机电一体化技术导论
机电一体化概论第1章 导论
图 1.7 机电一体化的相关技术
导论
机器技术
导论
信息处理技术
人工智能 专家系统 神经网络技术
导论
系统技术
导论
自动控制技术
从理论到实践的整个过程。
自动控制理论 控制系统设计 系统仿真 现场调试 可靠运行
导论
传感检测技术
机电一体化要求传感器能快速、 精确地获取信息并经受各种严酷 环境的考验，它是机电一体化系 统达到高水平的保证。
机械式调速器
石英钟表 自动（微机控制）照相机 电动（电子式）缝纫机 电动（电子式）游戏机 电子式调速器
导论
为什么机电一体化系
统具有柔性？？？
机电 一体 化技 术特 点
体积小、重量轻 速度快、精度高 可靠性高 柔性好
产品具有节能、 高质、低成本的 共性
导论
机电一体化系统基Βιβλιοθήκη 组成导论机电一体化系统基本组成
导论
伺服传动技术
主要研究对象是执行元件及其驱动装置
电动 气动 液压
导论
机电一体化技术发展历程
萌芽阶段 快速发展阶段 智能化阶段
导论
机电一体化技术的展望
智能化 模块化 网络化 微型化 绿色化 系统化
导论
移动机器人的组成系统
导论
数控机床的网络化
导论
小结
特点
体积小、重量轻 速度快、精度高可靠 性高；柔性好
第一章 导论
主
➢ 机电一体化的定义
要
➢ 机电一体化的作用
内
➢ 机电一体化的基础知识
容
➢ 机电一体化的未来展望
理解机电一体化与其他自动机械有什么关系 模仿和吸取了其中的哪些东西。
导论
机电一体化技术总结
②角位移检测传感器：i)旋转变压器：a.构造和工作原理：激磁绕组、辅助 绕组、余弦输出绕组、正弦输出绕组；ii)光电编码器：a.增量式编码器：主 码盘、鉴向盘、光学系统、光电变换器。两组透明检测窄缝彼此错开 1/4 节 。 距， 输出信号在相位上相差 90 。 主码盘上不透明区与鉴向盘透明窄缝对齐， 光线被遮，输出最小；b.绝对式编码器：光电式、接触式、电磁式：分辨率： 。 α=360 /n （ 2）速度、加速度检测传感器：①速度检测传感器：a. 直流测速发电机。 根据定子励磁激励方式不同分为电磁式、永磁式；以电枢结构来分：无槽电 枢、有槽电枢、空心杯电枢、圆盘电枢。负载电阻 RL 应尽量大。特点是输出 特性曲线斜率大，线性好，但由于电刷和换向器，其构造和维护比较复杂， 摩擦转矩较大。 1 测力传感器：a、柱式弹性元件；b、悬臂梁 （3）力、力矩检测传感器：○ 2 压力传感器：a、模式压力传感器；b、筒式压力传感器。○ 3 式弹性元件。○ 4 力矩传感器；○力与力矩复合传感器。 2.3.4 传感器的选择和使用 1 高精度、高灵敏度、响应快、稳定性好、信噪比高；○ 2 安全 （1）选择：○ 3 对环境条件适应能力强；○ 4 不易受被测对象（如电阻、磁 可靠、寿命长；○ 5 便于与计算机连接；○ 6 结构简单、体 导率）的影响，也不影响外部环境；○ 7 低成本。 积小、重量轻，使用维护方便，功耗低，对整机的适应性好；○ 1 2 3 （2）使用：○线性化处理与补偿；○传感器的标定；○抗干扰措施。 2.3.5 传感器的测量电路 1 模拟型；○ 2 数字型；○ 3 开关型。 （1）测量电路：○ 1 电桥；○ 2 放大电路；○ 3 调制与解调电路；○ 4 A/D 与 D/A （2）转换电路：○ 转换电路。 2.4 伺服驱动技术：伺服驱动系统是指以机械位置、速度和加速度为控制对 象，在控制命令的指挥下，控制执行元件工作，使机械运动部件按照控制命 令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。 2.4.1 伺服系统概述： （1）伺服系统及其组成： 1 概念：伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变量通常是机械或位置 ○ 的运动，根本任务是实现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量 的某种状态能够自动、连续、精确地复现输入指令信号的变化规律。 2 组成：控制器、功率放大器、执行机构、检测装置。 ○ （2）伺服系统的分类： 1 按控制原理： a、开环：机构简单，成本低，调整和维修方便，工作稳定 ○ 可靠，但精度不高，适用于线切割机，办公自动化设备中。 b、全闭环：调试复杂，精度高，制造成本高，用于高精密大型机械。 c、半闭环：结构简单，调整维护方便，调试简单，稳定性好，性价比高。 2 按信号传递不同：连续控制系统、采样控制系统。 ○ 采样控制系统优点： a、 数字元件比模拟元件具有更高的可靠性和稳定性； b、受到扰动时，经过几个采样周期即可快速达到稳定，受扰动影响小；c、 具有更大的灵活性，实现控制规律的精度高。 3 按驱动方式：电气、液压、气动等。 ○ 4 被控量物理性质：位置、速度、加速度、力、力矩、速度位移同步控制。 ○ 5 控制过程：点控制、轮廓控制系统等。 ○ （3）伺服系统的总体要求： 1 稳定性：作用在系统上的扰动消失后，系统能够恢复到原来的稳定状态下 ○ 运行或者在输入指令信号作用下，系统能够达到新的稳定运行状态。 2 精度：它是指其输出量复现输入指令信号的精确程度。 ○ 3 快速响应性：系统输出量快速跟随输出指令信号变化的能力，主要取决于 ○ 系统的阻尼比和固有频率， 减小阻尼比或增加固有频率可以提高快速响应性， 但对系统的稳定性和最大超调量有不利影响，它有两方面含义，一是指动态 响应过程中，输出量跟随输入指令信号变化的迅速程度，二是指动态响应过 程结束的迅速程度。 4 灵敏度：系统各元件的参数变化都会影响系统的性能。 ○ 2.4.2 伺服系统中的执行元件 1 电气式：以电能为动力，将电能转变为位移或转 （1）执行元件的分类：○ 角，包括控制用电动机、静电电动机、磁致伸缩器件、压电元件、超声波电 动机以及电磁铁等，优点是操纵简便、适宜编程、响应快、伺服性能好、易 与微机相接、体积小、无污染，缺点是功率小、过载能力差。 2 液压式：按密封连通器的原理，靠油液通过密闭容积变化的压力来传递能 ○ 量。包括往复运动的油缸、回转油缸、液压马达等。优点是输出功率大、转 矩大、承载能力强、适合重载的高加减速驱动。缺点是需要相应的液压源、 占地面积大、污染严重、控制性能不如伺服电动机。 3 气压式：以压缩空气为工作介质，有气缸、气压马达等。优点是有较大的 ○ 驱动力、行程和速度、成本低、无污染，缺点是体积大、噪声大、远距离传 输困难、定位精度不高。 4 其他执行元件：压电元件逆压电效应原理，磁致伸缩、电致伸缩。 ○ （2）伺服系统对执行元件的要求 1 体积小，输出功率大；○ 2 快速性能好；○ 3 便于计算机控制；○ 4 便于维修， ○ 5 运行平稳，分辨率高；○ 6 振动和噪声小。 可靠性和动作准确性要高；○ 2.4.3 电气伺服驱动系统 1 性能密度大，即功率密度大，比功率大；○ 2 快速性好，即 基本性能要求：○ 3 位置控制精度高，调速范围宽，低速运行平稳 加速转矩大，频率特性好；○ 4 适应启停频繁的工作要求；○ 5 可靠 无爬行现象，分辨率高，振动噪声小；○ 性高，寿命长。 （1）步进电动机：将输入脉冲信号转换成相应的旋转或直线位移的运动执 行元件，可实现高精度位移，可开环控制，无需反馈；无稳定问题；无累计 定位误差；适合计算机控制；输出有脉动；承受大惯性负载能力有限。 1 种类与特点：a、可变磁阻式：制造成本高、效率低、转子阻尼差、噪声 ○ 大、但材料费用低、结构简单、步距角小。b、永磁式：励磁功率小、效率 高、造价便宜、步距角较大、转子惯量也较大。c、混合式。 2 运行特性及性能指标：a、分辨力：步距角越小分辨力越高。 b、矩 -角特 ○ 性：静态转矩越大，自锁力矩越大，静态误差就越小。c、起动频率：不失 步起动的最高脉冲频率。d、最高工作频率：在额定负载下，电机能够不失 步正常运行的极限频率。e、转矩-工作频率特性： 3 工作原理：a、三相单三拍：单相励磁；b、三相双三拍：双向励磁； ○ c、三线六拍：1-2 相励磁；d、转子上面有 40 个齿，相邻两个齿的齿距角是
机电一体化导论
第1章绪论1.1 机电一体化技术的产生与发展机电一体化技术的产生：机械化技术的发展：工业革命开始……控制技术发展：20世纪30年代，开始快速发展，以军工技术为载体……信息处理技术的发展：20世纪60年代，开始快速发展，以大规模集成电路为载体…机电一体化技术的产生：自从控制技术快速发展，就……20世纪70年代，60年代提出，70开始快速发展机电一体化技术的发展：自动化技术发展的必然产物：各个学科综合结果，尤其自动化技术+计算机技术。
（日本：机械制造领域：为提高生产效率，自动化生产、生产过程信息化控制；美国：主动将自动化技术（正像乔布什说的“人们并不清楚自己需要什么，需要你来告诉他们”）、信息化技术推广到工程技术的各个领域；英国学者：各个领域发展过程中的自然渗透，涉及大量学科。
中国：国家9.5开始大力支持；各个高校对机电一体化的理解）1.2 机电一体化的相关技术图1控制系统的基本组成图2 机电一体化技术体系传感器技术、自动控制技术、精密机械技术、伺服传动技术、系统总成技术1.2.1 传感器技传感器：能检测各种物理量，将测得的各种参量转换为电信号，并输送到信息处理部分的功能器件。
完成对各种信息的检测、收集，这些信息包括：位移、位置、速度、加速度、力；压力、流量、温度；电压、电流因此传感器首先需要有敏感元件部分。
输出量通常为模拟电流、电压、数字量，因此传感器通常配有专用的信号处理电路。
1.2.2 信息处理技术完成对信息的输入、输出、计算、分析、存储。
通常为专用控制装置，以及计算机、单片机、A/D、D/A 完成上位机的信息交换功能。
1.2.3 自动控制技术各种控制单元，以自动化过程为控制目的的各种逻辑控制；以某些参数值为控制目的的各种参数控制；以某些综合指标为控制目标的最优化控制。
等等。
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、检索等技术。
各种控制理论、特殊控制策略、专用算法1.2.4 伺服传动技术电机拖动技术液压传动及伺服控制技术气压传动技术1.2.5 精密机械技术为更好地与控制技术结合，精密机械技术较一般的同类机械精度要求更高，要有更好的可靠性及维护性，同时要有更新颖的结构。
第一章机电一体化技术概论
四. 自动控制技术的范围很广，包括自动控制理论、 控制系统设计、系统仿真、现场调试、可靠运行等 从理论到实践的过程。由于被控对象种类繁多，所 以控制技术的内容十分丰富，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。其主要技术关键在于现 代控制理论在机电一体化技术中的工程化与实用化、 优化控制模型的建立及边界条件的确定等。由于微 型计算机的广泛应用，自动控制技术越来越多地与 计算机控制技术联系在一起，成为机电一体化中十 分重要的关键技术。
二、系统（产品）评价 三、设计的方法 四、设计类型 五、设计程序、准则和规律
一、 机 电 一 体 化 系 统 （ 产 品） 设 计 流 程
开 始 根据系统（产品）的目的功能确定产品规格及性能指标 按系统（产品）内部五大功能划分功能部件或功能子系统 确定各功能部件或子系统的功能要素 接 口 设 计 整 体 评 价 NO
系统误差
系统（产品）的价 值 高 低
少 强 少 高 少 内装 多 少 小、轻 高 大 弱 多 低 多 外设 少 多 大、重 低
主功能
抗干扰能力 废弃物输出 变换效率 输入能量 能 源 控制I/O口个 数 手动操作 尺寸、重量 强度
动力功能 控制功能 构造功能
计测功能
精度
高
低
三、系统（产品）设计的常用方法
二、功能和要素
机电一体化系统要实现其目的功能，一般需要具备 五种内部功能，即主功能、动力功能、计测功能、 控制功能和结构功能。其中，主功能是实现系统目 的功能直接必需的功能，它表明了系统的主要特征； 动力功能是向系统提供动力、让系统得以运转的功 能；计测功能和控制功能的作用是根据系统内部信 息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运 转；结构功能则将系统各要素组合起来，进行空间 配置，形成一个统一的整体。如下图。
第一章机电一体化技术导论
概述
第一章 机电一体化技术导论
9
4.机电一体化与机械电气化的区别
•① 电气机械在设计过程中不考虑或少考虑电器与机械的 内在联系； • ② 机械和电气装置之间界限分明，以机械联结为主，装 置是刚性的； • ③ 装置的控制以基于电磁学原理的各种电器；
•④机电一体化产品具有“智能化” 本质差别。
概述 第一章 机电一体化技术导论
理论基础与关键技术
第一章 机电一体化技术导论
42
执行元件有：电动、气动和液压等 执行元件 一方面通过接口电路装置与计算机相联，接收 控制系统的指令 一方面通过机械接口与执行机构相联，以实现 规定的动作
理论基础与关键技术
第一章 机电一体化技术导论
43
5.接口技术
从系统外部看，输入/输出是系统与人、环境或其它 系统之间的接口； 从系统内部看，机电一体化系统是通过许多接口将 各组成要素的输入/输出联系成一体的系统；
接口（物理）
第一章 机电一体化技术导论
22
机电一体化
一种以产品和过程为基础的技术 以机械为主体，以微电子技术，特别是 计算机技术为核心 强调各种技术的协同和集成 贯穿于设计与制造全过程
第一章 机电一体化技术导论
23
三、机电一体化系统的分类（执行机构）
数控机械类 电子设备类 机电结合类 电液伺服类 信息控制类
基本组成
第一章 机电一体化技术导论
17
基本组成
第一章 机电一体化技术导论
18
机电一体化系统构成要素与人体构 成要素的对应关系
机电一体化 系统要素
功能 控制（信息存储、处理、 传送）
检测（信息收集与变换） 驱动（操作） 提供动力（能量） 支撑与联接
车辆机电一体化考试复习
第一章机电一体化技术导论1-1 试说明机电一体化的含义？机电一体化是在机械主功能、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机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？主要组成：控制器（计算机）、传感器、执行部件、动力源和机械本体。
机械本体：用于支撑和连接其它要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。
动力系统：按照系统控制要求，为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作已完成预定的主功能。
传感与检测系统：将机电一体化产品在运行过程中所需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，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。
信息处理及控制系统：根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接受传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。
执行部件：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。
作用：简化机械结构，提高精度；易于实现多功能和柔性自动化；产品开发周期缩短、竞争能力增强；生产方式向高柔性、综合自动化发民用工业；促进经营管理体制发生根本性的变化；1-3 工业三要素是什么？物质，能量，信息。
1-4 传统机电产品与机电一体化产品的主要区别是什么？简化机械结构，提高精度；易于实现多功能和柔性自动化；产品开发周期缩短、竞争能力增强；生产方式向高柔性、综合自动化发民用工业；促进经营管理体制发生根本性的变化；1-7 机电一体化的主要支撑技术有哪些，它们的作用如何？机械技术：机械技术是机电一体化的基础。
机电一体化产品中的主功能和构造功能，往往是以机械技术为主实现的。
传感检测技术：传感检测技术指与传感器及其信号检测装置相关的技术。
在机电一体化产品中，传感器就像人体的感觉器官一样，将各种内、外部信息通过相应的信号检测装置感知并反馈给控制及信息处理装置，因此传感与检测是实现自动控制的关键环节。
机电一体化技术导论心得
机电一体化技术导论心得一、引言机电一体化技术导论是一门涉及机械、电子、控制、计算机等多个学科的综合性课程。
在学习这门课程的过程中，我对机电一体化技术有了更深入的了解，对相关的理论知识和实践应用也有了更为全面的把握。
通过这门课程的学习，我深刻体会到了机电一体化技术在现代工业中的重要地位，以及在我国经济社会发展中的重要作用。
本心得将结合我的学习体验，对机电一体化技术导论的主要内容和心得体会进行总结和分享。
二、机电一体化技术的内涵与外延1. 内涵：机电一体化技术是指机械、电子、控制、计算机等多个学科领域的技术相互融合、相互渗透，形成一种新的技术体系。
这种技术体系具有自动化、智能化、精密化、高效化等特点，能够实现设备的自动化运行、智能化控制和高效生产。
2. 外延：机电一体化技术广泛应用于各种领域，如制造业、交通运输、医疗卫生、能源电力等。
随着科技的不断发展，机电一体化技术的应用范围还将进一步扩大，对人类社会的发展产生更加深远的影响。
三、机电一体化技术的主要内容1. 机械技术：机械技术是机电一体化技术的基础，包括机械设计、制造、装配、维修等方面的内容。
通过学习机械技术，我们可以了解到各种机械设备的结构、原理和应用，为机电一体化技术的设计和应用奠定基础。
2. 电子技术：电子技术是机电一体化技术的核心，包括传感器、执行器、控制器等方面的内容。
电子技术的应用可以实现设备的自动化运行、智能化控制和高效生产，提高设备的性能和可靠性。
3. 控制技术：控制技术是机电一体化技术的关键，包括控制理论、控制器设计、控制系统仿真等方面的内容。
掌握控制技术，可以实现对设备的精确控制，提高设备的稳定性和安全性。
4. 计算机技术：计算机技术是机电一体化技术的重要支撑，包括计算机硬件、软件、网络等方面的内容。
计算机技术的应用可以实现设备的智能化、数字化和网络化，提高设备的信息处理和传输能力。
四、机电一体化技术的实践应用1. 自动化生产：自动化生产是机电一体化技术的重要应用之一，通过采用自动化设备、机器人等，实现生产过程的自动化、智能化和高效化。
第一章机电一体化导论
1机电一体化导论本章导读机电一体化作为一门新型的综合性学科，涉及的知识领域非常广泛。
本章首先介绍机电一体化的概念、发展过程及其与机械电气化的根本区别，进而阐释其内涵和本质，并通过典型实例归纳出其优越性。
其次，通过机电一体化系统与人体各部位相对比，剖析系统的构成，从而指出分析机电一体化系统的基本途径。
再次，重点介绍机电一体化的理论基础与关键技术，明确系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础和方法论，提出发展机电一体化技术所面临的共性关键技术，并分析它们在系统中所起的作用及其发展对机电一体化技术的影响等。
最后，通过回顾机电一体化技术的发展历程，展望机电一体化的主要发展方向和发展趋势。
学习内容与要求1﹒学习并掌握机电一体化的基本概念、内涵和本质；2﹒熟悉机电一体化系统各基本要素的相互关系以及它们在机电一体化系统中所起的作用，熟悉机电一体化技术带来的技术经济效益和社会效益；3﹒学习并熟练、掌握机电一体化的理论基础与关键技术；4﹒了解机电一体化的发展状况和发展趋势。
本章重点1﹒机电一体化的基本概念、内涵和本质；2﹒机电一体化的理论基础与关键技术。
本章难点机电一体化的理论基础与关键技术。
媒体使用说明学生可通过文字教材理解机电一体化的基本概念、基本理论与关键技术及其发展概况等知识。
文字教材中的重点、难点在录像教材和流媒体课件中有较详尽的讲解；机电一体化的系统构成及典型产品的工作过程等用文字不易表达清楚的教学内容以实物、照片、场景等视频方式作为辅助教学手段；另外，在流媒体课件中着重讲解本章知识重点、难点的典型实例以及本章的学习思路和方法等内容。
1﹒1概述机电一体化又称机械电子学，英文称为Mechatronics，它是由英文Mechanics（机械学）的前半部分与Electronics （电子学）的后半部分组合而成的。
机电一体化最早出现在1971年日本《机械设计》杂志的副刊上。
随着科学技术的快速发展，机电一体化的概念被人们广泛接受和普遍使用。
第一章机电一体化导论知识要点辅导
第一章：机电一体化技术导论教学辅导
一、本章知识要点
（1）机电一体化技术的基本概念、特点和分类方法；
（2）机电一体化系统的组成结构；
（3）机电一体化关键技术。
二、教学建议
●通过文字教材理解机电一体化的基本概念、基本理论与关键技术及其发展概况等知识；
●在录像教材第1讲讲解了机电一体化的系统构成及典型产品的工作过程等用文字不易表达清楚的教学内容，以实物、照片、场景等视频方式作为辅助教学手段；
●流媒体课件第1讲和第2讲中着重讲解本章知识重、难点的典型实例以及本章的学习思路方法等内容；
●在学习的过程中，如果有学习的心得和体会，请在课程论坛上和大家分享；如果有什么疑惑，也可以再课程论坛寻找帮助。
三、教学要求
1．熟悉机电一体化技术的基本概念、特点
机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将
２．掌握机电一体化系统的组成结构
机电一体化技术是以机械为主体、以微电子技术为核心，强调各种技术的协同和集成的
图1 机电一体化系统的对应要素及相应功能关系
3．熟悉机电一体化关键技术
由于机电一体化是一个工程和大系统，发展该技术面临以下共性的关键技术及其发展：传感检测技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、接口技术、精密机械技术及
4．了解机电一体化的发展趋势。
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉融合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。
因此，机电一体化的主要发展方向包括智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化和人格化等。
2。
机电一体化技术-1.1 概述
海洋开发领域应用
2010年8月26日宣布，中国第一台自行设计、自主集成研制的国家 863计划重大专项“蛟龙号”载人潜水器，最大下潜深度达3759米。
世界最大的轮斗式挖掘机
德国krupp公司（克虏伯）制造，制造费1亿美元； 高95米，长215米，重量达到了4.5万吨；
最小的挖掘机： 进入人体血管的医用挖掘机（研究阶段）。
这个定义体现了机电一体化系统的基本构成和特 征，即将机械结构与运动、电子、信息获取与处理、 控制及软件等技术学科交叉融合，组成功能完善的、 柔性自动化乃至智能化的工程系统，为人类的生产和 生活等各个领域的发展服务。
1Байду номын сангаас1 概述
2．德国 在1981年德国工程师协会、德国电气工程技术人
员协会共同组成的精密工程技术专家组提出的“关于 大学精密工程技术专业的建议书”中，把精密工程技 术定义为光—机—电一体化的综合技术。它包括机械( 含液压、气动及微机械)、电工与电子、光学等技术及 其组合(电工与电子机械、光电子技术与光学机械)， 其核心为精密工程技术。
知识经济的作用：
促进工业经济和物质生产的高科技化； 改变对产品开发、生产和消费的观念； 加速产品设计、制造过程和销售系统的信息化、 智能化、全球化； 促使国民经济的支柱产业--制造业的生产要素重 新排序为知识、资本、劳动； 使制造业推动一系列行业和产业，包括高技术产 业和知识经济本身的发展。
1.1 概述
人 手指 手掌 小胳膊 大胳膊 肌肉
挖掘机 斗齿 铲斗
斗杆（小臂） 动臂（大臂） 油缸、马达
前臂
肌肉
肌
肉
手指
上臂
手掌
现代工程机械的形象描述：
现代工程机械是有头脑、有感觉、全身布满神经、有 血液、有手足骨骼或肌肉的机电一体化产品。
机电一体化技术与系统第1章 导论
机电一体化产品所涉及的技术应具 有“综合性”与“系统性”两大主要特 征。
1．综合性 2．系统性
（二）主要技术
1．机械技术
机械装置是任何机电一体化产品必 不可少的组成部分，机电一体化离不开 机械技术。
2．控制技术
自动控制需要人们利用各种技术手 段和方法来代替人去完成各种测试、分 析、判断和控制工作，它是机电一体化 产品的显著特征之一。
复杂的机电一体化产品需要控制器 具有多种功能，它往往需要多个控制装 置才能实现其控制要求，这些机电一体 化控制装置与相关部件所构成的整体称所示为典型的机电一体化产 品—数控机床的组成图。
图0-1.1 数控机床的组成
二、机电一体化系统分析
（一）组成与分类
1．机电一体化系统的组成
导论
一、机电一体化概论
（一）机电一体化的含义
1．机电一体化学科
机电一体化是有自身技术基础、设 计理论和研究方法的综合性交叉学科。
2．机电一体化系统
机电一体化系统是一种实现机械运 动控制的工程系统，它由机电一体化控 制系统（或控制装置）与其控制对象所 构成。
3．机电一体化技术
机电一体化技术包括了机械技术、 自动控制技术、信息处理技术、运动控 制技术、检测技术、网络技术等。
3．检测技术
自动控制需要获取对象的实际工作状 态信息，以便进行监测、分析与控制，因 此离不开自动检测技术。
4．运动控制技术
运动控制（Motion control）的目的 是将控制命令转换为执行装置的运动，实 现对象的位置、速度控制，其执行装置有 各类电动机、液压/气动阀等。
4．机电一体化产品
机电一体化产品是具有一定的机械 结构、直接的功能与用途、并采用了电 子控制的实体。
机电一体化导论[1]
![机电一体化导论[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/f2b447ca0508763231121202.png)
第1章 引论 章 “ 机 电 一 体 化 ” 一 词 的 英 文 名 词 是 “Mechatronics”,它是取Mecha Mechanics（机械学）的前半 Mecha 部分和Electronics（电子学）的后半部分拼合而成的。 现代高新技术（如微电子技术、生物技术、新材 料技术、新能源技术、空间技术、海洋开发技术、光 纤通信技术及现代医学等）的发展需要具有智能化、 自动化和柔性化的机械设备,机电一体化正是在这种巨 大的需求推动下产生的新兴技术。微电子技术、微计 算机使信息与智能和机械装置与动力设备有机结合,使 得产品结构和生产系统发生了质的飞跃。
第1章 引论 章
1.1.4 机电一体化技术与其他技术的区别 机电一体化技术与其他技术的区别 1.机电一体化技术与传统机电技术的区别
传统机电技术的操作控制主要通过具有电磁特性的各 种电器来实现,如继电器、接触器等,在设计中不考虑或 很少考虑彼此间的内在联系； 机械本体和电气驱动界限 分明,整个装置是刚性的,不涉及软件和计算机控制。机 电一体化技术以计算机为控制中心,在设计过程中强调机 械部件和电器部件间的相互作用和影响,整个装置在计算 机控制下具有一定的智能性。
第1章 引论 章 1.2.2 机电一体化系统（产品）开发的类型 1.开发性设计 2. 适应性设计 3. 变参数设计 1.2.3 机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法 1. 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。
第1章 引论 章
1.1.3 机电一体化系统的技术组成 机电一体化系统的技术组成 1. 机械技术
机械技术是机电一体化的基础。
2. 计算机与信息处理技术
机电一体化专业导论2000字
机电一体化专业导论2000字机电一体化是现代工程技术的重要分支，与各个行业都有着紧密的联系。
它涉及到机械工程、电子工程和控制工程等多个领域的知识，旨在通过整合机械与电子技术，打造出更加高效、智能的设备和系统。
本文将从机电一体化的定义、发展历程、应用领域和前景等方面来进行论述。
机电一体化是指在设备制造和系统控制中，将机械、电子、控制等多种技术融合在一起，实现系统功能的高效、智能化。
这种技术的发展，得益于计算机和信息技术的进步。
通过将机械、电子与计算机等技术相互结合，形成了一种全新的工程技术模式。
机电一体化的发展历程可以追溯到20世纪50年代。
那时候，科学家们开始将电子电器技术应用到工业控制和自动化领域，推动了机电一体化的初步发展。
进入60年代，随着计算机技术的崛起，机电一体化开始进入高速发展的阶段。
计算机成为了控制系统的核心，大大提高了系统的智能化程度。
到了70年代，机电一体化得到了更广泛的应用，尤其是在工业自动化领域。
机电一体化的应用领域非常广泛。
在机械制造方面，机电一体化可以实现数字化设计和加工，提高机械设备的精度和效率。
在自动化控制方面，机电一体化可以实现系统的智能化控制，提高生产过程的稳定性和效益。
在航空航天领域，机电一体化可以实现航空器的自动驾驶和无人值守飞行。
在医疗器械方面，机电一体化可以实现医疗设备的自动化操作和精准治疗。
此外，机电一体化还广泛应用于交通、能源、环保等领域，为社会发展做出了重要贡献。
未来，机电一体化的发展前景非常广阔。
随着信息技术和人工智能的快速发展，机电一体化将进一步实现智能化和自动化。
例如，在工业制造领域，智能机器人将会取代人工劳动力，提高生产效率和质量。
在交通领域，智能交通系统将会实现智能驾驶和智慧交通。
同时，随着节能环保理念的普及，机电一体化也将在能源和环保领域发挥更大的作用。
机电一体化专业培养的是具备机械、电子和控制等多种技术的综合型人才。
他们具备良好的工程实践能力和创新能力，能够在机电一体化系统的设计、制造和运维方面发挥重要作用。
机电一体化导论论文
机电一体化导论论文学院：机电学院班级：21011P学号：19专业：机电一体化姓名：霍永辉2011年12月26日目录一、概述二、机电一体化系统的组成要素及原则三、机电一体化的发展趋势四、机电一体化面临的形式和任务机电一体化概述现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。
在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
一、机电一体化概要机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。
但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
机电一体化的系统组成要素及原则五大要素：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、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。
机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。
动力驱动部分（动力组成要素）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（感知组成要素）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。
- 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)。
动力 系统
信息处 理及控 制系统
机械 本体
执行 装置
检测 功能
动力 功能
控制 功能
主功 能
构造 功能
第一章 机电一体化技术导论 22
从机电一体化系统的功能看，人体是机电一体化 系统理想的参照物。
第一章 机电一体化技术导论 23
人体五大要素与机电一体化产品五大要素 的对应关系
动力 系统
(内脏)
传感
第一章 机电一体化技术导论 25
动力系统 按照系统控制要求，为系统提供能量和 动力，驱动执行机构完成预定主功能。 根据动力源的不同，可分为液压式、气 压式、电气式等类型。 追求目标：高效率、快速响应特性、高 适应性和可靠性。
第一章 机电一体化技术导论 26
传感与检测系统
在系统运行中对系统本身和外界环境的 各种参数及状态进行检测，并把被检测 信号转换成可用的输出信号（电压、电 流、频率和脉冲等），为信息处理及控 制系统提供所需信息。 组成：传感器和信号检测电路。 追求目标：高精度、抗干扰、环境适应 性强、体积小、安装维护容易。
第一章 机电一体化技术导论 27
信息处理及控制系统
接受传感与检测系统反馈的信息，并对 其进行相应处理、运算、决策，根据处 理结果，按照一定的规则发出相应的控 制信号，控制整个系统按要求实现有序 地运行。
机融合的一种综合性技术，而不是机械技 术、微电子技术以及其它新技术的简单组 合、拼凑。
第一章 机电一体化技术导论 11
机电一体化技术
机电一体化与机械电气化的区别？
主要区别为:
① 电气机械在设计过程中不考虑或少考虑电器与 机械的内在联系，基本上是根据机械的要求，选用 相应的驱动电机或电气传动装置；
② 机械和电气装置之间界限分明，它们之间的联 结以机械联结为主，整个装置是刚性的；
第一章 机电一体化技术导论 9
由此而产生的功能系统成为一个以微电子技术 为主导，在现代高新技术支持下的机电一体化 系统或机电一体化产品。 机电一体化涵盖“技术”和“产品”两个方面。
第一章 机电一体化技术导论 10
机电一体化技术
机电一体化与机械电气化的区别？ 根本区别: 机电一体化技术是基于各种群体技术有
第一章 机电一体化技术导论 7
三、机电一体化的含义
1981年“日本机械振兴协会经济研究所” 对机电一体化的解释：
“机电一体化是在机械主功能、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”
第一章 机电一体化技术导论 8
基本的特征
机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机 械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机 技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技 术、接口技术、信号变换技术以及软件编程技 术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织 结构目标，合理配置与布局各功能单元，在多 功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实 现特定功能价值并使整个系统最优化的系统工 程技术。
(感官) 检测 系统
信息处 理及控 制系统
执行 装置
(手足)
(大脑)
机械
本体 (骨骼)
24
机械本体
用于支撑和连接其他要素，是机电系统 必要的组成部分。包括机身、床身、壳 体等。 追求目标：通过采用新工艺、新材料、 新结构，达到高效、可靠、节能、小型、 轻量、美观等要求。 机械系统开发的重点是模块化、标准化、 系列化
第一章 机电一体化技术导论 3
1.1概述
一、机电一体化的形成
➢ 微电子技术和计算机技术的飞速发展及其向 机械工业的渗透促进了机电一体化的形成。
➢ 机电一体化技术的核心是机械技术和微电子 技术。
➢ 机电一体化技术是机械技术向自动化、智能 化方向发展的必然产物。
第一章 机电一体化技术导论 4
二、机电一体化名称的由来
机电一体化产品既不同于传统的机械产 品，也不同于普通的电子产品，它是机械 系统和微电子系统的有机结合，从而赋予 新功能和性能的一种新产品。
机电一体化产品的特点是产品功能的实 现是由所有功能单元共同作用的结果。
第一章 机电一体化技术导论 15
1.2 机电系统的基本组成和分类
一、 机电一体化系统的功能组成
1.系统的主功能:对输入的物质、能量和信息按照要求 进行处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。
第一章 机电一体化技术导论 16
2.其它内部功能： 动力功能、检测功能、控制功能、构造功能
第一章 机电一体化技术导论 17
CNC机床
第一章 机电一体化技术导论 18
第一章 机电一体化技术导论 19
Mechatronics = Mechanics + Electronics
第一章 机电一体化技术导论 6
Mechatronics
1971年，日本《机械设计》杂志副刊 1976年，一种以广告为主，专门刊载“机
电一体化”新产品的杂志《Mechatronics Design News》在日本正式发行。 80年代中期，“Mechatronics”开始在欧美 各地使用，这个日本人创造的英文单词开 始在世界范围内得到普遍承认和接受。电一体系统一般包括以 下五大基本要素： • 机械本体 • 动力系统传感检测单元 • 执行装置 传感与检测系统 信息处理及控制系统
第一章 机电一体化技术导论 20
五大构成要素之间通过接口相联系
第一章 机电一体化技术导论 21
五大构成要素与五大功能
传感 检测 系统
③ 装置所需的控制以基于电磁学原理的各种电器， 如接触器、继电器等来实现，属强电范畴，其主要 支撑技术是电工技术。
第一章 机电一体化技术导论 12
机电一体化产品
机电一体化产品不仅是人的体力放大，还是人 的肢体和感官与头脑的延伸，具有“智能化” 的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的 本质差别。
第一章 机电一体化技术导论 14
第一章 机电一体化技术导论
学习目标
了解机电一体化技术的基本概念、特点、 组成和分类方法。 理解机电一体化的理论基础和关键技术。 了解机电一体化技术与其它技术的关系， 以及机电一体化技术的发展趋势。
第一章 机电一体化技术导论 2
目录
1. 1 概述 1.2 基本组成和分类 1.3 理论基础与关键技术 1.4 优点和效益（作用） 1.5 发展状况