了解机电一体化系统中的关键技术以及机电一体化系统的构成要素及其功能
机电一体化系统设计应该掌握的知识点
メカトロニクス復習ポイット★什么是机电一体化系统，机电一体化系统应该包含哪些主要组成部分，其各部分的主要作用是什么？能否举一个机电一体化系统的实例，并分析其主要组成部分。
机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。
主要组成：信息系统（cpu），物理系统，电源，传感器，执行器信息系统：对外部输入的命令进行储存，分析，加工，根据信息处理的结果，按照一定的程序和节奏发出相应指令，控制系统有目的的运行。
物理系统：机械产品的机械部分，支撑整个系统的物理外壳。
电源：为系统提供能量和动力，保证系统的正常运行。
传感器：对系统中的各种参量进行检测，反馈给信息系统以便实现实时控制。
执行器：根据信息系统的控制信息，完成各种动作。
数控机床：信息系统（cpu），物理系统（床身，主轴箱，导轨等），电源（380V工业电源），传感器（直线感应同步器，编码盘等），执行器（步进电机，伺服电机等）★机电一体化系统的学习主要涉及哪些领域的知识，或者包含什么共性关键技术？机械技术，检测传感技术，计算机与信息处理技术，自动控制技术，伺服传动技术，系统技术P2★生命周期的含义是什么？具体包含哪些因素？产品生命周期（product life cycle）,简称PLC，是指产品的市场寿命。
一种产品进入市场后，它的销售量和利润都会随时间推移而改变，呈现一个由少到多由多到少的过程，就如同人的生命一样，由诞生、成长到成熟，最终走向衰亡，这就是产品的生命周期现象。
所谓产品生命周期，是指产品从进入市场开始，直到最终退出市场为止所经历的市场生命循环过程。
产品只有经过研究开发、试销，然后进入市场，它的市场生命周期才算开始。
产品退出市场，则标志着生命周期的结束。
产品开发期从开发产品的设想到产品制造成功的时期。
此期间该产品销售额为零，公司投资不断增加。
机电一体化系统的基本概念和基本构成,共性关键技术,以及发展
黑 箱 法 的 表 达
物料 能量 信息
机电一体化产品 （黑箱）
物料′ 能量′ 信息′
伴生输入
物料：固体、液体、气体等任何物体； 能量：机械能、电能、热能、化学能、光 能等； 信息：数据、指示值、测量值、控制信号、 波形等。 物料的转换指如何将毛坯、半成品转换成 成品； 能量的转换指如何将其它形式的能量转换 成机械能或机械能变成其它形式能量； 信息的传输或转换指将物理量的测量和显 示、控制信号的传递等。 2、黑箱法求解方法 黑箱法求解过程就是黑箱白化的过程，步
一、市场调研
二、原理方案设计
1．产品方案构思 产品方案构思完成后，以方案图的形式将设计方案 表达出来。方案图应尽可能简洁明了，反映机电一 体化系统各组成部分的相互关系，同时应便于后面 的修改。 2．方案的评价对多种构思和多种方案进行筛选， 选择较好的可行方案进行分析组合和评价，从中再 选几个方案按照机电一体化系统设计评价原则和评 价方法进行深入的综合分析评价，最后确定实施方
机电一体化技术发展方向
1、智能化 2、微型化 3、模块化 4、 网络化 5 人格化
6、 绿色化
智能化：智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要方向。 在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、 模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学新思想、新方法，模 拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维和自主决策等能力， 以求得到更高的控制目标。主要体现在诊断过程的智能化，人 机接口的智能化，自动编程的智能化，加工过程的智能化。 模块化：由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开 发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电 一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。这需要 制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲 突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建 一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带 来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业 还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企 业带来美好的前程。
机电一体化系统的功能组成
机电一体化系统的功能组成
机电一体化系统是指将机械、电子、控制等多种技术融合在一起，形成一个完整的系统。
它的功能组成包括机械部分、电子部分、控制部分和信息处理部分。
机械部分是机电一体化系统的重要组成部分，它包括各种机械设备、传动装置、执行机构等。
机械部分的主要功能是将电子信号转化为机械运动，实现机械的运动控制。
例如，机械手臂可以根据电子信号的指令，完成各种复杂的动作，如抓取、搬运、装配等。
电子部分是机电一体化系统的核心部分，它包括各种传感器、电机、电子元件等。
电子部分的主要功能是将机械运动转化为电子信号，实现电子的控制。
例如，传感器可以感知环境的变化，将其转化为电子信号，控制电机的运转，实现机械的自动化控制。
控制部分是机电一体化系统的重要组成部分，它包括各种控制器、编程器、人机界面等。
控制部分的主要功能是对机械和电子进行控制和调节，实现机械的精确控制。
例如，控制器可以根据编程指令，控制机械手臂的运动轨迹和速度，实现精确的搬运和装配。
信息处理部分是机电一体化系统的重要组成部分，它包括各种计算机、软件、网络等。
信息处理部分的主要功能是对机械和电子进行数据处理和分析，实现机械的智能化控制。
例如，计算机可以对机
械手臂的运动轨迹和速度进行实时监控和分析，根据数据反馈进行调整和优化，实现机械的智能化控制。
机电一体化系统的功能组成包括机械部分、电子部分、控制部分和信息处理部分。
这些部分相互协作，共同实现机械的自动化、智能化控制，提高生产效率和质量，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
机电一体化系统的基本概念和基本构成共性关键技术以及发展
机电一体化系统的基本概念和基本构成共性关键技术以及发展机电一体化系统的基本构成包括机械结构、电气系统、控制系统和信息系统。
其中，机械结构是整个系统的物理基础，包括各种机械部件和装置；电气系统则负责提供与机械结构相应的电力能源和能量转换；控制系统通过感知、决策和执行三个过程，实现对机械结构和电气系统的控制；信息系统负责处理和管理系统中产生的各种数据和信息。
1.传感与感知技术：传感器用于感知机械结构和电气系统的状态和参数，并将其转化为可供控制系统处理的信号。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、速度传感器等。
2.信号与信息处理技术：通过对传感器采集到的信号进行采样、滤波、放大、调理等处理，提取有用的信息，并进行信号分析和处理，为控制系统提供准确的输入信号。
3.控制与决策技术：控制系统根据传感器提供的信号和经过信号处理的信息，通过控制算法对机械结构和电气系统进行控制和调节。
决策技术包括对系统当前状态的分析和判断，以及根据系统的要求和约束进行决策的能力。
4.执行与操作技术：执行与操作技术包括执行机构和执行器的设计、选择和控制。
执行机构负责根据控制信号执行相应的动作，执行器则负责将电气信号转化为机械动作。
5.通信与网络技术：通信与网络技术用于实现机械结构、电气系统、控制系统和信息系统之间的数据传输和交互。
常见的通信方式包括有线通信和无线通信。
1.集成化与智能化：随着科技的发展，机电一体化系统越来越趋向于集成化与智能化，即将机械结构、电气系统、控制系统和信息系统集成在一起，并通过智能算法实现对系统的自动控制和优化调节。
2.网络化与远程监控：通过网络技术，可以实现机械设备的远程监控和远程操控。
这样可以提高系统的运行效率，减少维护成本，同时也方便了对系统的管理和维护。
3.精密化与高效化：精密化是指机械结构和电气系统的精度和响应速度不断提高，从而提高系统的定位精度和运行效率。
高效化则是指系统在保证精确性的基础上，通过优化设计和控制算法，实现能源的高效利用和减少能量消耗。
机电一体化系统组成原理及架构的分析
机电一体化系统组成原理及架构的分析摘要:现在我国科学技术的发展速度越来越快，机电一体化的概念也在不断推广，其实每个机电一体化产品本身就是一个机电一体化系统，集合了电子元件和机械元件的一个符合系统，同时随着信息技术的普及，很多机电一体化产品也开始运用数据库技术。
机电一体化系统融合了多种技术，来实现整个系统的最优化，给人们的使用带来便利，可以说现在机电一体化系统的概念已经拓展到了全部自动化生产设备。
关键词:机电一体化；组成原理；架构机电一体化技术系统主要包括机械主体、传感器设备以及信息处理设备和执行机构等等，而较为高级的机电一体化系统不仅有硬件，也具备了可以实现各种硬件难以实现的功能的软件系统，这可以大大拓展设备的用途。
常见的机电一体化系统包括加工车床、工业机器人等等，机械电子技术除了就可以同于设备和生产技术的改造，同时也有助于柔性系统的制造和开发，例如工厂和办公自动化等等，这些都是其在未来应用的主要发展方向。
一、机电一体化系统的技术构成（一）自动控制技术自动控制技术的范围是非常广泛的，在控制理论的指导之下，对系统进行设计，同时也据此开展后续的系统仿真和现场调试，而控制技术包括了高精度定位的控制和速度的控制以及系统的自诊断和补偿等等。
（二）计算机技术计算机和信息技术在系统当中起到的作用例如信息的存取和交换以及决策、人工智能技术和神经网络技术，所以在未来，其应用也会越来越广泛，功能也会越来越丰富。
（三）机械技术机械技术在整个机电一体化技术当中处于基础地位，机械技术其主要着眼于如何实现机电一体化技术的适应程度，满足其高新技术的应用要求，并且简化结构、减轻重量、提高设备精度和性能，以及提高相关部位的坚固性。
对于机电一体化系统的制造来说，原有的机械理论仍然是非常重要的，同时借助于计算机技和人工智能系统等等就可以形成新的机械制造技术，进而形成新的机电一体化系统。
（四）系统技术从整体的概念组织对各种先关技术的应用，就叫系统技术，系统技术从全局的角度作为出发点，将总体进行分解，形成一个相互关联的功能单元，其中接口技术是其关键点，其可以实现将各部分都进行有效连接，保证功能的适配。
机电一体化技术 第2版 第一章 绪论
机械技术 （机械学 机构学）
机电一体 化技术领 域
微电子技术 （半导体技 术、计算机 技术）
求真务实 自强不息
1.1 机电一体化的基本概念
什么是机电一体化？
尽管不断尝试去定义机电一体化, 划分机电一体化产品以 及开发标准化的机电一体化课程,
。 在机电一体化定义上缺乏共识是一个积极的信号，它表明机 电一体化是有生命力、朝气蓬勃的学科。即使机电一体化没有一 个无可争辩的确切描述，但机电一体化工程师仍能从上面给出的 定义和他们亲身经历中理解机电一体化学科的精髓。 机电一体化将传感器,执行器,信号调节,电力电子,决策和 控制算法,以及计算机硬件和软件有机结合去处理工程系 统中的复杂性，不确定性和进行通信。
零件装配和插入:机器人可以 通过使用力传感器来进行机 械零件的精装配和插入。在 相位匹配后机器人进入插入 零件阶段，但不是简单地插 入零件，这能使高技巧工作 自动化。
求真务实 自强不息
传感器: IV
例子
6个超声波声纳转换器探索广阔、开放的区域； • 检测从15厘米到3米范围内的障碍物； • 16个内置的红外接近传感器(在5-20厘米范 围内); • 红外传感器作为一个“虚拟缓冲器”，允许 在狭小的空间进行处理。
• 4）传感检测系统：数控车床刀具的位置状态， 用直线感应同步器或者直线光栅进行检测，直 线感应同步器或者直线光栅就是传感器。
• 5）执行元件系统：数控车床的走刀运动就是 利用步进电机或者伺服电机驱动滚珠丝杆完成， 所以步进电机或者伺服电机为执行元件。
求真务实 自强不息
1.3 机电一体化实例——机器人介绍
1.2 机电一体化系统基本组成
动力源
动力源
传感器
计算机
执行元 件
机电一体化第一章概论
“目的功能”。 构造功能 ：使构成系统的子系统及元、部件维持所
定的时间和空间上的相互关系所必需的 功能
机电一体化第一章概论
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机电一体化系统的五种内部功能
机电一体化第一章概论
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机电一体化系统（产品）的 内部功能
主功能 动力功能 控制功能 构造功能 计测功能
机电一体化第一章概论
6
第二节 优先发展机电一体化的 领域及其共性关键技术
优先发展的机电一体化领域必须同时具备下述几个 条件：
①短期或中期普遍需要； ②具有显著的经济效益 ； ③具备或经过短期努力能具备必需的物质技术基础； ④社会效益十分显著的领域 。
机电一体化第一章概论
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机电一体化技术内部联系与外 部影响
2）无源接口。只用无源要素进行变换、调整的接口，称为无源 接口。例如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻器以及透镜 等。
3)有源接口。含有有源要素、主动进行匹配的接口，称为有源 接口。例如电磁离合器、放大器、光电耦合器、D/A转换器、A/D转 换器以及力矩变换器等。
4)智能接口。含有微处理器，可进行程序编制或可适应性地改 变接口条件的接口，称为智能接口。 例如自动变速装置， 通用 输入／输出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB总线、STD总线等。
机电一体化第一章概论
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根据输入／输出功能可分 成以下四种广义接口：
第一章 概 论
第一节 机电一体化时代与机电一体化技术革命 第二节 优先发展机电一体化的领域及其共性关键技术 第三节 机电一体化系统构成要素及功能构成 第四节 机电一体化系统构成要素之间的连接 第五节 机电一体化系统的评价 第六节 机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型 第七节 机电一体化系统的设计流程 第八节 机电一体化工程与系统工程 第九节 机电一体化系统的设计程序、准则与规律 第十节 机电一体化系统的开发工程与现代设计方法
机电一体化系统设计重点知识总结
机电一体化系统设计重点知识总结机电一体化系统设计重点知识总结1、机电一体化系统的组成要素及其功能。
机械单元：构造功能、动力单元：驱动功能、传感单元：检测功能、控制单元：控制功能、执行单元：执行功能。
机电一体化的定义：机电一体化是一种技术，是机械工程技术吸收微电子技术、信息处理技术、控制技术、传感技术等融合而成的一门新技术。
机电一体化系统的类型：开发型，变异型，适应型。
滚珠丝杠中滚珠的循环方式：内循环，外循环。
直齿圆柱齿轮传动机构消除侧隙的方法：偏心套轴调整，双片薄齿轮错齿调整。
典型的负载特性有：恒转矩，恒功率，转速函数型。
机械传动结构中常用的线性环节有：齿轮，带传动。
2、机电一体化中的接口的种类和作用。
答：机械接口，物理接口，信息接口，环境接口作用：用于机电一体化系统的组成要素之间进行物质、能量和信息的传递和交换。
3、机电一体化的相关技术：机械技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、检测传感技术、系统总体技术。
列举一种机电一体化产品的应用实例，并分析各产品中相关技术应用情况。
例如：数控机床是一种机电一体化产品，它的机械技术主要来源于传统机床，就是执行各种加工零件的动作，它的信息处理技术，主要是对数控加工程序进行处理，然后发出指令，为保证加工精度，也采用伺服传动系统。
4、机电一体化系统原理方案设计的步骤和方法：创造性方法、功能分析设计法、商品化设计思想及方法、评价与决策方法、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。
5、机电一体化系统原理方案设计的功能分析法是从系统功能出发，通过技术过程的分析，确定技术系统的效应，然后寻找解决的途径，其步骤与方法如下图所示：6、机电一体化系统结构方案设计遵循的基本原理和原则:运动学设计原理、平均效应原理、阿贝误差原理、基准重合原则、最短传动链原则、“三化”原则6.机电一体化系统结构方案设计的设计基本原理:任务分配原理、自补偿原理、力传递原理、变形协调原理、力平衡原理、等强度原理、稳定性原理、降低噪声原理和提高精度原理。
概述机电一体化构成要素及相关技术
概述机电一体化构成要素及相关技术作者：张旭来源：《城市建设理论研究》2013年第23期摘要：文章文章对机电一体化构成要素及相关技术进行了分析。
关键词：机电一体化；构成要素；技术中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：机电一体化的发展总体上主要分为三个阶段：（1）第一阶，也就是初级阶段主要是是上世纪 60 年代之前，人们不自觉地应用电子技术并且将其推广。
（2）第二阶段主要是随着经济的发展，机电一体化技术与产品均取得较大的发展。
（3）第三阶段主要是各个国家都开始加强对机电一体化的关注以及大力支持机电一体化技术和产品。
一、国内机电一体化的发展现状机电一体化经过近几十年的发展，其技术本身已经实现了长足的进步。
特别是在经过电子科技的完善、微型处理器的引入、通信技术和多媒体遥控技术以及自动化的纵深发展的支援。
1. 数控技术方面的发展现状。
我国的数控技术主要起步于 1958 年，在 1995 年末期,国产数控机床在国内市场的占有率已经达到 52%左右,配置的数控系统也高达 11%左右。
据对我国数控技术发展历程分析，大体上已经取得了不错的成绩。
不仅拥有千套的数控系统，同时其生产能力也得到提高。
2 .计算机集成制造系统方面的发展现状。
经过多年理论与技术的准备, 我国的 CIMS 已经取得相当不错的发展。
早在上世纪初，我国已经有多个省市、多个行业以及多家具有不同规模和类型的企业开始采用或者已经采用过CIMS 示范工程,并且取得巨大的经济效益。
此外，随着近年来经济的快速发展，CIMS 试点的进一步推广与应用已经广泛的扩展到机械、电子、航空、轻工、纺织、冶金以及石油化工等多个领域,同时也受到各个行业的关注，并投入较多的资金和精力的投入。
3 智能机器人技术得到广泛应用。
现代机电一体化技术的发展也逐渐强调智能机器人的作用，从控制机器人进行机械操作到机器人自动化操作，有关机电一体化领域中的智能机器人技术日益完善。
据不完全统计，我国目前拥有开发智能工业机器人的科研机构和厂家超过五十家，而在我国工业机器人市场，大约有一万台智能机器人参与市场流通。
机电一体化系统基本组成要素
机电一体化系统基本组成要素机电一体化系统是指将机械、电子和控制技术有机地结合在一起，形成一个完整的系统。
它由多个基本组成要素构成，这些要素相互协作，共同实现系统的功能。
下面将从机械、电子和控制技术三个方面，介绍机电一体化系统的基本组成要素。
一、机械部分：1. 机械结构：机械结构是机电一体化系统的基础，它包括各种机械零部件的组合和安装，如传动装置、负载装置、支撑结构等。
机械结构的设计需要考虑系统的功能要求、工作环境以及可靠性和安全性等因素。
2. 传感器：传感器是机电一体化系统中的重要组成部分，它用于感知环境和系统状态的参数。
常见的传感器有光电传感器、压力传感器、温度传感器等。
传感器将感知到的信号转换为电信号，供电子部分进行处理。
3. 执行器：执行器是机电一体化系统中的执行部件，根据控制信号完成相应的动作。
常见的执行器包括电机、气缸、伺服阀等。
执行器将电信号转换为机械运动，实现对机械部分的控制。
二、电子部分：1. 控制器：控制器是机电一体化系统中的核心部件，它接收传感器采集到的信号，经过处理后生成控制信号，控制执行器的动作。
控制器可以是单片机、PLC等，其设计需要考虑系统的实时性、可靠性和扩展性等因素。
2. 电源：电源为机电一体化系统提供所需的电能，保证各个组成部分正常工作。
电源可以是交流电源、直流电源或电池等，其设计需要考虑系统的功率需求和电源的稳定性。
3. 信号处理器：信号处理器用于对传感器采集到的信号进行滤波、放大、编码等处理，以提高信号的质量和可靠性。
常见的信号处理器有模数转换器、滤波器、放大器等。
三、控制技术部分：1. 控制算法：控制算法是机电一体化系统中的关键技术，它根据系统的要求和实际情况，设计出合理的控制策略。
常见的控制算法有PID控制算法、模糊控制算法等，其设计需要考虑系统的响应速度、稳定性和抗干扰能力等因素。
2. 通信技术：通信技术用于实现机电一体化系统与外部设备之间的数据传输和信息交换。
机电一体化复习重点(1)
第五章
1） 量化单位 q 定义：
计算机控制技术
M：被转换的模拟量满量程；N：转换成二进制的位数 量化误差：
N 越大，量化误差越小，但 N 过大会导致计算机有效字长的增加 2） 计算机控制系统典型结构
计算机控制系统由硬件和软件两部分组成。 3） 计算机控制系统的类型 （1） 操作指导控制系统 计算机只起数据采集和处理的作用，它不参与对系统的控制
R3，R5 的阻值，使 Ub3<0，那么 VT1 管就截止，A 相绕组就断电。当输入信号为高电平时， Ub3>0，VT3 管饱和导通，步进电机的 A 相绕组通电。 （2） 高低双电压驱动电路
工
作
原
理
：
4） 步进电机的单片机控制： 为了加强系统的抗干扰能力， 驱动电路和单片机的接口部分使
用了光电隔离（只用于数电，不用于模电） 5） 直流电机的调速方式：广泛采用调节电枢电压方式，也有调节电枢电阻方式，调磁调速 方式
B． 功等效
建立系统的数学模型
2） 平均效应原理 应用平均效应作用可使误差得到均化从而提高机构的运动精度或定位精 度。采用平均效应原理使机械精度均化，应满足以下三个条件： a.参与工作的滚动体或其他中间元件要易于产生弹性变形； b.滚动体或中间元件的制造误差要小于或等于弹性变形误差； c.在工作时负载力能自动消除间隙。 3） 变形最小原则 要求零部件因受自重、外载、温度变化、工艺内应力以及振动等因素的 影响而产生的变形误差最小。采取措施如下： a.提高零部件结构刚度 b.减小温度的影响（此处有一个计算题）
4、 机电一体化的功能构成要素
5、 机电一体化系统设计的步骤
建立四大功能技术矩阵：主功能、动力功能、信息处理、控制功能、结构功能
机电一体化技术与系统
复习资料，不得缩印 ——SW 所有
37、工控机： 在工业环境中使用的计算机控制系统， 除去被控制对象、 检测仪表和执行机构外，其余部分称作“工业控制计算机” 。 38、PLC 的特点：工作可靠；可与工业现场信号直接连接；积术式组 合；编程操作容易；易于安装及维修。 39、工业机器人控制系统基本要求：①实现对工业机器人的位姿、 速 度、加速度等的控制功能，对于连续轨迹的工业机器人还必须具有轨 迹的规划和控制能力②方便的人机交互功能， 操作人员采用直接指令 代码对工业机器人进行作业指示。使工业机器人具有作业知识的记 忆，修正和工作程序的跳转功能。③具有对外部环境的检测和感觉功 能。④具有诊断、故障监视等功能。 40、直接示教编程方式， 可以分为两种： 一种是手把手示教编程方法， 一种是示教盒示教编程方法。 41、工业机器人的应用：工业机器人从事单调重复的劳动；工业机器 人从事危险作业；工业机器人具有很强的通用性；工业机器人具有独 特的柔软性（即可以加工多种零件） ；工业机器人具有高度的动作准 确性；采用工业机器人可以明显提高生产率和大幅度降低产品成本。 42、柔性制造系统结构： 加工系统； 物料系统； 能量系统； 信息系统。 43、加工系统：主要由3~6台设备组成的加工系统占多数。 44、CIM：CIM 是运用系统工程的整体优化观点，在人的核心作用下 将现代信息技术与生产技术结合起来， 从信息技术和组织上将全生产 过程的各项工作过系统和信息系统连接起来， 以便有效地提高企业对
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复习资料，不得缩印 ——SW 所有
械系统，为了减小振幅、加速振动衰减，可增大粘性摩擦阻尼。 13、刚度：刚度为使弹性体产生单位形变所需的作用力。静刚度为静 态力和变形之比。动刚度为动态力和变形之比。
1 2π
14、谐振频率：
了解机电一体化系统中的关键技术以及机电一体化系统的构成要素及其功能
一、了解机电一体化系统中的关键技术以及机电一体化系统的构成要素及其功能。
（1）１．精密机械技术２．检测传感技术３信息处理技术４．自动控制技术５．伺服传动技术６．系统集成技术(2) 1.机械本体:作用：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机整体。
包括机械传动装置和机械结构装置。
2.动力部分:其功能是按照机电一体化系统的要求为系统提供能量和动力使系统正常运行。
用尽可能小的动力输入获得尽可能大的输出，是机电一体化系统的显著特征3.检测部分:其功能是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电系统提供运行控制所需的各种信息。
4.执行机构:功能：执行机构是运动部件，它：❖将输入的各种形式的能量转换为机械能。
❖根据控制信息和指令完成所要求的动作。
5.控制器:控制器是机电一体化系统的核心部分。
它根据系统的状态信息和系统的目标，进行信息处理，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的地运行，并达到预期的性能。
6.接口:1). 交换：需要进行信息交换和传输的环节之间,若信号的模式不同(如数字量与模拟量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等），就无法直接实现信息或能量的交流。
需要通过接口来完成信号或能量的统一。
2). 放大：在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配。
3). 传递：变换和放大后的信号在环节间能可靠、快速、准确地交换，必须遵循协调一致的时序、信号格式和逻辑规范。
二、掌握传感器的静、动态特性参数及其含义。
掌握机电一体化系统中传感器的选择原则。
（在3第三章传感检测技术(09)）（1）静态特性：1.测量范围：线性范围或动态线性范围是指机械输入量与传感器输出量之间维持线性比例关系的测量范围2.量程(满量程输出)：测量范围的上限与下限之代数差3.线性范围：线性范围或动态线性范围是指机械输入量与传感器输出量之间维持线性比例关系的测量范围。
机电一体化基本结构要素
机电一体化设备结构要素及关键技术一、机电一体化基本结构要素1，机械本体包括机身、框架、机械联接等在内的产品支持结构。
2，动力源向系统提供能量，并将输入的能量转换成需要的形式，实现动力功能，包括电源、电动机等执行元件及其驱动电路。
3，检测与传感装置包括各种传感器及其信号检测电路，用于对产品运行时的内部状态和外部环境进行检测，提供运行控制所需的各种信息，实现计测功能。
4，控制与信息处理装置据产品的功能和性能要求以及传感器的反馈信息，进行处理、运算和决策，对产品运行施以相应的控制，实现控制功能。
包括计算机及其相应硬、软件所构成的控制系统。
5，执行机构包括机械传动与操作机构，在控制信息作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。
二、机电一体化共性关键技术1.机械技术机电一体化产品中的主功能和构造功能，通常是以机械技术为主实现的。
现代设计方法不断发展和完善，以满足机电一体化产品对减轻重量、缩小体积、提高精高和刚度、改善性能等多方面的要求。
2.计算机与信息处理技术计算机与信息处理装置指挥整个产品的运行。
具有信息的交换、存取、运算、判断和决策等功能，包括计算机硬件技术和软件技术、网络与通信技术、数据库技术等。
3.检测与传感技术检测与传感技术的研究对象是传感器及其信号检测装置。
将各种内、外部信息通过相应的信号检测装置反馈给控制及信息处理装置。
要求传感器能快速、精确地获取信息经受各种严酷环境的考验。
4.自动控制技术包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可运行等从理论到实践的整个过程。
包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等控制技术。
5.伺服驱动技术伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。
执行元件有电动、气动、、液压等多种类型，对于电动式执行元件，其驱动装置主要是指各种电动机的驱动电源电路，目前多采用电力电子器件及集成化的功能电路构成。
6.系统总体技术从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统总体分解成相互有机联系的若干功能单元，并以功能单元为子系统继续分解，直至找到可实现的技术方案，然后再把功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。
机电一体化系统的功能构成和组成要素
机电一体化系统的功能构成和组成要素一、机电一体化系统的功能构成：工程系统是人为了改造自然、开展物质生产而创造出来的一种人工系统，其目的是对输入的物质、能量和信息开展预订的变换、传递和保存。
因此，工程系统的目的功能均可用三种主功能及其复合表示。
产品的目的功能是通过其内部功能来实现的。
机电一体化系统要实现其目的功能，一般需具备物种内部功能，即主功能、动力功能、计测功能、控制功能和构造功能。
其中，主功能是实现系统目的功能直接必需的功能。
图1 机电一体化系统构成下列图表示了CNC机床的内部功能构成。
切削加工是数控机床的主功能，是实现其目的功能所必需的，“利用电源输入的电能，在控制装置及控制程序的作用下，通过刀架主轴将输入的毛坯加工成所要求的工件”。
电源通过电机驱动机床，向机床提供动力，来实现动力功能。
图2 CNC机床的内部功能构成二、机电一体化系统的组成要素：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、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：构造组成要素、动力组成要素、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。
1、机械本体机电一体化系统的机械本体包括：机身、框架、联接等。
由于机电一体化产品技术性能、水平和功能的提高，机械本体要在机械构造、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面适应产品高效率、多功能、高可靠性和节能、小型、轻量、美观等要求。
2、动力与驱动动力部分是按照系统控制要求，为系统提供能量和动力使系统正常运行。
用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出，是机电一体化产品的显著特征之一。
驱动部分是在控制信息作用下提供动力，驱动各执行机构完成各种动作和功能。
机电一体化系统一方面要求驱动的高效率和快速响应特性，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性。
浅谈机电一体化技术组成要素
浅谈机电一体化技术组成要素一、机电一体化技术的相关技术1.机械技术机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。
2. 计算机与信息技术计算机技术与信息技术密切相关，其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
在机电一体化系统中，计算机与信息处理部分指挥整个系统的运行，信息处理是否正确、及时，直接影响到系统工作的质量和效率。
3. 系统技术系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。
4. 自动控制技术自动控制技术范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
5. 传感检测技术传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。
其功能越强，系统的自动化程序就越高。
现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。
6. 伺服传动技术伺服传动技术包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。
二、机电一体化系统五大组成要素一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素五大组成要素有机结合而成。
机械本体是系统的所有功能要素的机械支持结构;动力驱动部分依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。
测试传感部分对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。
机电一体化的系统构成及应用
机电一体化的系统构成及应用摘要：机电一体化又称机械电子学，日本企业界在1970年左右最早提出”机电一体化技术”这一概念，即结合应用机械技术和电子技术于一体。
随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术发展迅速，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前，机电一体化的系统构成已经越发的完善，应用也越发的广泛。
关键字：机电一体化组成要素发展状况技术应用一、机电一体化的研究方向1.机械技术。
机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。
2.计算机与信息技术。
其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、技术均属于计算机信息处理技术。
3.系统技术，即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。
4.自动控制技术。
其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
二、机电一体化的未来发展趋势1.机电一体化的组成。
机电一体化的组成部分包括：机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器、动力源。
2.机电一体化的发展状况。
机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。
20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。
在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。
20世纪70～80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。
这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。
大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。
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一、了解机电一体化系统中的关键技术以及机电一体化系统的构成要素及其功能。
（1）１．精密机械技术２．检测传感技术３信息处理技术
４．自动控制技术５．伺服传动技术６．系统集成技术
(2) 1.机械本体:作用：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机整体。
包括机械传动装置和机械结构装置。
2.动力部分:其功能是按照机电一体化系统的要求为系统提供能量和动力使系统正常运行。
用尽可能小的动力输入获得尽可能大的输出，是机电一体化系统的显著特征
3.检测部分:其功能是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境
的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电系统提供运行控制所需的各种信息。
4.执行机构:功能：执行机构是运动部件，它：
❖将输入的各种形式的能量转换为机械能。
❖根据控制信息和指令完成所要求的动作。
5.控制器:控制器是机电一体化系统的核心部分。
它根据系统的状态信息和系统的
目标，进行信息处理，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的地运行，并达到预期的性能。
6.接口:
1). 交换：需要进行信息交换和传输的环节之间,若信号的模式不同(如数字量与模拟
量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等），就无法直接实现信息或能量的交流。
需要通过接口来完成信号或能量的统一。
2). 放大：在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配。
3). 传递：变换和放大后的信号在环节间能可靠、快速、准确地交换，必须遵循协调
一致的时序、信号格式和逻辑规范。
二、掌握传感器的静、动态特性参数及其含义。
掌握机电一体化系统中传感器的选择原则。
（在3第三章传感检测技术(09)）
（1）静态特性：
1.测量范围：线性范围或动态线性范围是指机械输入量与传感器输出量之间
维持线性比例关系的测量范围
2.量程(满量程输出)：测量范围的上限与下限之代数差
3.线性范围：线性范围或动态线性范围是指机械输入量与传感器输出量之间
维持线性比例关系的测量范围。
4.非线性度δL ：被测值处于稳定状态时，传感器输出与输入之间的关系曲
线(称校准或标定曲线)对拟合直线的接近程度：
式中：δL—非线性度；
ΔLmax—标定曲线对拟合曲线的最大偏差；
Y－－满量程输出值
5.灵敏度K0 ：传感器的输出变化量ΔY与引起此变化的输入量的变化量Δ
X之比，K0=ΔY/ΔX （不恒定）
灵敏度误差：rs=(ΔK/K0)×100％
6.精确度：简称精度，它表示传感器的输出量与被测量的实际值之间的符合
程度，包括传感器的测量值精度和重复精度。
7.分辨力：传感器能检测到的最小的输入增量
8.迟滞：传感器在正(输入量增大)、反(输入量减小)行程中，输出/输入特
性曲线的不重合程度。
迟滞误差：YH＝(ΔHmax/YFS)×100％
式中：ΔHmax—Y向的最大不重合量；
YFS—满量程输出
9.稳定性：传感器在相同条件下，在相当长时间内，其输出/输入特性不发生变
化的性能。
（2）动态特性：
测量交变信号时，在其所测频率范围内，保持信号不失真的测量特性，主要包括传感器的响应时延、幅频特性和相频特性等。
幅频特性：传感器的灵敏度与输入信号变化频率的关系。
相频特性：被测输入量作正弦变化时，输入输出量之间相位差随频率的变化关系。
（3）传感器的选用原则
➢ 1.灵敏度适当。
一般情况下，传感器的灵敏度越高越好。
因为灵敏度高，意味着传感器所能测试的信号的变化量可以很小。
既使测量微小的变化，传感器都有较大的输出量。
➢ 2.量程合适
➢ 3.响应特性满足动态测试的要求
➢ 4.线性度要好，工作在线性段
➢ 5.稳定性好
➢ 6.精确度合适
三、掌握机电一体化系统中机械传动的设计特点。
⏹精密机械的传动设计可以认为是面向机电伺服系统的伺服机械传动系统
设计。
⏹按机电有机结合的原则，机电系统常采用调速范围大、可无级调速的控制
电机，从而节省了大量用于变速和换向的齿轮、轴承和轴类零件，减少了产生误差的环节，提高了传动效率，因此使得机械传动设计也得到简化，其机械传动方式也由传统的串联或串并联方式演变为并联的传动方式，即每一个机械运动都由单独的控制电机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成，各运动间的传动关系则由计算机来统一协调和控制，如并联机器人、并联机床等，极大地简化了机械结构，提高了产品的刚度重量比以及精度等级。
因此，机电一体化机械传动系统具有传动链短，转动惯量小，线性传递，无间隙传递等设计特点。
四、掌握常用的采用硬件方法的抗干扰抑制技术。
1、屏蔽技术：电场屏蔽、磁场屏蔽（低频磁场屏蔽、高频磁场屏蔽）、
电磁场屏蔽（低频磁场屏蔽、高频磁场屏蔽）
2、接地技术
3、滤波技术（反射式滤波器、吸收式滤波器）
4、隔离技术
5、浪涌吸收器（氧化锌压敏电阻、直流浪涌吸收电路、放电管、新
型半导体雪崩二极管）
五、掌握光电耦合隔离原理及其适用范围。
六、掌握程序运行失常的软件抗干扰设计方法。
(1)软件陷阱
从软件的运行来看，瞬时电磁干扰可能会使CPU偏离预定的程序指针，进入未使用的RAM区和ROM区，引起一些莫名其妙的现象，常见的是死循环和程序“飞跑”。
为有效地排除这种干扰故障，常用软件陷阱法。
（2）WTD技术
Watch dog即监控定时器，俗称“看门狗”，是专门为防止程序进入死循环而设计的。
七、掌握步进电机的特性和特点。
掌握反应式三相步进电机单三拍、六拍、双
三拍工作方式的工作原理。
掌握步进电机的基本运行参数。
（1）、特性：
静态矩角特性
工作电流和工作电压是电动机工作的两个重要参数，步进电动机的这些参数有以下主要特点。
1)步进电动机的工作电流是脉冲电流，周期性地接通和切断。
接通的时间随控制脉冲的频率而变化。
频率越高，则每次接通的时间越短。
2)步进电机的工作电流就是启动电流。
与一般电动机不同，一般电动机总是设法减小启动电流，以免造成电源故障，而对步进电机来说，则应想方设法增大启动电流，以提高电机的工作能力(突跳频率和连续运行频率)，这是因为注入步进电机绕组里的工作电流是瞬时的脉冲电流。
工作电流以指数函数形式变化（i＝IHeL/Tj)，且由于步进电机是电感性负载，所以它的工作电流不是固定值，即:在其他条件均不变的情况下，注入绕组的电流值将随频率变化而变化。
(3)步进电机铭牌上所提供的参考电流、电压与一般电机不同，并非绝对不能变的。
这有两方面含义：
⏹一是指电流、电压值可以按照使用要求予以适当的增减；
⏹二是指在使用中，即使其他条件均不变，加在电路上的电压的脉宽
和注入绕组的电流最大值，均可随频率的提高而减小。
(4)步进电机的电压或线路电压并不是指加在电机绕组两端的额定电压，而是指施加在电动机的一相绕组、大功率管和外接电阻Rc上的总电压，如图所示。
实际加在电动机绕组上的电压要比铭牌值小得多，而且这个电压是以矩形脉冲的形式加在整个线路上的，而不是一般的正弦波形。
(5)由于步进电机是一种属于同步电动机范畴的电动机，其转子速度需要与定子磁场断续移动同步。
磁场移动速度是无惯性的，而转子受力后的运转是有惯性的，两者速度很难一致，因此必然引起振动并带来噪声。
这是别的电动机里很少出现或根本没有的现象。
(6)步进电动机在工作时有铜损和铁损，运转时还有机械损耗，所以步进电动机也发热。
但这些损耗都随频率而变化，发热也随频率而变化，这与一般电动机不同。
一般，步进电动机本身不带散热装置（日本EPM310型电动机带
有风扇），有的则采用油冷以解决散热问题。
（2）、特点：
1)全数字化控制
2)步距角误差较大，但无积累误差
3)控制系统简单，成本低
4)调速方便
5)分辨率固定
6)效率低
7)不适合带动大惯量负载
8)低速时易产生震荡，需要附加阻尼
（3）步进电机的工作原理
步进电机同样是由定子和转子构成的，如图所示。
定子上每个凸极均绕制有控制绕组，定子有六个均匀分布的磁极，每两个相对磁极组成一相，即A-A、B-B、C-C，因此这是一台三相步进电机，一般步进电机定子相数为2～6。
步进电机工作原理如下：
⏹开始时，A相通电，其他两相断电，在电磁力作用下，转子1、3两齿被
磁极A吸住并与之对齐，转子遂在此位置停住；
⏹然后，A相断电，同时B相通电，由于电磁力作用，磁极B把离它最近
的2、4两齿吸引过去，于是转子逆时针转过30º (称为一个步距角)；
⏹接着B相断开，C相再通电，磁极C将1、3两齿吸住，转子又逆时针回
转30º；
⏹每通断电一次，步进电动机转过30º，周而复始，不断改变A、B、C三
相的通电顺序，步进电机将逆时针连续回转。
（4）基本运行参数：
⏹步距角是指步进电机每次换相时转过的角度。
其计算公式如下
⏹m为步进电机的相数；
⏹z为步进电机转子的齿数；
⏹K为步进电机通电方式系数。
单相或双相励磁，k=1；
单双相轮流励磁，k=2。