机电一体化系统设计课件(PPT 51页)

转模 模
设计原则
计外阻度考 原形尼精虑 则美、度刚
观最、度 灯小惯和 设和量强
、
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2、测量模块
功能：采集有关系统状态和行为的信息； 组成：由传感器、调理电路、变换电路组成 输入：确定机械受控模块性能的物理变量，如：压力、
位移、速度等； 输出：被测量的特征值，如：电压、电流、相位等； 设计要求：不失真地反映被测物理量的时间变化曲线。
的一种反馈控制系统称为 【B 】
❖ A．数控机床
B．伺服系统
❖ C．自动导引车 D．顺序控制系统
❖ （ 06、4 ）．有伺服放大器、执行机构、传动装
置等组成的模块称
【A 】
❖ A．机械结构模块 B．测量模块
❖ C．驱动模块
D．接口模块
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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
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、4 ）1.受控变量是机械运动的一种反馈控
制系统称(
)B
❖ A.顺序控制系统 B.伺服系统
C.数控机床
D.工业机器人
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真题解析——问答题
（ 13、7 ） ❖ 11．简述典型机电一体化系统中微计算机模块的定
❖ A．自动引导车 B．伺服系统 ❖ C．工业机器人 D．数控系统 ❖ （ 13、4 ）1.系统的输入输出满足线性叠加原理
的系统称为 【 A 】 ❖ A．线性系统 B．时变系统 ❖ C．定常系统 D．随机系统
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真题解析——选择题
❖ （ 11、4 ）1、负责系统内部个模块之间信息传递 的模块称为【 C 】
3、工业机器人 它是另一类数控机器。它是可编程多自由度
的，用来通过一系列动作，搬运物料、零件、工 具，或者其他装置，以实现给定的任务。
功能：移动零件、加载NC机床、操作压铸 机、装配产品、焊接、喷漆、打毛刺、以及包装等功能。
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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
❖ 本书主要讨论的是线性、定常、确定性、动态系统。
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（ 2）机电一体化（Mechatronics)
❖ （2）机电一体化 Mechatronics=Mechanics+Electronics
❖ 涵义是机械与电子的集成技术。机电一体化是微 电子技术、信息技术的快速发展并向传统机械产品渗 透和融合的结果。
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1.2 典型机电一体化系统
1、机械手关节伺服系统 伺服系统（Servo system）：又称作随动系统，它
的受控变量是机械运动，如位置、速度及加速度。
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1.2 典型机电一体化系统
2、数控机床 通过数字控制系统控制加工过程的机床。它是一种利
用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统。
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1.2 典型机电一体化系统
❖ 20世纪80年代，高性能微处理器的应用——数控机 床、工业机器人
❖ 20世纪90年代，计算机网络和通信技术的应用—— 机械学科和信息学科融合
❖ 21世纪至今，多样化、个性化、柔性化、智能化— —微机电系统（MEMS）
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1.1 机电一体化系统的发展及其基本概念
系统所涉及的设计理论： ❖ 整体最优化理论； ❖ 智能化设计理论——学习和自决策功能； ❖ 柔性化设计理论——软件代替硬件 ❖ 网络化设计理论——远程控制 ❖ 融合原理——异构产品的集成于融合 ❖ 可靠性原理——故障识别和保护
❖ A．机械受控模块 B．驱动模块
❖ C．接口模块 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
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真题解析——选择题
（ 07、4 ）
1．受控变量是机械运动，如位置、速度及加速度
❖ （3）机电一体化系统 机电一体化系统是按照机电一体化方法设计出来
的机械与电子紧密结合的产品或制造系统。 即机电一体化系统应包括机电表体化产品和机电
一体化制造系统。
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（ 2）机电一体化（Mechatronics)
核心技术： 精密机械技术、传感检测技术、信息处理技术、自动 控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术。
❖ A．软件模块 B．接口模块 ❖ C．通信模块 D．驱动模块 ❖ （ 10、4 ）1. 在系统中负责处理由测量模块和接
口模块提供信息的模块称 【 D】 ❖ A．软件模块 B．通信模块 ❖ C．驱动模块 D．微计算机模块
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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
输出：一部分决定驱动模块的工作状态；另一部分 供给接口模块的信息
设计要求：取决于原始的系统功能。
软件模块
软件模块包括系统的操作指令和预定指令的各种算法
接口模块
接口模块在系统内主要用于各级之间的信息传递
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1.4 设计依据与评价标准
机电一体化系统的依据和评价指标： 1、系统功能
开发机电一体化产品的依据： （1）需求牵动； （2）技术推动（主要是市场导向，其次技术导
答案：
11、非线性时变系统是指随时间变化的并且不满足线性叠加原理 的系统。
12、机械受控模块又称为执行模块，包含机械传动、支承和支座 等，其主要作用是承载、传递力和运动，同时也起着外观、 造型和防护作用。
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真题解析——问答题
（ 12、4 ） ❖ 11．伺服系统的工作特点是什么? ❖ 12．简述通信模块及接口模块的作用。 答案：
它的作用是：处理测量模块提供的信息、生成控制 指令，输出给驱动模块的执行部件电动机。
通信模块 通讯模块功能是传递信息，实现系统内部、外部，
近程、远程通信。 实现的方法有：有线和无线
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4、控制模块
微计算机模块
作用：在系统中负责处理由测量模块和接口模块提 供的信息。
输入参数：被测量的反馈量和与系统运行有关的设 定参数
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。
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1.2 典型机电一体化系统
6、数控自动化制造系统 （1）柔性生产系统（FMS）
柔性制造系统是将计算机数控机床、工业机器人 以及自动引导车连接起来以适应加工成组产品。
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1.2 典型机电一体化系统
（2）计算机集成制造系统（CIMS） 它是通过计算机网络，将计算机辅助设计、计算
义与功能。 ❖ 12．简述机电一体化设计，“简化机械系统”的设
计思想。
答案： 11、微计算机模块在系统中负责处理由测量模块和接
口模块提供的信息。 12、机械系统可采用机电一体化方法加以简化。依靠
微计算机和执行器可以提供诸如轮廓、速度以及定 位控制任务的功能。
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真题解析——问答题
（ 13、4 ） ❖ 11．什么是非线性时变系统？ ❖ 12．简述机械受控模块的定义与功能
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2、基本概念
❖ （1）系统 两个或两个以上事物组成相互依赖、相互作用、共
同完成某种特定功能或形成某种事物现象的一个统一 整体的总称。
❖ 实际应用：任何存在某种因果关系的一组物理元件称 为系统。
❖ 数学模型：描述决定系统输入和输出之间关系的数学 方程式。
❖ 可以分为静态的或动态的；线性或非线性；定常的或 者时变的，确定的或者随机的。
机辅助规划以及计算机辅助制造，统一连接成一个大 系统，实现了全工厂的自动化。
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1.2 典型机电一体化系统
7、微机电系统 微机电系统（MEMS）是电子和机械元件相结
合的微装置或系统，采用与集成电路兼容的批加 工技术制造，尺寸可以从毫米到微米量级范围变 化。这些系统结合传感和执行功能并进行运算处 理，改变了我们感知和控制物理世界的方式。
特点：体积和质量小、成本和能耗低、集 成度和智能化程度高。
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1.3 系统结构与模块
现场
控制模块
驱动模块
测量模块
机械受控模块
环境
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1、机械受控模块
代表系统的机械结构，又称为执行模块
功能
防外和 承 护观运 载 的、动 、 作造， 传 用型也 递 。和有 力
输入输出
化块 输 块输 为接 出 和入 电收 ： 环： 信， 测 境驱 号并 量 ；动
（1）现有的模具技术 （2）现代模具加工装备的结构形式 （3）用户对开发设计新型模具加工中心的意见
和要求 （4）市场情况 （5）发展趋势
调研的目的就是给设计的新产品有个明确的定位
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1.6 设计过程
2、概念设计 产品的概念设计是实现产品创新的关键。概念设计本质上就是一个
产品的创新过程
概念设计就是确定设计任务和用简图形式表达的广义解。 概念设计的主要特性：
机电一体化系统设计
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第一章 概论
1 机电一体化系统的发展及其基本概念 2 典型机电一体化系统
系统结构与模块 3 4 设计依据与评价标准
设计思想与方法 5
设计过程 6
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1.1 机电一体化系统的发展及其基本概念
1、机电一体化系统的发展
❖ 1971年日本学者提出——机械与电子的简单结合 （伺服技术）
4A革命 ❖ 机电一体化系统被广泛应用于工厂自动化、办公自
动化、家庭自动化以及社会服务自动化（4A革命）等 各种自动化环境条件下中。
（4）系统数学模型 ❖ 经典控制理论：传递函数 ❖ 现代控制理论：状态空间方程
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1.2 典型机电一体化系统
❖ 典型的机电一体化系统包括： ❖ 机械手关节伺服系统； ❖ 数控机床； ❖ 工业机器人； ❖ 自动导引小车； ❖ 顺序控制系统； ❖ 数控自动制造系统； ❖ 微机电系统。