机电一体化系统设计课件

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承载、传递力 和运动,也有 外观、造型和 防护的作用。
输入输出
功能
2、测量模块
功能:采集有关系统状态和行为的信息; 组成:由传感器、调理电路、变换电路组成 输入:确定机械受控模块性能的物理变量,如:压力、
位移、速度等; 输出:被测量的特征值,如:电压、电流、相位等;
设计要求:不失真地反映被测物理量的时间变化曲线。 包含分辨率、精度、线性范围、动态响应特性等指标。
计思想。
答案: 11、微计算机模块在系统中负责处理由测量模块和接
口模块提供的信息。 12、机械系统可采用机电一体化方法加以简化。依靠
微计算机和执行器可以提供诸如轮廓、速度以及定 位控制任务的功能。
真题解析——问答题
( 13、4 ) ❖ 11.什么是非线性时变系统? ❖ 12.简述机械受控模块的定义与功能
3、工业机器人 它是另一类数控机器。它是可编程多自由度
的,用来通过一系列动作,搬运物料、零件、工 具,或者其他装置,以实现给定的任务。
功能:移动零件、加载NC机床、操作压铸 机、装配产品、焊接、喷漆、打毛刺、以及包装等功能。
1.2 典型机电一体化系统
工业机器人组成部件:主体结构、终端器、控制器
1.2 典型机电一体化系统
3、驱动模块
指有电动机及其驱动电路组成的技术模块。 作用:提供驱动力改变系统包含速度和方向
的运行状态,产生所希望的运动输出。
输入条件:控制器的输出指令设定
设计参数:运动形式、运动变量、额定力矩、电源功率、效率等
4、控制模块
通信模块、微计算机模块、软件模块和接口模块总合 为控制模块。
它的作用是:处理测量模块提供的信息、生成控制 指令,输出给驱动模块的执行部件电动机。
动顺序控制; (2)在某一时刻或一定时间间隔之后,开始或结束操作
的称为时间驱动顺序控制。
1.2 典型机电一体化系统
6、数控自动化制造系统 (1)柔性生产系统(FMS)
柔性制造系统是将计算机数控机床、工业机器人 以及自动引导车连接起来以适应加工成组产品。
1.2 典型机电一体化系统
(2)计算机集成制造系统(CIMS) 它是通过计算机网络,将计算机辅助设计、计算
置等组成的模块称
【A 】
❖ A.机械结构模块 B.测量模块
❖ C.驱动模块
D.接口模块
真题解析——选择题
❖ ( 05、4 )1、主要用于系统中各级间的信息传递 的模块称为【 】 B
❖ A.软件模块 B.接口模块 ❖ C.通信模块 D.驱动模块 ❖ ( 04、4 )1.由计算机网络将计算机辅助设计、
特点:体积和质量小、成本和能耗低、集 成度和智能化程度高。
1.3 系统结构与模块
现场
控制模块
驱动模块
测量模块
机械受控模块
环境
设计原则
1、机械受控模块
代表系统的机械结构,又称为执行模块
考虑刚度和强 度精度、惯量、 阻尼、最小和 外形美观灯设 计原则
输入:驱动模 块和环境; 输出:测量模 块接收,并转 化为电信号
机辅助规划以及计算机辅助制造,统一连接成一个大 系统,实现了全工厂的自动化。
1.2 典型机电一体化系统
7、微机电系统 微机电系统(MEMS)是电子和机械元件相结
合的微装置或系统,采用与集成电路兼容的批加 工技术制造,尺寸可以从毫米到微米量级范围变 化。这些系统结合传感和执行功能并进行运算处 理,改变了我们感知和控制物理世界的方式。
2、基本概念
❖ (1)系统 两个或两个以上事物组成相互依赖、相互作用、共
同完成某种特定功能或形成某种事物现象的一个统一 整体的总称。
❖ 实际应用:任何存在某种因果关系的一组物理元件称 为系统。
❖ 数学模型:描述决定系统输入和输出之间关系的数学 方程式。
❖ 可以分为静态的或动态的;线性或非线性;定常的或 者时变的,确定的或者随机的。
1.6 设计过程
3、可行性分析
从理论、技术和经济是三个方面评估。
4、编制设计任务书
5、初步设计——方案设计
工作内容(1)划分模块和子模块
(2)提出实现每个模块功能的技术方案
(3)对提出的方案中所含的主要元器件及其主要参 数进行预选和粗算。
6、方案设计评估与优化
7、详细设计和参数核算
8、完成全部设计文件
的系统称为 【 A 】 ❖ A.线性系统 B.时变系统 ❖ C.定常系统 D.随机系统
真题解析——选择题
❖ ( 11、4 )1、负责系统内部个模块之间信息传递 的模块称为【 C 】
❖ A.软件模块 B.接口模块 ❖ C.通信模块 D.驱动模块 ❖ ( 10、4 )1. 在系统中负责处理由测量模块和接
1.5 设计思想与方法
机电一体化系统设计的思想: ❖ 系统的设计思想
1、并行设计; 2、按系统工程的理论和方法分析处理问题; 3、多学科交叉进行设计; 4、掌握有关各领域信息资料; 5、以达到顾客满意的设计目标和评价标准为系统 设计的最终目标。
1.5 设计思想与方法
机和电融合的设计思想 如何处理”机”与”电”的关系? (1)替代机械系统 (2)简化机械系统 (3)增强机械系统 (4)综合机械系统
计算机辅助规划、计算机辅助制造联接成的系统称 为【 】 D ❖ A.顺序控制系统 B.自动引导车系统 ❖ C.柔性制造系统 D. 计算机集成制造系统
真题解析——选择题
❖ ( 03、4 )1.将计算机数控机床、工业机器人以
及自动引导车联接起来的系统称( C )
❖ A.顺序控制系统
B.计算机集成制造系统
4A革命 ❖ 机电一体化系统被广泛应用于工厂自动化、办公自
动化、家庭自动化以及社会服务自动化(4A革命)等 各种自动化环境条件下中。
(4)系统数学模型 ❖ 经典控制理论:传递函数 ❖ 现代控制理论:状态空间方程
1.2 典型机电一体化系统
❖ 典型的机电一体化系统包括: ❖ 机械手关节伺服系统; ❖ 数控机床; ❖ 工业机器人; ❖ 自动导引小车; ❖ 顺序控制系统; ❖ 数控自动制造系统; ❖ 微机电系统。
注重创新的设计思想
1.6 设计过程
机电一体化产品的设计流程如图1-15:
1.6 设计过程
1、市场调研、需求分析和技术预测 以设计模具加工中心为例,调研的主要内容:
(1)现有的模具技术 (2)现代模具加工装备的结构形式 (3)用户对开发设计新型模具加工中心的意见
和要求 (4)市场情况 (5)发展趋势
口模块提供信息的模块称 【 D】 ❖ A.软件模块 B.通信模块 ❖ C.驱动模块 D.微计算机模块
真题解析——选择题
❖ ( 12、4 )1.用于承载、传递力和运动的模块是 【 】A
❖ A.机械受控模块 B.驱动模块
❖ C.接口模块 D. 微计算机模块
❖ ( 09、4 )1.系统中用于提供驱动力改变系统运
❖ 20世纪80年代,高性能微处理器的应用——数控机 床、工业机器人
❖ 20世纪90年代,计算机网络和通信技术的应用—— 机械学科和信息学科融合
❖ 21世纪至今,多样化、个性化、柔性化、智能化— —微机电系统(MEMS)
1.1 机电一体化系统的发展及其基本概念
系统所涉及的设计理论:
❖ 整体最优化理论; ❖ 智能化设计理论——学习和自决策功能; ❖ 柔性化设计理论——软件代替硬件 ❖ 网络化设计理论——远程控制 ❖ 融合原理——异构产品的集成于融合 ❖ 可靠性原理——故障识别和保护
答案:
11、非线性时变系统是指随时间变化的并且不满足线性叠加原理 的系统。
12、机械受控模块又称为执行模块,包含机械传动、支承和支座 等,其主要作用是承载、传递力和运动,同时也起着外观、 造型和防护作用。
真题解析——问答题
( 12、4 ) ❖ 11.伺服系统的工作特点是什么? ❖ 12.简述通信模块及接口模块的作用。
调研的目的就是给设计的新产品有个明确的定位
1.6 设计过程
2、概念设计 产品的概念设计是实现产品创新的关键。概念设计本质上就是一个
产品的创新过程
概念设计就是确定设计任务和用简图形式表达的广义解。 概念设计的主要特性:
(1)创新性 (2)工艺可实现性 (3)多样性 (4)层次性 (5)避免不良结构性 (6)反复迭代性
通信模块 通讯模块功能是传递信息,实现系统内部、外部,
近程、远程通信。 实现的方法有:有线和无线
4、控制模块
微计算机模块 作用:在系统中负责处理由测量模块和接口模块提
供的信息。 输入参数:被测量的反馈量和与系统运行有关的设
定参数 输出:一部分决定驱动模块的工作状态;另一部分
供给接口模块的信息 设计要求:取决于原始的系统功能。
软件模块 软件模块包括系统的操作指令和预定指令的各种算法 接口模块 接口模块在系统内主要用于各级之间的信息传递
1.4 设计依据与评价标准
机电一体化系统的依据和评价指标: 1、系统功能
开发机电一体化产品的依据: (1)需求牵动; (2)技术推动(主要是市场导向,其次技术导
向) 2、性能指标 3、使用条件 4、社会经济效益
设计文件主要包括:(1)产品的全套图样
(2)产品零件明细表、备件表和装箱单
和检验
(3)产品使用说明书、维护说明书、检验标准
方法说明书等
真题解析——选择题
❖ ( 13、7 )(08、4)1、利用预先决定的指令控制 一系列加工作业的系统成为【 D 】
❖ A.自动引导车 B.伺服系统 ❖ C.工业机器人 D.数控系统 ❖ ( 13、4 )1.系统的输入输出满足线性叠加原理
4、自动导引车 自动导引车是另一种形式的移动工业机器人。他能
跟踪编程路径,在工厂内江一个零件从一个地方移动 到另一个地方。
1.2 典型机电一体化系统
5、顺序控制系统 顺序控制系统是按照预先规定的次序完一系列操作
的系统。
根据如何开始和终结操作可分为两类: (1)当某一事件发生时,开始或结束操作的称为事件驱
❖ 本书主要讨论的是线性、定常、确定性、动态系统。
( 2)机电一体化(Mechatronics)
❖ (2)机电一体化 Mechatronics=Mechanics+Electronics
❖ 涵义是机械与电子的集成技术。机电一体化是微 电子技术、信息技术的快速发展并向传统机械产品渗 透和融合的结果。
❖ (3)机电一体化系统 机电一体化系统是按照机电一体化方法设计出来
的机械与电子紧密结合的产品或制造系统。 即机电一体化系统应包括机电表体化产品和机电
一体化制造系统。
( 2)机电一体化(Mechatronics)
核心技术: 精密机械技术、传感检测技术、信息处理技术、自动 控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术。
行状态,产生所希望运动的模块称为 【 】
A
பைடு நூலகம்
❖ A.驱动模块
B.接口模块
❖ C .微计算机模块 D.测量模块
真题解析——选择题
( 07、4 )
1.受控变量是机械运动,如位置、速度及加速度
的一种反馈控制系统称为 【B 】
❖ A.数控机床
B.伺服系统
❖ C.自动导引车 D.顺序控制系统
❖ ( 06、4 ).有伺服放大器、执行机构、传动装
机电一体化系统设计
自学考试
第一章 概论
1 机电一体化系统的发展及其基本概念 2 典型机电一体化系统
系统结构与模块 3 4 设计依据与评价标准
设计思想与方法 5
设计过程 6
1.1 机电一体化系统的发展及其基本概念
1、机电一体化系统的发展
❖ 1971年日本学者提出——机械与电子的简单结合 (伺服技术)
答案:
11、伺服系统又称为随动系统,是一种反馈控制系统,受控变量 是机械运动,如位置、速度及加速度的一种反馈控制系统
12、通讯模块功能是传递信息,实现系统内部、外部,近程、远 程通信。接口模块主要用于系统中各级间的信息传递
真题解析——问答题
( 11、4 ) ❖ 11.机电一体化产品设计中需要贯彻哪些设计思想? ❖ 12.简述典型机电一体化系统中测量模块的功能及
❖ C.柔性制造系统
D.伺服系统
❖ ( 02、4 )1.受控变量是机械运动的一种反馈控
制系统称(
)B
❖ A.顺序控制系统 B.伺服系统
C.数控机床
D.工业机器人
真题解析——问答题
( 13、7 ) ❖ 11.简述典型机电一体化系统中微计算机模块的定
义与功能。 ❖ 12.简述机电一体化设计,“简化机械系统”的设
1.2 典型机电一体化系统
1、机械手关节伺服系统 伺服系统(Servo system):又称作随动系统,它
的受控变量是机械运动,如位置、速度及加速度。
1.2 典型机电一体化系统
2、数控机床 通过数字控制系统控制加工过程的机床。它是一种利
用预先决定的指令控制一系列加工作业的系统。
1.2 典型机电一体化系统
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