机电一体化论文

摘要：

机电一体化系统设计的目的是综合运用机械技术和电子技术各自的特长迅速设计制造

一个能够经济、方便、有效、可靠的满足用户需要的系统或产品。机电一体化是当前

生产机械发展的主要趋势，有着广阔的发展前景，对未来的机械生产有着重要的影响。而机电一体化系统原理的方案设计，作为机电一体化系统的核心组成部分，对机电一体化的总体设计影响深远。机电一体化是机械、电子、光学、控制、训一算机、信息

等多学科的交叉融合，它的发展和进步依赖于也促进相关技术的发展和进步。本文介

绍了机电一体化系统优化设计方法研究。

引言：

机电一体化系统最本质的特征是一个机械系统 ,它是充分运用电子计算机的信息处理和控制功能、可控驱动元件特性的现代化机械系统 ,实现了机械系统的智能化、自动化。基于机电一体化系统是现代机械系统这一基本认识,将会有利于我们进行机电一体化系统优化设计方法研究。

1.1国外机电一体化发展现状

机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:第一阶段(又称初级阶段)是20世纪60年代

以前，这一时期人们不自觉地利用电子技术并使之得到比较广泛的承认;第二阶段，机电一体化技术和产品得到了极大发展;第三阶段，各国均开始极大关注和支持机电一体化技术和产品。因此，机电一体化产品得以迅猛发展，主要表现在以下4个方面：

(1)机电一体化产品几乎遍及所有制造业领域。

(2)机电一体化从单机向整个制造业的集成化过度。

(3)激光技术进入机电一体化领域。

(4)微细加工技术与设备发展迅猛。

1.2国内机电一体化发展现状

我国从20世纪80年代初开始进行机电一体化的研究和应用，国务院成立了机电一体

化领导小组并将其列为“863计划”。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响，许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作。虽然口前国内

机电一体化技术与日本、欧关等先进国家相比仍有一定差距fs，但随着新技术革命的

迅猛发展，我国加大了机电一体化技术的研究力度，并将其确定为国家高技术重点研

究领域，给予优先支持，取得了一定的成绩。

(1)数控技术方面。

(2)工业机器人方面。

(3)计算机集成制造系统方面。

1.3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、信息等多学科的交义综合，它

的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。纵观国内外机电一体化的发展现状

和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展:

(1)绿色化(2)智能化(3)网络化(4)微型化(5)模块化

2机电一体化系统优化设计

2.1机电一体化系统的组成特点

对于以完成工艺动作为主功能的机电一体化系统, 从概念设计的需要出发, 可根据其广义功能原理来进行划分。主要有以下三大特点:

( 1)机电一体化系统是由计算机进行信息处理和控制制的机械系统, 它的最终目的是实

现机械运动和动作。

( 2)从完成工艺动作过程这一总功能要求出发, 机电一体化系统可划分为: 执行机构子

系统、传感检测子系统、信息处理及控制子系统, 它们分别完成机械运动和动作、信息检测、信息处理及控制。

( 3)机电一体化系统中的机构子系统有它的特殊性, 它是一个将驱动元件和执行件( 或

执行机构) 融为一体的广义执行机构。这种机构的最大特点是可控性。

2.2机电一体化系统的概念设计

总的来讲, 概念设计的内涵是十分广泛和深刻的, 它是一个发散思维和创新设计的

过程, 是根据产品生命周期各个的阶段的要求 , 进行产品功能创造、功能分解以及功能和子功能的结构设计; 进行满足功能和结构要求的工作原理求解和进行实现功能结构的工作原理载体方案的构思和系统化设计。机电一体化系统概念设计作为概念设计的一个子集, 服从于概念设计的总体思路。但由于机电一体化系统是一个机电一体化技术、现代控制理论以及传感检测等技术的统一体, 使得机电一体化系统的概念设计与传统机械的概念设计有所不同。

2.3机电一体化系统设计方法

2.31取代法

取代法也称为机电互补法。该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品(或系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。如在一般的工作机中，用可编程逻辑控制器（PLC)或微型计算机来取代机械式变速机构、凸轮机构、离合器、蜗轮蜗杆等机构，代替插销板、拨码盘、步进开关、时间继电器等，以弥补机械技术的不足，不但能大大简化机械结构，而且还可提高系统(或产品)的性能和质量。这种方法是改造传统机械产品和开发新型产品常用的方法。

2.32融合法

它是将各组成要素有机结合为一体，构成专用或通用的功能部件（子系统)，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。某些高性能的光机电一体化系统，如激光打印机的主扫描机构一一激光扫描镜，其扫描镜转轴就是电机的转子轴，这是执行元件与执行机构结合的一例。

2.33组合法

它是将用结合法制成的功能部件(或子系统)、功能模块，像积木那样组合成各种光机电一体化系统，故称组合法。在新产品(或系统)系列及设备的光机电一体化改造中应用这种方法，可以缩短设计与研制周期，节约工装设备费用，且有利于生产管理、使用和维修。

3机电一体化系统的结构功能

3.1机电一体化系统的主要功能

3.2机电一体化系统的信息结构

信息由人产生，为人服务，人和人之间相互交流的数据和消息都是信息，这里的“信息”指的是控制论意义上的信息，即信息是独立于物质和能量的一类功能变换对象。机电一体化系统主要处理以下两类信息:①过程信息:被系统所变换(处理)的信息;

②控制信息:用于控制系统中能量和物质变换过程的信息，是能够被系统所“理解”的信息。

机电一体化系统中的过程信息和控制信息划分在不同的信息层次上被证实存在着相对性。例如，机器人中的电子反馈回路无疑是传递控制信息的，即这个装置的目的是控制系统的运动，但是，若从局部来看其中的反馈传感器和信号调节电路的话，就会发现被它们处理的信息具有过程特征，同时，过程信息的语义值对传感器和前置放大器等的功能并无影响。机电一体化系统中的过程信息和控制信息通常在系统的信息层次结构中交替出现(控制信息需要变换功能，而变换功能在下一层次上又可能被控制信息所支配。例如，由一个图像传感器而来的信息在用来控制下一较高层次上的机器人程序之前必须被处理)。