应注意：
（1）以机电互补原则进行功能划分，即明确哪 的功能由机械设计实现，哪些功能由电子技术的 硬、软件实现，这样能发挥机电所长，简化结构、 充分体现机电一体化效果。
（法）米切尔.麦迪安 著 刘萍 魏东兴 等译 中国电力出版社
5、《电磁兼容原理与应用》（加拿大）大卫A.韦斯顿 著 杨自佑 王守三 译 机械工业出版社
答疑时间
每周五 14：00—15：00
第1章 机电一体化技术概述
1.1 机电一体化含义 机电一体化:MECHATRONICS MECHANICS+ELECTRONICS
2、物理接口：受通过接口的物质、能量、 信息的具体形态和物理条件约束的接口。 如受电流、电压、电容、扭矩、频率、气 压等约束的接口。
3、信息接口：受规格、标准、法律、语言、 符号等逻辑、软件约束的接口。如RS232， GB，ISO，ASCII，FORTRAN，C++等
4、环境接口：对周围环境条件（温度、湿 度、磁场、振动、水、气、灰、火、放射） 有保护作用的接口。如防尘接头，防水开 关等
要求、快速响应性与定位精度要求等
2.1.2 设计准则
在保证目的功能要求与适当寿命的前提下 不断降低成本
降低成本一方面是从用户需求出发降低成 本，二是从制造厂的立场出发降低成本。
平均故障间隔MTBF(Mean Time Between Failures --到产品发生故障止，或从一个故障被排 除后到下一个故障发生时的平均时间。
（1）机电互补法（取代法） （2）结合法（融合法） （3）组合法 4、机器装置轻型、小型化
2.2 机械传动设计方面 1、通常采用分离驱动源的传动方式，传动
链不是全刚性结合
信息处理功能的分离
传动参数
2、信息处理功能的分离
例：要完成工作部分不同的转速要求可以 采用的方法有：
（1）
（2）
3、有源接口：含有有源要素，可以主动进 行匹配的接口。如电磁离合器、放大器、 光电耦合器等
4、智能接口：带有微处理器，可以进行程 序编制或可适应性地改变接口条件。如自 动变速装置、通用输入/输出集成电路， STD总线等
根据输入/输出功能有如下接口形式
1、机械接口：由输入/输出部位的形状、尺 寸、精度、配合、规格等进行机械联接的 接口。如联轴器，管接头，法兰盘等。
（2）用图表说明功能要求与动作顺序要求 （3）分析产品专用性与批量 （4）重点明确产品的简要特性 （5）分析产品的自动化程度及其适用性
（6）环境条件要求 （7）动力源特性分析 （8）机、电、液传动的最佳匹配 （9）可靠性分析 （10）结构尺寸及空间布置分析 （11）特殊功能分析、低速稳定性、抖动
第2章 机电一体化产品的设计
2.1 机电一体化设计的特点 2.1.1 机电一体化方案设计方面 1、“柔性”自动化方案的应用 机电一体化水平的不断发展，使得产品的
“柔性”化程度不断提高 四种方案比较：
方案1
方案2
方案3
方案4
2、高性能电子化器件与微电子器件的采用 3、机电一体化系统设计的考虑方法