[工学]机电一体化教案与PPT
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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等
（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
如：电液阀
（3）耦合： 变换和放大后的信号必须遵循一致的时序、信 号格式和逻辑规范。接口具有保证信息的逻辑控制功能,使 信息按规定模式进行传递。 （4）能量转换：其执行元件包含了执行器和驱动器
电子学
机
械 机电一
学
体化
• 两个显著特征： １）系统的科学性 ２）学科综合性和技术集成性
信息科学
第1章 引论
• 机电一体化一般包含机电一体化产品(系统)和机电一体化 技术两层含义。
• 典型的机电一体化产品(系统)有： 加工制造业：数控机床、机器人 家用电器：洗衣机 航空航天设备：雷达、飞船 医疗仪器设备：CT、分析仪 汽车业： 其他：、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。
第1章 引论
第1章 引论
1.1 概述 1.2 机电一体化系统的设计 1.3 机电一体化的发展趋势
第1章 引论
1.1
1.1.1 引言 机电一体化技术是20世纪60年代后在传统的机械技术
基础上，随着电子技术、计算机技术，特别是自动控制技术、 信息技术及系统工程技术等的迅速发展而发展起来的一门新 技术。
“机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics”, 它 是 取 Mechanics （ 机 械 学 ） 的 前 半 部 分 和 Electronics （ 电 子学）的后半部分拼合而成的。
第1章 引论
第1章 引论
机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、 信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子 技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，从系统 的观点出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标， 对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、运动传 递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系 统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路 的有序信息流控制下，形成物质和能量的有规则运动， 在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多 种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。
5、控制及信息处理单元 处理、运算、决策，实现控制功能 要求：高可靠性、柔性、智能化
第1章 引论
图1-1 (a） 机电一体化系统的组成要素; (b） 机电一体化系统的功能
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 遵循四大原则：接口耦合、能量传递、信息传递、运动传递
第1章 引论
6、接口耦合与能量转换 （1）变换：通过接口完成信息或能量的统一的过程。
传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节,它 的功能越强,系统的自动化程度就越高。
第1章 引论
5、伺服传动技术 研究对象：执行元件及其驱动装置 执行元件种类：电动、液压、气压 驱动装置：各种电动机的驱动电源电路
6、 系统总体技术是一种从整体目标出发,用系统的观点和全
局角度,将总体分解成相互有机联系的若干单元,找出能完成各 个功能的技术方案,再对组成方案组进行分析、评价和优选的 综合应用技术。
机身、框架、机械联接等产品支持机构，实现构造功能 要求：可靠、小型、美观
2、动力与驱动部分
提供能量，转换成需要的形式，实现动力功能 要求：效率高、、适应性好、可靠性高
3、传感测试部分
检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能 要求：体积小、精度高、抗干扰能力强
第1章 引论
4、执行机构 包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成要求的 动作，实现主功能。 常用执行机构：机械、电磁、电液等机构
第1章 引论
3、自动控制技术 关于软件方面的技术，主要以控制理论为指导，对控制
系统设计、仿真、现场调试、可靠运行等 机电自动控制技术是机电一体化中的关键技术。
4、传感与检测技术 研究对象：传感器及其信号检测装置（即变送器） 作用：感受器官、反馈环节。 要求：快速、精确地获得信息并在相应的应用环境中
第1章 引论
• 机电一体化技术：从系统的观点出发，将机械技术 、微 电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机
地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。
• 机电一体化不是机械与电子
简单的叠加，而是在信息论、
控制论和系统论的基础上建 立起来的应用技术，特别是 微电子技术是其发展的物质 基础
第1章 引论 1.1.2 机电一体化系统的基本组成要素
CNC
位置,速 度反馈
位置,速度 检测单元
电机
数控机床伺服系统组成
机械 部件
第1章 引论
电子控制单元
参数变 化信息
检测传 感部分
控制 信息
执行器 能 量
检测 参数
驱 动 力
机械本体
动力源
第1章 引论
典型的机电一体化系统应包含以下几个基本要素： 1、机械本体
• 机电一体化技术：共性关键技术
第1章 引论 数控机床
第1章 引论
焊接机器人
第1章 引论
汽车防抱死系统(ABS)
第1章 引论
机电一体化产品的特点： 1、整体结构最优化（小型轻量） 2、系统控制的智能化（“傻瓜”相机） 3、操作性能柔性化（灵活性和适应性）
机电一体化技术与其他高新技术的关系： 1、机电一体化技术是其他高新技术发展的基础； 2、机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发展。
如：电动机、液压泵
第1章 引论
7、信息传递 系统控制单元作为智能组成要素,在软、硬件的 息控制的目的。 8、运动传递
运动传递是指运动各组成环节之间的不同类型运 动的变换与传输,如位移变换、速度变换、加速度变换 及直线运动和旋转运动变换等。运动传递还包括以运 动控制为目的的运动优化设计,以提高系统的伺服性能。
第1章 引论
1.1.3
1、机械技术 机械技术是机电一体化的基础。实现机电一体化产
品的主功能和构造功能，影响系统的结构、重量、体积、 刚性、可靠性等。 2、计算机与信息处理技术
主要完成信息的交换、存取、运算、判断和决策等. 其主要工具是计算机
传感器 A/D 计算机 D/A 执行装置
要求：信息处理速度快、运行可靠、抗干扰能力强
解决问题：系统的性能优化问题和组成要素之间的有机联 系问题, 使整个系统很好的协调的正常运行
相关内容：机械技术的优化设计、CAD/CAM技术、可靠性 设计、价值工程等
（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
如：电液阀
（3）耦合： 变换和放大后的信号必须遵循一致的时序、信 号格式和逻辑规范。接口具有保证信息的逻辑控制功能,使 信息按规定模式进行传递。 （4）能量转换：其执行元件包含了执行器和驱动器
电子学
机
械 机电一
学
体化
• 两个显著特征： １）系统的科学性 ２）学科综合性和技术集成性
信息科学
第1章 引论
• 机电一体化一般包含机电一体化产品(系统)和机电一体化 技术两层含义。
• 典型的机电一体化产品(系统)有： 加工制造业：数控机床、机器人 家用电器：洗衣机 航空航天设备：雷达、飞船 医疗仪器设备：CT、分析仪 汽车业： 其他：、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。
第1章 引论
第1章 引论
1.1 概述 1.2 机电一体化系统的设计 1.3 机电一体化的发展趋势
第1章 引论
1.1
1.1.1 引言 机电一体化技术是20世纪60年代后在传统的机械技术
基础上，随着电子技术、计算机技术，特别是自动控制技术、 信息技术及系统工程技术等的迅速发展而发展起来的一门新 技术。
“机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics”, 它 是 取 Mechanics （ 机 械 学 ） 的 前 半 部 分 和 Electronics （ 电 子学）的后半部分拼合而成的。
第1章 引论
第1章 引论
机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、 信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子 技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，从系统 的观点出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标， 对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、运动传 递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系 统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路 的有序信息流控制下，形成物质和能量的有规则运动， 在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多 种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。
5、控制及信息处理单元 处理、运算、决策，实现控制功能 要求：高可靠性、柔性、智能化
第1章 引论
图1-1 (a） 机电一体化系统的组成要素; (b） 机电一体化系统的功能
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 遵循四大原则：接口耦合、能量传递、信息传递、运动传递
第1章 引论
6、接口耦合与能量转换 （1）变换：通过接口完成信息或能量的统一的过程。
传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节,它 的功能越强,系统的自动化程度就越高。
第1章 引论
5、伺服传动技术 研究对象：执行元件及其驱动装置 执行元件种类：电动、液压、气压 驱动装置：各种电动机的驱动电源电路
6、 系统总体技术是一种从整体目标出发,用系统的观点和全
局角度,将总体分解成相互有机联系的若干单元,找出能完成各 个功能的技术方案,再对组成方案组进行分析、评价和优选的 综合应用技术。
机身、框架、机械联接等产品支持机构，实现构造功能 要求：可靠、小型、美观
2、动力与驱动部分
提供能量，转换成需要的形式，实现动力功能 要求：效率高、、适应性好、可靠性高
3、传感测试部分
检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能 要求：体积小、精度高、抗干扰能力强
第1章 引论
4、执行机构 包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成要求的 动作，实现主功能。 常用执行机构：机械、电磁、电液等机构
第1章 引论
3、自动控制技术 关于软件方面的技术，主要以控制理论为指导，对控制
系统设计、仿真、现场调试、可靠运行等 机电自动控制技术是机电一体化中的关键技术。
4、传感与检测技术 研究对象：传感器及其信号检测装置（即变送器） 作用：感受器官、反馈环节。 要求：快速、精确地获得信息并在相应的应用环境中
第1章 引论
• 机电一体化技术：从系统的观点出发，将机械技术 、微 电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机
地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。
• 机电一体化不是机械与电子
简单的叠加，而是在信息论、
控制论和系统论的基础上建 立起来的应用技术，特别是 微电子技术是其发展的物质 基础
第1章 引论 1.1.2 机电一体化系统的基本组成要素
CNC
位置,速 度反馈
位置,速度 检测单元
电机
数控机床伺服系统组成
机械 部件
第1章 引论
电子控制单元
参数变 化信息
检测传 感部分
控制 信息
执行器 能 量
检测 参数
驱 动 力
机械本体
动力源
第1章 引论
典型的机电一体化系统应包含以下几个基本要素： 1、机械本体
• 机电一体化技术：共性关键技术
第1章 引论 数控机床
第1章 引论
焊接机器人
第1章 引论
汽车防抱死系统(ABS)
第1章 引论
机电一体化产品的特点： 1、整体结构最优化（小型轻量） 2、系统控制的智能化（“傻瓜”相机） 3、操作性能柔性化（灵活性和适应性）
机电一体化技术与其他高新技术的关系： 1、机电一体化技术是其他高新技术发展的基础； 2、机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发展。
如：电动机、液压泵
第1章 引论
7、信息传递 系统控制单元作为智能组成要素,在软、硬件的 息控制的目的。 8、运动传递
运动传递是指运动各组成环节之间的不同类型运 动的变换与传输,如位移变换、速度变换、加速度变换 及直线运动和旋转运动变换等。运动传递还包括以运 动控制为目的的运动优化设计,以提高系统的伺服性能。
第1章 引论
1.1.3
1、机械技术 机械技术是机电一体化的基础。实现机电一体化产
品的主功能和构造功能，影响系统的结构、重量、体积、 刚性、可靠性等。 2、计算机与信息处理技术
主要完成信息的交换、存取、运算、判断和决策等. 其主要工具是计算机
传感器 A/D 计算机 D/A 执行装置
要求：信息处理速度快、运行可靠、抗干扰能力强
解决问题：系统的性能优化问题和组成要素之间的有机联 系问题, 使整个系统很好的协调的正常运行
相关内容：机械技术的优化设计、CAD/CAM技术、可靠性 设计、价值工程等