第六章-机电一体化系统的现代设计方法
机电一体化系统的设计方法
机电一体化系统的设计方法
机电一体化系统的设计方法包括以下几个方面：
1. 概念设计：在机电一体化系统的设计初期，需要进行概念
设计，明确系统的功能、性能和结构等需求。
这个阶段需要进行需求分析、方案比较和选优等工作，确定系统的整体框架和设计指标。
2. 结构设计：在概念设计确定后，需要进行具体的结构设计，包括机械结构和电气结构的设计。
机械结构设计要考虑系统的运动学和动力学要求，选择合适的传动方式、机构和零部件等。
电气结构设计要考虑系统的电力和信号传输等需求，选择合适的电源、驱动器和控制器等。
3. 控制设计：机电一体化系统的控制设计是整个系统的关键，需要针对系统的工作原理和特点进行控制算法的设计。
根据系统的动态响应和稳态性能要求，选择合适的控制方法和参数调节方式，设计控制系统的结构和参数。
4. 效能设计：机电一体化系统的效能设计包括能量利用和噪
声控制等。
要在设计过程中考虑到能量的损失和转化效率，提高系统的能效。
同时，要对系统的噪声产生和传播进行分析和控制，减少系统产生的噪声。
5. 可靠性设计：机电一体化系统的可靠性设计是确保系统正
常工作和长期稳定运行的关键。
要进行可靠性分析和评估，识别可能的故障模式和失效原因，并采取相应的设计措施，提高
系统的可靠性和可维护性。
综上所述，机电一体化系统的设计方法涉及概念设计、结构设计、控制设计、效能设计和可靠性设计等方面，需要综合考虑系统的功能需求、结构特点、控制要求和效能指标，以实现系统的整体一体化和优化设计。
机电一体化系统设计方法及其发展
机电一体化系统设计方法及其发展机电一体化系统是指通过将机械和电子技术科学有效地结合，以实现更高效、更精准的控制和自动化。
它已经在许多领域得到了广泛的应用，包括工业生产、交通运输、医疗保健等。
机电一体化系统设计方法的发展不仅可以提高生产效率，还能够降低成本、提高产品质量、减少能源消耗等。
本文将介绍机电一体化系统设计的方法及其发展情况。
1. 系统架构设计机电一体化系统的设计首先需要进行系统架构设计。
在这个阶段，需要考虑机械和电子技术如何结合，以及各个子系统之间的协调和整合。
这包括确定系统的功能需求、分析系统的结构和工作原理、选择合适的传感器、执行器以及控制策略等。
系统架构设计的目标是确保系统的可靠性、稳定性和高效性。
2. 功能模块设计在系统架构设计确定后，需要对系统的功能模块进行设计。
这包括机械部分的设计，比如传动系统、执行机构等，以及电子部分的设计，比如控制器、传感器、电路等。
功能模块设计的关键是确定各个模块之间的接口和通信方式，以确保模块之间能够有效地协同工作。
3. 控制算法设计控制算法是机电一体化系统设计中非常重要的一个环节。
通过合适的控制算法，可以实现对机械系统的精确控制和自动化。
在这个阶段，需要进行系统的建模和仿真分析，然后针对具体的控制目标设计合适的控制算法。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
4. 系统集成与调试系统集成与调试是机电一体化系统设计的最后一个环节。
在这个阶段，需要将各个功能模块组装成整个系统，并进行系统级联调试。
通过集成和调试，可以确保系统的各个部分能够协同工作，达到设计要求。
也可以对系统进行优化调整，以提高系统的性能和稳定性。
随着科技的不断进步，机电一体化系统设计方法也在不断发展。
下面将从以下几个方面介绍其发展情况：1. 多学科融合机电一体化系统设计方法的发展趋势是多学科融合。
传统的机械设计和电子设计往往是分开进行的，但是随着机电一体化系统的出现，需要涉及到机械设计、电子技术、控制理论等多个学科的知识。
浅谈机电一体化系统设计的目标和方法
ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ121 2010 7机电一体化，是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展并向机械工业领域迅猛渗透，以及与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术和软件编程技术等群体技术，即实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。
一、现代机械的机电一体化目标1.提高精度机电一体化技术使机械传动部件减少，因而使由机械磨损、配合间隙及变形而引起的误差大为减小。
同时，由于机电一体化技术采用电子技术实现自动检测和自动控制，校正和补偿由各种干扰因素造成的动态误差，从而达到单纯机械装备所不能实现的工作精度。
2.增强功能现代高新技术的引入，使机械产品具有多种复合功能，成为机电一体化产品和系统的一个显著特点。
3.提高生产效率机电一体化系统可以有效地减少生产准备时间和辅助时间，缩短新产品的开发周期，提高产品的合格率，减少操作人员，从而提高生产效率，降低生产成本。
4.节约能源，降低能耗通过采用低能耗的驱动机构、最佳调节控制和提高能源利用率等措施，机电一体化产品和系统可以取得良好的节能效果。
5.提高安全性、可靠性机电一体化系统通常具有自动检测、监控子系统，因而可以对各种故障和危险自动采取保护措施并及时修正参数，提高系统的安全可靠性。
6.改善操作性和实用性机电一体化系统的各相关子系统的动作顺序和功能协调关系由控制系统决定。
随着计算机技术和自动控制技术的发展，可以通过简便的人机界面操作，实现复杂的功能控制和良好的使用效果。
7.减轻劳动强度，改善劳动条件减轻劳动强度包括繁重的体力劳动和复杂的脑力劳动。
机电一体化系统能够由计算机完成设计制造和生产过程中极为复杂的人的智力活动和资料记忆查找工作，同时又能通过过程控制自动运行，从而替代人的紧张和单调重复操作以及在危险环境下的工作。
8.简化结构，减轻重量机电一体化系统采用先进的电力电子器件和传动技术，替代老式笨重的电气控制和机械变速结构，由微处理器和集成电路等微电子元件和程序逻辑软件，完成过去靠机械传动链来实现的关联运动，从而使机电一体化产品和系统的体积小，结构简化，重量减轻。
机电一体化系统设计方法及其发展
机电一体化系统设计方法及其发展随着科技的飞速发展，机电一体化系统已成为现代工业生产的重要标志之一。
机电一体化系统的设计方法不仅需要考虑机械系统的稳定性和功能性，还需要考虑电气系统的性能和可靠性。
本文将探讨机电一体化系统的设计方法及其发展。
机电一体化系统的定义机电一体化系统是指将机械部件、电气元件、电子元件和控制器件等集成在一个系统中，形成一种功能完善、性能卓越、可靠性高的系统。
机电一体化系统是现代工业生产的重要标志之一。
机电一体化系统的设计方法需要考虑以下几个方面：1. 系统的可靠性设计机电一体化系统的可靠性设计是关键，需要考虑到各个部件之间的协调和匹配，确保在使用过程中不出现故障或损坏。
可靠性设计需要对系统中各个方面进行全面的分析，包括设备的寿命、结构的稳定性、系统的性能等。
控制系统的设计是机电一体化系统设计的核心，需要考虑到各个组成部分之间的配合，确保系统能够正常运行。
控制系统的设计需要考虑到各种传感器和控制器的使用，以实现准确的控制和监测。
3. 系统的诊断和维护机电一体化系统在使用过程中需要进行诊断和维护，以确保系统一直保持高水平的性能和可靠性。
诊断和维护包括系统的检测、故障排除以及维护保养。
机电一体化系统的发展已经历了三个阶段：1. 传统机械系统与电气系统独立发展阶段在这个阶段内，机械系统和电气系统是独立发展的，彼此之间并没有相互影响。
这种传统的设计方法存在着很多的问题，例如稳定性差、可靠性低、操作复杂等等。
2. 机械和电气系统的分离与嵌套阶段在这个阶段中，机械和电气系统开始相互嵌套，设计方法开始向着一体化系统的方向发展。
但由于没有很好地解决各个系统之间的协调性和一致性问题，导致了系统设计的复杂性和成本的增加。
在这个阶段中，机械、电气和控制系统被融合到一个系统中，形成了一个完整的机电一体化系统。
设计方法不再是简单地将各个系统简单地嵌套在一起，而是将各个系统融合到一起，形成一个更加完整、协同性更好的系统。
机电一体化系统设计方法及其发展
机电一体化系统设计方法及其发展机电一体化系统是指在产品设计中融合了机械、电子、计算机等多学科技术，以实现系统整合、功能优化、成本降低的一种系统设计方法。
在当今工业制造领域，机电一体化系统已经成为一个不可或缺的重要技术。
本文将介绍机电一体化系统设计的方法和其发展历程。
1. 多学科协同设计机电一体化系统的设计需要涉及到多学科的知识，例如机械、电子、计算机等。
多学科协同设计是非常重要的。
这需要设计团队成员之间进行密切的交流与合作，以确保各个学科的设计都能够相互协调一致。
2. 系统化设计思维机电一体化系统的设计需要从整体上进行考虑，而不是只考虑其中的某个部分。
系统化设计思维强调整体性、协调性和一致性，以确保所设计的系统能够达到预期的效果。
3. 信息技术的应用信息技术在机电一体化系统设计中扮演了非常重要的角色。
利用CAD、CAE、CAM等技术工具可以实现对系统设计的模拟、优化和仿真，从而提高系统设计的精度和效率。
二、机电一体化系统设计的发展机电一体化系统设计的发展可以追溯到20世纪70年代。
当时，随着电子技术和计算机技术的迅速发展，人们开始意识到可以将这些技术与传统的机械领域进行结合，从而实现系统设计的创新和提升。
随着科技的不断进步，机电一体化系统设计逐渐成为了一种新的趋势。
在发展过程中，机电一体化系统设计逐渐形成了一套完整的方法论和体系。
首先是多学科协同设计的方法得到了广泛的应用。
设计团队中的成员不再是单一的专业人才，而是包括了各种不同领域的专家，他们能够共同协作，推动系统设计的完善。
信息技术在机电一体化系统设计中的应用也得到了重要的发展。
CAD、CAE、CAM等软件工具的不断更新和完善，为机电一体化系统设计提供了更多的支持。
设计师可以利用这些工具进行虚拟设计、仿真验证等工作，从而在系统设计的初期就能够避免一些潜在的问题，并且可以在生产制造阶段提高效率。
随着人工智能、物联网等新技术的不断涌现，机电一体化系统设计也迎来了新的发展机遇。
机电一体化系统设计方法及其发展
机电一体化系统设计方法及其发展一、引言机电一体化系统指的是机械和电子两个领域的结合，通过控制系统和传感器实现机械设备的智能化。
随着科技的发展和工业自动化的需求增加，机电一体化系统在工业生产中扮演着越来越重要的角色。
本文将介绍机电一体化系统的设计方法及其发展。
二、机电一体化系统设计方法1. 需求分析在进行机电一体化系统的设计之前，首先需要对系统的需求进行分析。
这包括对系统功能、性能、工作环境等方面的需求进行详细的了解。
同时需要对设备的技术指标、成本预算等进行评估分析，为系统设计提供参考。
2. 系统架构设计系统架构设计是机电一体化系统设计的关键环节。
在这一阶段需要确定系统的整体结构，包括硬件组成、软件开发、控制策略等方面。
通过系统架构设计可以明确系统的功能模块、通信接口、数据流动等内容，为后续的详细设计提供基础。
3. 传感器与执行器选择在机电一体化系统中，传感器和执行器是至关重要的组成部分。
传感器用于采集系统的各种参数信息，执行器则用于对机械设备进行控制。
在选择传感器和执行器时需要考虑其适应性、精度、稳定性、成本等因素，以保证系统的稳定运行和良好性能。
4. 控制算法设计控制算法是机电一体化系统中的核心部分，其设计直接关系到系统的控制性能和稳定性。
在进行控制算法设计时需要考虑系统的动力学特性、传感器反馈、执行器响应等因素，通过模拟仿真和实验验证来寻找最优的控制方案。
5. 软硬件协同设计在机电一体化系统中，软件系统和硬件系统是相辅相成的。
软件系统负责实现系统的控制算法、数据处理、用户界面等功能，而硬件系统负责实现传感器采集、执行器控制等功能。
在软硬件协同设计中需要考虑二者的协作方式、通信协议、数据交互等内容。
6. 系统集成测试系统集成测试是机电一体化系统设计的最后一步，其目的是验证系统的整体性能和稳定性。
在进行系统集成测试时需要对系统的功能进行全面测试，包括开关量输入输出、模拟量采集输出、控制效果等方面。
机电一体化系统的现代设计方法
机电一体化系统的现代设计方法摘要：机电一体化系统的现代设计方法主要有可靠性设计、优化设计、反求设计、绿色设计、虚拟设计等。
本论文主要介绍了可靠性设计方法和优化设计方法。
可靠性设计包括了很广的内容，可以说在满足产品功能，成本等要求的前提下一切使产品可靠运行的设计都称之为可靠性设计。
优化设计是指将优化技术应用于设计过程，最终获得比较合理的设计参数，优化设计的方法目前已比较成熟，各种计算机程序能解决不同特点的工程问题。
关键词：机电一体化；现代设计方法；可靠性设计；优化设计。
一、引言随着社会的发展和科学技术的进步，使人们对设计的要求发展到了一个新的阶段，具体表现为设计对象由单机走向系统、设计要求由单目标走向多目标、设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域、承担设计的工作人员从单人走向小组甚至大的群体、产品设计由自由发展走向有计划的开展。
与人们对设计的要求相比现阶段的设计确实是落后的，主要表现为：对客观设计的研究不够，尚未很好的掌握设计中的客观规律；当前设计的优劣主要取决于设计者的经验；设计生产率较低；设计进度与质量不能很好控制；实际手段与设计方法有待改进；尚未形成能被大家接受，能有效指导设计实践的系统设计理论。
面对这种形势，唯一的解决方法就是设计必须科学化。
这就意味着要科学的阐述客观设计过程及本质，分析与设计有关的领域及其地位，在此基础上科学的安排设计进程，使用科学的方法和手段进行设计工作，同时也要求设计人员不仅有丰富的专业知识，而且要掌握先进的设计理论、设计方法及设计手段，科学地进行设计工作，这样才能及时得到符合要求的产品。
二、机电一体化系统的现代设计方法概述机电一体化系统的现代设计方法是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。
它运用了系统工程，实行人、机、环境系统一体化设计，使设计思想、设计进程、设计组织更合理化、现代化，大力采用许多动态分析方法，使问题分析动态化，实际进程、设计方案和数据的选择更为优化，计算、绘图等计算机化。
机电一体化系统-国家开放大学电大机考网考题目答案
一、判断题1.转动惯量大不会对机电一体化系统造成不良影响。
（错）2.在机电一体化系统中，通过提高驱动元件的驱动力可有效提高系统的稳定性。
（对）3.滚珠丝杆机构不能自锁。
（对）4.传感器的灵敏度越高越好。
因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才较大，有利于信号处理。
（对）5.旋转变压器和光电编码盘不能测试角位移。
（错）6.SPWM 是脉冲宽度调制的缩写。
（错）7.直流伺服电动机在一定电磁转矩 T (或负到转矩) 下的稳态转速n 随电枢的控制电压 Ua 变化而变化的规律，称为直流伺服电动机的调节特性。
（对）8.在机电一体化系统驱动装置中，反馈通道上环节的误差与输入通道上环节的误差对系统输出精度的影响是不同的。
（错）9.T/O 接口电路也简称接口电路，它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件 (电路) 。
它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。
（对）10.平面关节式机器人可以看成关节坐标式机器人的特例，它有轴线相互平行的肩关节和肘关节。
（错）11.驱动装置由驱动器、减速器和内部检测元件等组成，用来为操作机各运动部件提供动力和运动（对）12.FML 是表示柔性制造单元。
（错）13.FMS 具有优化的调度管理功能，无需过多的人工介入，能做到无人加工（对）14.非接触式测量不仅避免了接触测量中需要对测头半径加以补偿所带来的麻烦，而且可以对各类表面进行高速三维扫描。
（对）15.机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。
（对）16.在机电一体化系统中，通过消除传动系统的回程误差可有效提高系统的稳定性。
（对）17.在滚珠丝杠机构中，一般采取双螺母预紧的方法，将弹性变形控制在最小限度内，从而减小或部分消除轴向间隙，从而可以提高滚珠丝杠副的刚度。
（对）18.敏感元件不可直接感受被测量，以确定关系输岀某一物理量，如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输岀。
机电一体化系统设计方法及其发展
机电一体化系统设计方法及其发展机电一体化系统是指将机械、电气、控制、计算机等技术融合在一起，形成一个整体的系统。
随着科技的不断发展，机电一体化系统在各个领域得到了广泛的应用，从生产制造到交通运输，从医疗设备到家用电器，无处不在。
本文将介绍机电一体化系统设计的方法及其发展状况。
1.需求分析机电一体化系统的设计首先需要进行需求分析，确定系统的功能和性能需求，包括机械结构、电气控制、通信及数据处理等方面的需求。
在需求分析阶段，需要充分了解系统的工作环境、工作条件和使用要求，为后续的设计工作奠定基础。
2.系统设计在系统设计阶段，需要将需求分析的结果转化为具体的系统设计方案。
这包括机械结构设计、电气控制方案设计、传感器和执行器的选择以及系统整体的布局和结构设计。
在系统设计过程中，需要充分考虑各个子系统之间的协调和统一，确保整个系统可以协同工作。
3.软硬件开发针对机电一体化系统的电气控制部分，需要进行软硬件开发工作。
包括控制算法的设计、嵌入式系统的开发、传感器和执行器的驱动程序开发等。
在软硬件开发过程中，需要结合具体的硬件平台和软件工具，确保系统的稳定性和可靠性。
4.集成测试集成测试是机电一体化系统设计过程中的关键环节，通过集成测试可以验证系统的整体性能和稳定性。
在集成测试阶段，需要对机械结构、电气控制、通信和数据处理等方面进行全面的测试，发现和解决潜在的问题，确保系统可以正常工作。
5.系统优化系统优化是机电一体化系统设计的最后一个环节，通过系统优化可以进一步提高系统的性能和稳定性。
在系统优化过程中，需要根据实际的使用情况和反馈信息，对系统进行调整和改进，使系统能够更好地满足用户的需求。
二、机电一体化系统设计的发展随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，机电一体化系统设计也在不断发展和完善。
主要体现在以下几个方面：1.智能化和自动化随着人工智能技术的飞速发展，机电一体化系统设计也越来越注重智能化和自动化。
智能化和自动化的机电一体化系统可以更好地适应复杂的工作环境和变化的需求，提高工作效率和生产质量。
国开作业《机电一体化系统》 (82)
题目：1．FMS通过简单的软件系统变更，便能制造出某一零件族的多种零件。
（）选项A：对选项B：错答案：对题目：2．FMS不能解决多机床下零件的混流加工，必须增加额外费用。
（）选项A：对选项B：错答案：错题目：1．FMC是表示（）。
选项A：柔性制造生产线选项B：柔性制造系统选项C：柔性制造单元选项D：柔性制造工厂答案：柔性制造单元题目：2．FMS加工中心的刀库有（）等基本类型。
选项A：盒式选项B：层式选项C：箱式选项D：转塔式答案：转塔式题目：1．FMS加工系统的工作过程都是在无人操作和无人监视的环境下高速进行的，为了保证系统的正常运行、防止事故、保证产品质量，必须对系统的工作状态进行监控。
主要监视（）。
选项A：切削加工状态选项B：设备的运行状态选项C：产品质量状态选项D：产品销售状态答案：设备的运行状态, 产品质量状态, 切削加工状态题目：2．柔性制造系统有（）优点。
选项A：减少了工序中在制品量选项B：有快速应变能力选项C：减少直接工时费用选项D：设备利用率低答案：减少直接工时费用, 减少了工序中在制品量, 有快速应变能力题目：1．三维扫描仪是融合光、机、电和计算机技术于一体的高新科技产品。
（）选项A：对选项B：错答案：对题目：2．非接触式测量不仅避免了接触测量中需要对测头半径加以补偿所带来的麻烦，而且可以对各类表面进行高速三维扫描。
（）选项A：对选项B：错答案：对题目：1．在3D打印技术中，熔融沉积快速成型的机械结构最简单，设计也最容易，制造成本、维护成本和材料成本也最低，它的缩写是（）。
选项A：FDM选项B：SLA选项C：3DP选项D：SLS答案：FDM题目：2．光固化成型又称为光敏液相固化法、立体光刻等，是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
它的缩写是（）。
选项A：FDM选项B：3DP选项C：SLS选项D：SLA答案：SLA题目：3．三维粉末粘接技术的工作原理是，先铺一层粉末，然后使用喷嘴将黏合剂喷在需要成型的区域，让材料粉末粘接，形成零件截面。
机电一体化系统设计方法及其发展
机电一体化系统设计方法及其发展鄂尔多斯市滨海金地运营管理有限公司摘要：由于机电一体化系统的主功能仍然是完成特定的工艺动作要求,执行机构是完成主功能的主体,而信息检测和信息处理则是完成主功能的保证。
因此,在该过程模型中执行机构的运动方案设计仍然是核心,但要充分考虑信息检测和信息处理。
以上原因决定了机电一体化系统概念设计过程模型和传统的机械运动系统概念设计过程模型有相似之处,同时,由于电子技术、计算机技术的融入也必然导致两者概念设计过程模型上的差异。
关键词：机电一体化；系统概念设计；基本原理引言机电一体化系统广泛地综合了机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换和软件编程等技术，并将这些技术有机的结合成一体，它是当今世界机械工业技术和产品发展的潮流。
机电一体化技术并非现代尖端技术，它是微电子技术和精密机械技术相互融合，是实现系统整体最优化的产物，属于技术综合应用范畴。
是充分挖掘多学科合作共生的体现。
1机电一体化认识日本在1971年提出一个新的英文集成名词“Mechatronics”词首Mecha取自Mechanics（机械学），词尾tronics取自Electronics（电子学）。
我国经常译为机电一体化或机械电子学。
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，其核心为精密工程技术。
在当前“信息爆炸”的形式下，相对于专门型人才来说，市场对复合型人才的需求更加迫切。
在中国，我们认为机械发展新阶段是机电一体化阶段。
机电一体化是指在机构的主功能、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，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。
机电一体化系统设计方法及其发展
机电一体化系统设计方法及其发展【摘要】机电一体化系统设计是一个综合机械、电气、控制和信息技术的交叉领域。
本文旨在探讨机电一体化系统设计的概念、重要性、方法、发展趋势以及未来发展方向。
机电一体化系统设计可以提高系统整体性能和效率，节省资源，降低成本。
与传统机电设计相比，机电一体化系统设计更加高效、可靠、灵活，具有更好的适应性和可扩展性。
未来，随着智能技术的不断发展，机电一体化系统设计将面临更多的挑战和机遇，需要不断创新和进步。
深入研究机电一体化系统设计的方法和发展趋势，不仅有利于推动技术进步，还能促进工程实践的发展和应用。
机电一体化系统设计的意义在于推动工程领域的创新与进步，为未来的发展开辟新的可能性。
【关键词】机电一体化系统设计，概念，重要性，传统设计，方法，发展趋势，未来发展方向，意义，挑战，机遇1. 引言1.1 机电一体化系统设计方法及其发展机电一体化系统设计是指将机械与电气、电子技术相结合，通过系统集成的方式实现系统的设计与开发。
随着科技的不断发展，机电一体化系统设计方法也在不断完善和发展，为各行各业带来了更高效、更智能的解决方案。
在过去，传统的机电设计往往是各个功能单元独立开发，导致系统集成时存在着许多困难和问题。
而机电一体化设计则通过整合各个功能单元，减少了系统的复杂性，提高了系统的整体性能。
机电一体化系统设计的重要性不言而喻。
它可以提高系统的整体效率和运行稳定性，满足用户需求。
它可以减少系统的能量消耗，达到节能减排的目的。
通过实现机电一体化设计，可以提高系统的智能化水平，使系统更加便于维护和管理。
未来，随着人工智能、物联网等技术的发展，机电一体化系统设计将会更加普及和深入。
机电一体化系统设计也面临着许多挑战和机遇，需要不断创新和发展。
通过持续的研究和实践，相信机电一体化系统设计将会更加完善，为人类的生活带来更多便利和效益。
2. 正文2.1 机电一体化系统设计的概念机电一体化系统设计的概念涉及了机械工程、电子工程和计算机科学等多个领域的知识，是一种综合利用机械、电气、控制等技术的系统设计方法。
机电一体化系统设计机电一体化系统设计和分析方法讲义
• 系统仿真时模型所采用的时钟称为仿真时 钟，而实际动态系统的时钟称为实际时钟。 根据仿真时钟与实际时钟的比例关系，仿 真又分为实时、亚实时和超实时仿真三种。
• 实时仿真：即仿真时钟与实际时钟完全一 致。模型仿真的速度与实际系统运行的速 度相同。当被仿真的系统中存在物理模型 或实物时，必须进行实时仿真。
2.4.1 时域的响应函数分析
• 在系统的输入端给定标准信号，从信号输入开始 到系统输出恢复稳定结束的整个输出变化的过程 为考察对象h，(t) 这个过程称为响应曲线。
tp
h() 0.9h()
0.5h() td
0 0
误差带
超调量
0 0
延迟时间 td 峰值时间 t p
上升时间 tr 调节时间 ts
0.1h()
机电一体化系统设计机电一体化系统设 计和分析方法
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。 • 从系统工程的观点分析，设计是一个由时 间、逻辑和方法组成的三维系统。设计过 程中的每一个行为可以反映为此三维空间 中的一个点。
机电一体化系统设计机电一体化系统设 计和分析方法
பைடு நூலகம்
机电产品设计开 发交互过程模型
新产品想法
机电产品设计和开发的实际过 程是一个交互过程，在概念设 计和细节设计过程中需要不断 地进行验证和修改
需求
概念设计
细节设计
原型循环
设计
有效性
原型、实验和验证
实现
新产品需求改进
开发
回收
产品
维护
机电一体化系统设计机电一体化系统设 计和分析方法
机电一体化系统设计 课程设计
一、概述机电一体化系统是指在机械与电气领域的融合中，通过智能化、自动化技术手段的应用，实现机械和电气控制及驱动一体化。
机电一体化系统的设计是一个复杂而又重要的课题，涉及到机械、电子、自动控制、传感器、软件等多个领域的知识。
在现代工业生产中，机电一体化系统已经得到广泛应用，因其具有高性能、高效率、高灵活性和可靠性等优点，因此对其设计的研究与应用愈发受到重视。
二、机电一体化系统设计的基本原理1. 机电一体化系统的定义机电一体化系统是指在机械、电子、计算机、自动控制等多个领域知识的基础上，将各种设备或系统组合成一个整体，在保证各子系统之间具有联动性、互补性和协调性的基础上，使之实现协同工作，其目的是提高系统的集成度、稳定性和可靠性，降低能源消耗和材料的浪费。
2. 机电一体化系统设计的基本原理（1）需求分析：根据客户需求以及系统使用环境等，对机电一体化系统的功能和性能进行详细的分析和界定，确定系统的基本要求和指标。
（2）功能设计：在明确了系统的需求后，根据系统的功能和性能要求，进行系统的结构设计、模块设计、软硬件设计等。
（3）控制系统设计：设计和实现机电一体化系统的控制策略，选择合适的传感器、执行器和控制器，并设计相应的控制算法。
（4）通信网络设计：建立合适的通信网络，实现不同设备之间的数据交换和信息传递。
（5）安全性设计：设计系统的安全控制系统，保证系统在运行过程中的安全性。
（6）可靠性设计：考虑系统的故障预防、故障检测和故障诊断手段。
（7）试验验证：通过实验验证，检验系统的各项指标是否符合设计要求。
三、机电一体化系统设计的主要挑战1. 多学科交叉：机电一体化系统设计需要涉及到机械、电子、计算机、自动控制等多个学科的知识，需要具备全面的知识背景和跨学科的综合能力。
2. 复杂性：机电一体化系统设计需要考虑到各种不同的因素，如机械结构、传感器、执行器、控制算法等，使得系统设计变得极为复杂。
3. 故障预防：机电一体化系统工作环境复杂，系统工作稳定性要求高，需要考虑到各种故障可能性，并提出相应的预防措施。
2020年国家开放大学《机电一体化系统》机考真题7
2020年国家开放大学《机电一体化系统》机考真题7判断题（共14题，共28分）1. 安全可靠性高是机电一体化产品与传统机电产品相比唯一具有的优越性。
T √F ×参考答案：F2. 在机电一体化系统中，通过消除传动系统的回程误差可有效提高系统的稳定性。
T √F ×参考答案：T3. 在滚珠丝杠机构中，一般采取双螺母预紧的方法，将弹性变形控制在最小限度内，从而减小或部分消除轴向间隙，从而可以提高滚珠丝杠副的刚度。
T √F ×参考答案：T4. 基本转换电路是将电路参数量转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等。
T √F ×参考答案：T5. 灵敏度(测量)是传感器在静态标准条件下输入变化对输出变化的比值。
T √F ×参考答案：T6. PID 控制中的P、I、D分别表示比例、微分、积分的含义，是工业控制的主要技术之一。
T √F ×参考答案：F7. 直流伺服电动机调节特性曲线的斜率K反映了电动机的转速n随控制电压Ua的变化而变化快慢的关系，其值大小与负载大小无关，仅取决于电动机本身的结构和技术参数。
T √F ×参考答案：T8. 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。
T √F ×参考答案：F9. 计算机控制系统由硬件和软件两大部分组成。
其中，硬件主要由计算机主机、接口电路、输入/输出通道及外部设备等组成。
T √F ×参考答案：T10. 球坐标式机器人。
球坐标式机器人具有一个转动关节和二个移动关节，具有三个自由度。
T √F ×参考答案：F11. 控制系统是机器人的核心，包括机器人主控制器和关节伺服控制器两部分，其主要任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。
T √F ×参考答案：T12. FMS能自动控制和管理零件的加工过程，包括制造质量的自动控制、故障的自动诊断和处理、制造信息的自动采集和处理。
机电一体化系统的设计步骤
机电一体化系统的设计步骤机电一体化系统设计就像搭积木，但这个积木超级复杂又超酷。
一、需求分析。
这是第一步啦。
就好比你要盖房子，得先知道住的人有啥需求。
要是给小两口设计机电一体化系统，和给大工厂设计肯定不一样。
得了解这个系统是干啥用的，要达到啥功能。
比如说，是要一个能精确控制温度的设备呢，还是一个快速搬运东西的机械臂。
这一步就像侦探找线索，把各种需求都挖出来，越详细越好。
二、方案构思。
有了需求就开始想办法啦。
这时候就像厨师做菜，各种食材（技术、部件）在脑袋里组合。
是用液压传动好呢，还是电动的更合适。
就像你搭配衣服，要找最适合的风格。
要考虑系统的整体布局，各个部分怎么连接，是串联还是并联。
这个阶段可以脑洞大开，多画几个草图，把各种可能的方案都列出来，哪怕有些看起来很奇葩。
三、模型制作。
想好了方案就动手做个小模型呗。
这就像做个小手工，把想法变成实实在在能看到的东西。
可以用简单的材料先搭个架子，看看各个部分的配合是不是像想象中那么完美。
这个模型不一定要很精致，但要能体现出系统的主要结构和功能。
在这个过程中，可能会发现一些之前没想到的问题，比如说某个部件太大，装不下，或者某个连接的地方很别扭。
四、详细设计。
模型有了，问题也发现了，就开始详细设计。
这一步就像给房子画施工图，每个细节都不能放过。
要确定每个部件的具体尺寸、材料、性能参数。
比如说电机要用多大功率的，传感器的精度要多高。
这时候要参考很多资料，像个学霸一样去研究各种标准和规范。
而且要和不同的供应商联系，看看有没有合适的部件可以买，要是没有可能还得自己设计制造。
五、系统集成。
把各个精心设计的部件组合在一起就像拼拼图。
要保证它们之间能完美协作。
这时候要进行各种调试，就像给乐队调音一样。
看看系统整体的功能是不是达到了预期的要求。
如果有问题，就像医生看病一样，一点点排查是哪个部件出了毛病，是线路接错了，还是程序有bug。
六、测试优化。
最后就是测试优化啦。
让系统跑一跑，看看在各种情况下的表现。
机电一体化系统设计简介
机电一体化系统设计简介
1、机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法：
1）取代法
取代法就是用电气掌握取代原系统中的机械掌握机构。
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。
2）整体设计法
整体设计法主要用于新产品的开发设计。
在设计时完全从系统的整体目标动身，考虑各子系统的设计。
3）组合法
组合法就是选用各种标准功能模块组合设计成机电一体化系统。
2、现代设计方法：以计算机为帮助手段进行系统（产品）设计方法的总称。
机电一体化设计方法与现代设计方法的融合是优质、高效、快速实现机电一体化系统（产品）设计的有效方法和基本条件。
计算机帮助设计与制造（CAD/CAN）；并行工程设计——全寿命周期设计；虚拟产品设计与实现；快速响应设计；绿色环保产品设计；反求设计；网络协同合作设计
例1：机电一体化系统在数控机床中的应用
图1 数控系统组成简图
机电一体化实际上是机、电、液、气、光、磁一体化的统称，只不过机电之间的结合更紧密和常见而已。
机电一体化通过综合利用现代高新技术的优势，在提高精度、增加功能、改善操作性和使用性、提高生产率和降低成本、节省能源和降低消耗、减轻劳动强度和改善劳动条件、提高平安性和牢靠性、简化结构和减轻重量、增加柔性和智能化程度、降低价格等诸多方面都取得了显著的技术经济效益和社会效益，促使社会和科学技术又向前大大迈进了一步。
机电一体化是集机械、电子、光学、掌握、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的进展和进步依靠并促进相关技术的进展和进步。
机电一体化系统设计方法及其发展
机电一体化系统设计方法及其发展随着科技的进步和工业化的发展，机械和电气之间的融合已经成为了一种趋势。
机电一体化系统作为现代工业的重要组成部分，不仅使生产过程更加高效、智能化，还能提高产品的质量和性能。
本文将从机电一体化系统设计方法及其发展的角度展开讨论。
机电一体化系统设计方法主要包括以下几个方面：整体式设计、模块化设计、仿真设计和优化设计。
1. 整体式设计2. 模块化设计模块化设计是将整个机电一体化系统分解成多个模块，并对每个模块进行独立设计和制造。
这种设计方法使得系统更加灵活，便于维护和升级。
模块化设计也有利于改进设计过程的效率，降低成本。
3. 仿真设计在机电一体化系统设计中，仿真设计是一种非常重要的方法。
通过仿真可以对系统的运行过程进行模拟和分析，提前发现可能存在的问题，并对系统进行调整和优化。
这样可以大大减少实际制造和调试过程中的时间和成本，提高系统设计的准确性和可靠性。
优化设计是指通过对机电一体化系统的各个部分进行改进和优化，以达到系统整体性能最优化的目标。
通过参数优化、结构优化和控制策略等手段，可以提高系统的效率、稳定性和可靠性。
随着科技的不断进步，机电一体化系统设计方法也在不断发展。
在未来，机电一体化系统设计方法可能会朝着以下几个方向发展：1. 多学科交叉融合未来的机电一体化系统设计方法将更加强调多学科的交叉融合。
不仅需要机械、电气、电子等方面的知识，还需要涉及到计算机科学、控制工程、材料科学等多个领域的知识。
只有在多学科交叉融合的基础上，才能有效地进行机电一体化系统设计。
未来的机电一体化系统设计方法将更加注重智能化。
通过人工智能、大数据分析、物联网等技术手段，可以使机电一体化系统具有更高的自主性和智能性，减少人为干预，提高系统的实时性和适应性。
3. 可持续发展未来的机电一体化系统设计方法将更加关注系统的可持续发展性。
在设计过程中，需要考虑到对环境的影响、资源的利用效率和系统的寿命等因素，以达到经济、社会和环境的可持续发展的目标。
机电一体机电一体化系统设计方法
7.3 优化设计
7.3.1 优化设计概念
优化设计：优化设计（optimization design）是将设计问题的物理模型转 化为数学模型，运用最优数学理论，选用适当的优化方法，以计算机为 手段求解数学模型，从而得出最佳设计方案的一种设计方法。产品的优 化设计是在规定的各种设计限制条件下，优选设计参数，使某项或几项 设计指标获得最优值。优化设计在机电一体化系统中主要应用于结构设 计与控制系统中。
确定性能指标：产品技术与性能指标包括功能性指标、经济性指标、 可靠性指标、安全性标等。
拟定开发计划：开发计划是为了实现决策，预先明确所追求的目标以 及相应的行动方案的活动，即为设定目标以及决定如何达成目标，指 明路线的过程。
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7.2.2 机电一体系统开发工作
2.设计阶段
总体设计：总体设计也称为初步设计，是应用系统总体技术，从整体 目标出发，统一分析产品的性能要求及各组成单元的特性，选择最合 理的单元组合方案，实现机电一体化产品整体优化设计的过程。机电 一体化系统总体设计内容包括总体方案拟订、工作原理设计、功能模 块划分、技术方案评价等。
• 适应性设计：是指在工作原理和总体结构基本保持不变的情况下对现有产 品进行局部更改，或增设某种新部件，或用微电子技术代替原有的机械结 构，或为了进行微电子控制对机械结构进行局部修改，以改善产品的性能 和质量。例如，在内燃机上增加增压器以增大输出功率，增加节油器以节 约燃料，均属于适应性设计。
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7.1.2 设计类型
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7.2.2 机电一体系统开发工作
定型阶段：定型是产品在正式投产前的一个重要环节，产品定型阶段 主要任务是准备定型文件（设计图纸、软件清单、机械零部件清单、 电气元器件清单及调试记录），编写技术资料（设计说明书、使用说 明书等），组织产品鉴定等。批准定型投产的产品必须由技术标准、 工艺规程、装配图、零件图、工装图以及其他相关技术资料。
第6章 机电一体化技术系统设计
第六章 机电一体化系统设计
23
设计过程包括以下活动：功能建模、行为建模、结 构建模及评价和决策。
功能建模 确定某个抽象层次的功能，分解功能， 建立功能结构图和功能结构。 行为建模 寻找实现功能的物理效应、化学效应或 生物效应，构思实现功能的行为，即进行功能→行 为的映射。 结构建模 指定能产生所要求行为、完成预定功能 的系统结构，即进行行为→结构的映射。 评价和决策 测试和评价设计方案，检验功能域、 行为域和结构域上变量的一致性、完备性，决定是 接收、改进或是放弃该设计方案，并决定是继续进 行概念设计循环还是返回到需求分析或进入详细设 计。
2
第六章 机电一体化系统设计
目录
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6
概 述 机电系统的产品规划 机电系统的概念设计 机电系统的造型与环境设计 机电系统的评价与决策 机电系统的现代设计方法
第六章 机电一体化系统设计
3
6.1 概 述
一、 机电一体统设化 系计流程
主要设计过程分为 五个阶段：产品规 划、概念设计、详 细设计、设计实施 和设计定型阶段。
第六章 机电一体化系统设计
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能量流、物料流和信息流：机电一体化系统与其它 系统一样，都存在着能量流、物料流和信息流的传 递与变换。
第六章 机电一体化系统设计
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能量流是机电一体化系统中存在于能量变换与传递 的整个过程中，系统完成特定工作过程所需的能量 形态变化和实现动作过程所需的动力。 物料流是机电一体化系统完成特定工作过程中工作 的对象和载体，物料的形式有固体、液体和气体。
第六章 机电一体化系统设计
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第六章：机电一体化系统的现代设计方法
一、教学建议
●通过文字教材了解机电一体化系统的现代设计方法；
●流媒体课件中介绍了各种常用的机电一体化系统的现代设计方法；
●科学技术的发展和对产品要求的不断提高，使得设计新理论、新方法、新技术不断涌现。
建议同学们在学习本知识点的过程中，应结合生产实际，熟悉各种现代设计方法。
●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，也可以在课程论坛寻找帮助。
二、教学要求：了解机电一体化系统的现代设计方法
1．可靠性设计
可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
通常用“概率”表示“能力”来实现可靠性指标的量化。
可靠性评价的指标体系主要包括五个方面：可靠性、维修性、有效性、耐久性和安全性。
（1）机电一体化系统的可靠性设计
现代机械系统可靠性设计包括缩短传动链，减少元件数；必要时增设备用元件或系统；简化结构；增加过载保护装置、自动停机装置；设置监控系统；合理规定维修期。
（2）控制系统可靠性设计
控制系统可靠性设计包括：
●采用自动控制使产品具有自适应、自调整、自诊断甚至自修复的功能；
●通过元器件的合理选择提高可靠性；
●对功率接口采用降额设计提高可靠性；
●采用监视定时器提高可靠性；
●采取抗干扰措施提高可靠性。
（3）软件的可靠性技术
软件的可靠性技术，大致包含利用软件提高系统可靠性和提高软件可靠性两方面的内容。
2．优化设计
优化设计可明确定量优化的目标，科学地建立优化数学模型，在计算机上完成寻优，这样就能从本质上提高设计水平，缩短设计周期，有利于产品的更新和提高市场竞争能力。
机电一体化系统优化设计需要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率和高精度的方向发展，使之成为机电产品的开发、创新的强有力的现代设计手段。
优化设计的一般步骤为：建立数学模型、选择合适的优化算法及程序、通过计算机进行优化设计，得出最优化设计方案、对优化得出的方案进行评价决策。
3．反求设计
反求设计是以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的设计经验、知识和创新思维，对已有的产品或技术进行分析研究，掌握其功能原理、零部件的设计参数、材
料、结构、尺寸和关键技术等指标，进而对该系统（产品）进行剖析、重构、再创造的设计。
反求工程一般要经历以下过程：引进技术的应用过程、引进技术的消化过程、引进技术的创新过程。
4．绿色设计
绿色设计是在新产品（系统）的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费，消除在使用安全和人类健康等方面所产生的负作用。
绿色产品设计主要涉及环境保护、工作条件、资源优化、产品成本、面向设计阶段、面向制造阶段、面向销售阶段和面向使用阶段几个方面。
5．虚拟设计
（1）虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）
虚拟现实技术是一种为改善人与计算机的交互方式、提高计算机可操作性的人机界面综合技术。
在工程设计上，目前常用两种基于VR的工程设计方法：一种是增强可视化，它利用现有的CAD系统产生模型，然后将模型输入VR环境中，用户充分利用各种增强效果设备如头盔显示器等产生临近感；另一种是VR-CAD系统，设计者直接在环境中参与设计。
（2）产品的虚拟原型设计
虚拟原型是相对于物理原型机而言的，它是一个最终产品或系统的计算机虚拟模型。
产品从设计到定型要经过多次的修改设计，每次又都需要重新装配实物样机并进行试验，传统制造有时采用建造一系列实际尺寸模型来校验设计产品的正确性。
这些过程既浪费时间又浪费财力，影响了系统性能的确定和进一步优化。
而采用虚拟技术进行设计、装配，可使产品在实际生产之前，其全部设计就经历了充分的虚拟实验和论证。
但是，虚拟原型也由于模型可能不够精确或不正确而引入一些风险。