机电一体化第一章概论
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机电一体化1.概论
机电一体化1.概论第一篇：机电一体化1.概论1序言及概论序言一、对机电一体化技术的初步了解什么是机电一体化技术呢？机电一体化技术是在生产、制造机电一体化产品过程中使用的各种现代先进的技术。
那么哪些是机电一体化产品呢？日本学者高森年在他的著作中说：“当今世上只要是使人感到比较灵活、灵巧便利的机械都是基于机电一体化技术制造的，这样的说法毫不过分。
”因此可在自己感兴趣的领域想象。
实际上，机电一体化在家用电器、各种车辆、工厂设备、航天航空等各种领域、场所都得到了广泛的应用。
如家用照相机、全自动洗衣机、无人驾驶的汽车、全自动的玩具小车、工厂化流水线作业设备、航天器、火星探测器及机器人等。
综上所述，机电一体化产品是机械装置和电子装置的有机结合而形成的。
机电一体化技术是机械技术和电子技术等互相结合的各种技术的统称。
二、机电一体化产品的优越性列举出一系列实例后，这些机械都是机电一体化产品，由此可见机电一体化产品在各行各业都得到了非常广泛的应用。
随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化产品有逐步取代传统机电产品的趋势，这完全取决于机电一体化技术所存在的优越性和潜在的应用性能。
这些机电一体化产品，它们有哪些优越性呢？它比一般机械产品及传统机电产品突出的优越性具体体现在：（1）精度提高机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量。
数控机床的加工精度比一般手工操作的机床的加工精度大大提高。
（2）功能增强机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。
机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。
Get清风第一章 机电一体化概述 机电一体化概论 教学课件
6、系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放 式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁 和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现 之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、 DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系， 机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品 的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、 情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层 境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机 电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的 启发研制出来的。
目前机电一体化技术能为人们普遍接受的涵义是“机电一 体化乃是在机械的主功能、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设备以及相关软件有 机结合而构成的系统总称〞。
机电一体化不是机械技术和电子技术的简单叠加，而是将 电子设备的信息处理功能和控制功能“揉和〞到机械装置中去， 从而到达扬长避短、互为补充的目的，使机电一体化产品更具 有系统性、完整性和科学性。
1.1.3 机电一体化的开展趋势 机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多 学科的交叉综合，它的开展和进步依赖并促进相关技术的开展和 进步。因此，机电一体化的主要开展方向如下： 1、智能化 智能化是21世纪机电一体化技术开展的一个重要开展方向。人 工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控 机床的智能化就是重要应用。
机电一体化的开展大体可以分为三个阶段。20世纪60年 代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人 们自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。 20世纪70至80年代为第二阶段，可称为蓬勃开展阶段。这一 时期，计算机技术、控制技术、通信技术的开展，为机电一体 化的开展奠定了技术根底。
机电一体化概论
机电一体化概论第一章机电一体化概述2•机电一体化的发展趋势:智能化，模块化，网络化，微型化,绿色化，系统化.3•机电一体化的基本含义:机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进徽电子技术，并将机核装置与电子设备以及相关软件有机结合而构成的系统总称。
5•机电一体化的相关技术：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。
6.机电一体化系统的基本要素及其功能：8•机电一体化一词最早于1971年出现在日本。
它是取机械学的前半部和电子学的后半部拼合而成，但是，机电一体化并非机械技术和电子技术的简单叠加，而是有着自身体系的新型学科。
第二章机电一体化的相关技术L机电一体化系统中的机械系统：传动部分、导向机构、执行机构、轴系、机座或机架。
2.机电一体化中机械系统的基本要求：高精度、小惯量、大刚度、快速响应性、良好的稳定性。
9•传感器的定义：传感器是一种能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用的输出信号的器件或装置。
13•常见的接近开关及其应用：电涡式接近开关（金属）、电容式接近开关（导体和非导体）、霍尔接近开关（磁性物件）、光电开关：透射型，反射型（统计产量，检测包装，精确定位等）。
16.在控制系统中根据系统信号相对于时间的连续性，通常分为连续时间系统和离散时间系统（连续系统和离散系统）。
18•计算机控制系统的类型及计算机担当的角色：操作指导控制系统（助手）、宜接数字控制系统（DDC,决策者，操作者）、监督计算机控制系统（SCC, 操作指导系统与DDC系统的综合与发展，决策人）、分级控制系统、集散控制系统（DCS）、工厂自动化（FA）系统。
25•接口的分类（1）根据接口的变换和调整功能特征：零接口、被动接口、主动接口、智能接口。
（2）根据接口的输入\输出功能的性质：信息接口、机械接口、物理接口、环境接口。
（3）按照所联系的子系统不同：人机接口、机电接口。
机电一体化技术目录
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第4章检测技术与传感器 4 .1概述 4 .2位移检测 4. 3速度、加速度检测 4. 4力、扭矩和流体压强检测 4. 5其他传感器 4. 6传感器的正确选择和使用 4 .7传感器前级信号处理 4. 8传感器接口技术
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第5章伺服控制系统 5.1概述 5.2执行元件 5.3电力电子变流技术和PWM型化的定义 1. 2机电一体化系统的基本构成 1. 3机电一体化相关技术 1.4机电一体化系统的设计 1.5机电一体化技术的发展历程和发展趋势
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第2章机械技术 2.1概述 2.2机械传动 2.3支承部件 2.4导轨副
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第3章自动化控制技术 3. 1自动控制技术概述 3. 2 PID控制技术 3 .3模糊控制理沦 3 .4计算机控制系统 3. 5先进控制方法简介
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第6章接口技术 6. 1接口技术概述 6. 2人机交互接口技术 6. 3模拟量输人/输出通道接口技术 6 .4总线接口技术
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第7章典型机电一体化系统 7.1机器人 7.2数控机床 7.3雷达跟踪系统 7.4自动化制造系统
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第4章检测技术与传感器 4 .1概述 4 .2位移检测 4. 3速度、加速度检测 4. 4力、扭矩和流体压强检测 4. 5其他传感器 4. 6传感器的正确选择和使用 4 .7传感器前级信号处理 4. 8传感器接口技术
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第5章伺服控制系统 5.1概述 5.2执行元件 5.3电力电子变流技术和PWM型化的定义 1. 2机电一体化系统的基本构成 1. 3机电一体化相关技术 1.4机电一体化系统的设计 1.5机电一体化技术的发展历程和发展趋势
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第2章机械技术 2.1概述 2.2机械传动 2.3支承部件 2.4导轨副
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第3章自动化控制技术 3. 1自动控制技术概述 3. 2 PID控制技术 3 .3模糊控制理沦 3 .4计算机控制系统 3. 5先进控制方法简介
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第6章接口技术 6. 1接口技术概述 6. 2人机交互接口技术 6. 3模拟量输人/输出通道接口技术 6 .4总线接口技术
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第7章典型机电一体化系统 7.1机器人 7.2数控机床 7.3雷达跟踪系统 7.4自动化制造系统
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机电一体化概论
1.1机电一体化的定义和基本概念(2)
■ [例1-1]机械手 组织教学 建议：①参观机械手及其动作，结合讲授。 ②重点介绍机电一体化共性的各关键技术及其含义。
1.2机电一体化系统的基本结构和功能 (1)
■ 基本结构：机械部分、控制及信息处理部分、动力部分、传感检测部分、驱动部 分等五个部分(或系统)。
3.5全自动洗衣机
■ 简介： 全自动洗衣机是广泛应用于家用电器中典型的机电一体化设备。
■ 种类： 波轮式、滚筒式、搅拌式等。 洗衣基本原理 基本结构： 洗涤系统、给排水系统、脱水系统、电动机与传动系统、控制系统、箱体与支撑机构 等。
3.5全自动洗衣机
■ 新型洗衣机----模糊洗衣机 几个概念：模糊逻辑、控制原理、模糊控制推理系统、推理规则等。 组织教学 建议：在教学中尽量多结合实际例子或实物进行讲授。
2.7接口技术(1)
■ 概念： 接口----指将机电一体化系统的各部分连接起来的连接电路。 设置接口电路的原因。 接口电路的主要作用、功能。 接口电路的类型：人机接口与机电接口两大类。
2.7接口技术(1)
■ 人机接口-----指人与计算机之间建立联系、实现交换、传输信息的输入/输出设备 的控制电路。 两个任务：信息形式的转换和信息传输的控制。 机电接口---指计算机与机械装置或设备之间联系的控制电路。
■ 组织教学 建议：①结合[例1-2]平面关节型机械手，重点掌握机电一体化系统的结构。 ②结合实物----机械手，介绍机电一体化系统的结构。
1.3机电一体化产品(系统)的种类
■ 按功能来划分： 数控机械类；电子设备类；机电结合类；信息处理类；其它类。
■ 按用途来划分： 生产用类；运输、包装及工程用类；存储、销售用类；社会服务性用类；家庭用 类；科研及பைடு நூலகம்程控制用类；其它用类。 组织教学 建议：在教学中结合日常生活和工作的实际例子进行讲授。
第一章 概论-机电一体化
机电一体化设计时优先满足利用率最高的功能要 求，然后再在成本允许的条件下考虑其它功能要求。需 要综合应用各项共性关键技术才能完成。
机电一体化产品设计一般可分为三种类型： 开发性设计 一个从无到有的创造过程，是在没有
任何样板可供参考的情况下，根据功能和性能要求所进 行的设计。
要求：设计者具备敏锐的市场洞察力、丰富的想象 力和广泛而扎实的基础理论知识。
第五节 机电一体化共性关键技术
二、检测传感技术
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：能快速、精确地获得信息并在相应的应 用环境中具有高可靠性。
第五节 机电一体化共性关键技术
三、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。
其中，机电一体化产品五大要素及功能如图1-2所示。
第四节 机电一体化产品的分类
机电一体化产品可划分为功能附加型、功能替 代型和机电融合型三类。
1．功能附加型产品：主要特征是在原有机械产 品基础上，采用微电子技术，使产品功能增加和增 强，性能得到适当的提高。经济型数控机床、电子 秤、数显量具、全自动洗衣机等都属于这一类机电 一体化产品。
系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工 程的观点和方法，将系统各个功能模块有机的结合 起来，以实现整体最优。其重要内容为接口技术。 接口包括电气接口、机械接口、人机接口。
第六节 机电一体化设计及其工程路线
机电一体化设计突出体现在两个方面：一方面，当 产品的某一功能单靠某一种技术无法 实现时，必须进 行机械与电子及其它多种技术有机结合的一体化设计； 另一方面，当产品某一功能的实现有多种可行的技术方 案时，也必须应用机电了体化技术对各种技术方案进行 分析和评价，选择最优的技术方案。因此，机电一体化 设计必须充分考虑各种技术方案的等效性、互补性及可 比性。
机电一体化产品设计一般可分为三种类型： 开发性设计 一个从无到有的创造过程，是在没有
任何样板可供参考的情况下，根据功能和性能要求所进 行的设计。
要求：设计者具备敏锐的市场洞察力、丰富的想象 力和广泛而扎实的基础理论知识。
第五节 机电一体化共性关键技术
二、检测传感技术
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：能快速、精确地获得信息并在相应的应 用环境中具有高可靠性。
第五节 机电一体化共性关键技术
三、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。
其中，机电一体化产品五大要素及功能如图1-2所示。
第四节 机电一体化产品的分类
机电一体化产品可划分为功能附加型、功能替 代型和机电融合型三类。
1．功能附加型产品：主要特征是在原有机械产 品基础上，采用微电子技术，使产品功能增加和增 强，性能得到适当的提高。经济型数控机床、电子 秤、数显量具、全自动洗衣机等都属于这一类机电 一体化产品。
系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工 程的观点和方法，将系统各个功能模块有机的结合 起来，以实现整体最优。其重要内容为接口技术。 接口包括电气接口、机械接口、人机接口。
第六节 机电一体化设计及其工程路线
机电一体化设计突出体现在两个方面：一方面，当 产品的某一功能单靠某一种技术无法 实现时，必须进 行机械与电子及其它多种技术有机结合的一体化设计； 另一方面，当产品某一功能的实现有多种可行的技术方 案时，也必须应用机电了体化技术对各种技术方案进行 分析和评价，选择最优的技术方案。因此，机电一体化 设计必须充分考虑各种技术方案的等效性、互补性及可 比性。
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。
机电一体化概论
四、计算机辅助工程
计算机辅助工程（CAE）是采用CAE技术以 及有限元分析发，可实现对质量、体积、
惯性力矩、强度等计算分析；对产品的运 动精度，动、静态特征等的性能分析；对 产品的应力、变形等的结构分析。
五、并行工程
并行工程是集成地、并行地设计产品及其 部件和相关各种过程的一种系统工作模式。
律、分析方法和自控系统的构造等。 三、机电一体化技术的特点 机电一体化技术具有以下特点： 1、体积小、重量轻
2、速度快、精度高 3、可靠性高 4、柔性好
由于机电一体化技术的上述特点，使其机 电一体化产品具有节能、高质、高效、低 成本的共性，从而产生一系列过去不可想 象的新产品。
管理信息系统（MIS）、物料需求计划（MRP） 制造资源计划(MRP)等。
从狭义上来讲，先进制造是指各种计算机辅助制 造设备和计算机集成制造系统。
生产过程中机电一体化所包括的内容： 一、计算机的辅助设计
计算机的辅助设计是在计算机硬件与软件的支撑 下，通过对产品的描述、造型、系统分析、优化、 仿真和图形处理的研究，使计算机辅助完成产品 的全部设计过程，最后输出满意的设计结果和产 品图形。
为系统提供能量和动力。使系统正常运行。 （4）传感器（检测要素） 传感器是将被测对象的状态、性质等信息
转换为一定的物理量或者化学量。 （5）计算机控制装置（控制要素） 为达到一定的目的而实行的适当的操作成
为控制。
6、接口
机电一体化系统由许多要素或子系统构成， 各子系统之间必须能顺利进行物质、能量 和信息的传递与交换，为此各要素或子系 统相接处必须具备一定的联系部件，这个 部件称为接口，其基本功能主要有三个：1、 交换，需要进行信息交换和传输之间，2、 放大，在两个信息强度相差悬殊的环节间， 经接口放大，达到能量的匹配；
计算机辅助工程（CAE）是采用CAE技术以 及有限元分析发，可实现对质量、体积、
惯性力矩、强度等计算分析；对产品的运 动精度，动、静态特征等的性能分析；对 产品的应力、变形等的结构分析。
五、并行工程
并行工程是集成地、并行地设计产品及其 部件和相关各种过程的一种系统工作模式。
律、分析方法和自控系统的构造等。 三、机电一体化技术的特点 机电一体化技术具有以下特点： 1、体积小、重量轻
2、速度快、精度高 3、可靠性高 4、柔性好
由于机电一体化技术的上述特点，使其机 电一体化产品具有节能、高质、高效、低 成本的共性，从而产生一系列过去不可想 象的新产品。
管理信息系统（MIS）、物料需求计划（MRP） 制造资源计划(MRP)等。
从狭义上来讲，先进制造是指各种计算机辅助制 造设备和计算机集成制造系统。
生产过程中机电一体化所包括的内容： 一、计算机的辅助设计
计算机的辅助设计是在计算机硬件与软件的支撑 下，通过对产品的描述、造型、系统分析、优化、 仿真和图形处理的研究，使计算机辅助完成产品 的全部设计过程，最后输出满意的设计结果和产 品图形。
为系统提供能量和动力。使系统正常运行。 （4）传感器（检测要素） 传感器是将被测对象的状态、性质等信息
转换为一定的物理量或者化学量。 （5）计算机控制装置（控制要素） 为达到一定的目的而实行的适当的操作成
为控制。
6、接口
机电一体化系统由许多要素或子系统构成， 各子系统之间必须能顺利进行物质、能量 和信息的传递与交换，为此各要素或子系 统相接处必须具备一定的联系部件，这个 部件称为接口，其基本功能主要有三个：1、 交换，需要进行信息交换和传输之间，2、 放大，在两个信息强度相差悬殊的环节间， 经接口放大，达到能量的匹配；
机电一体化(张友旺)：第1章 概论
1.1 基本概念
一
机电一体化技术：基于系统的观点，将
体 机械 、微电子、信息与控制等技术有机地加
化 以综合，实现整个系统最佳化的一门新科学
第 技术。
一
章
机电一体化不是机械
电子学
与电子简单的叠加，而 概 是在信息论、控制论和
机
械 机电一
学
体化
系统论的基础上有机结
合而建立起来的应用技术 论
信息与控 制科学
第 靠运行等方面的内容。 一 4、伺服驱动技术 章 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
概 驱动装置：各种执行元件的驱动电源电路
5、机械技术
实现机电一体化产品的主功能和构造功能，影响
论 系统的结构、重量、体积、刚性、可靠性等。
机 1.4 共性关键技术
电
一 6、系统总体技术
体
机
电
一
体
机电一体化技术
化
第
一
章
中南大学机电工程学院 概
张友旺
论
机
电
第一章 概论
一
体 化
1.1 机电一体化基本概念
第
1.2 机电一体化发展概况
一 1.3 机电一体化系统的构成
章
1.4 机电一体化共性关键技术
1.5 机电一体化系统设计
概 1.6 机电一体化对机械工业的影响
1.7 机电一体化的发展
论
机 电
和手段，根据历史资料和现状，通过定性的经验分
概 析或定量的科学计算，对市场未来的不确定因素和
条件做出预计、测算和判断，为产品的方案设计提
论 供依据。
机 电
1.5 机电一体化系统设计
机电一体化技术--概论部分
3、1971年，日刊工业新闻社发行《机电一体化入门》 和《机电一体化》月刊，专门刊载机电一体化新产品。
4、1976年，机电一体化正式命名 “メカトロニケス” (Mechatronics、机电一体化）。
5、1971到1978年日本政府颁发“机电法”和“机信 法”，对机电一体化的发展起到积极推动作用。
1.内涵：信息的变换、存取、运算、判断和决 策；计算机的软件技术和硬件技术、网络与 通信技术、数据库技术等。此外，人工智能 技术、专家系统技术、神经网络技术等也属 于该范畴。 2.作用：是促进机电一体化技术发展和变革的 最活跃的因素。
三、检测与传感器技术
1.内涵：研究如何将各种物理量转换成与之成比 例的电量；研究对转换的电信号的加工处理。 2.作用：传感与检测装置是机电一体化系统的 感觉器官，它与信息系统的输入端相连，并将 检测到的信号输送到信息处理部分，是实现自 动控制、自动调节的关键环节。
从20世纪90年代后期开始为第三阶段。 ——“智能化阶段”
1、六十年代，日本通产省为扩大机械功能，在机械 上采用电气和电子技术，曾结合数控机床做过不少 实验，但末能获得成功。 2、七十年代，微电子技术成熟，微机商品化，大规模 集成电路问世，构成微机的基本单元CPU、ROM、RAM和 接口电路已经模块化，自己"制造"计算机成为可能。 机电一体化得以现实。
输出 控制
CNC程序
人（操作）
结论：有五种内部功能。
主 功 能：实现系统目的功能直接必需的功能，主要是对物质、 能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。 动力功能：向系统提供动力、让系统得以运转的功能。 检测功能：获取系统内、外部信息的功能。 控制功能：对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施目的 功能。 构造功能：使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和 空间上的相互关系所必须的功能。
机电一体化讲议
C、信息处理技术
信息处理设备：包括计算机主机或可编 程控制器及其配套输入输出设备、显示 器和外部存储器。 存在问题：重量、处理速度、可靠性、 抗干扰及标准化。
D、驱动技术
动力源：液压、气动、电动三种 前两种驱动系统比较复杂。包括：泵、阀、油 缸（气缸）、过滤器、管路等。目前存在着功 能、可靠性、标准化以及减轻重量、减小体积 等问题。 电动机作为驱动机构已被广泛采用，但目前在 快速响应和效率等方面还存在一些问题，不能 满足要求。今后有待于研制内装编码器的电动 机以及控制专用组件、传感器、电动机三为一 体的伺服驱动单元。
E、接口技术
定义：将机电一体化产品各组成部分连 接起来的元件就是接口。 接口标准化：不仅给信息传送和维修上 带来方便，而且可以简化设计。 今后方向：研制成本低、高速串行接口， 解决信号电缆非接触化，光导纤维以及 光耦合器的大容量化、小型化、标准化 等问题，积极引进光信号传输技术。
F、软件与综合技术Leabharlann 、节约能源
机电一体化的产品，可以节约材料、节 约能源。例如： 我国目前各类电风扇的调整器为电磁机 械式，如果用电子式调整器每年全国可 节约电600万度； 汽油机电子点火； 液压挖掘机电子节能。
E、改善操作
机电一体化产品采用计算机控制，具有 数字显示，减少了操作按扭及手柄，具 有程序控制等功能，因而可以改善设备 操作性能，减少训练操作人员时间。
软件与硬件如同一辆车子的两个轮子， 必须协调一致地发展，如果失去平衡车 子就无法前进。 软件标准化：减少研制成本，提高维修 效率。包括：子程序标准化、程序模块 化、软件程序的固化等。 关键问题：数据库的建立，作业描述语 言的开发，语言理解、文字理解软件等。
《机电一体化技术 》课件_第1章
机电一体化技术在制造业的应用从一般的数控机床、加 工中心和机械手发展到智能机器人、柔性制造系统(FMS)、 无人生产车间和将设计、制造、销售、管理集于一体的计算 机集成制造系统(CIMS)。机电一体化产品涉及工业生产、科 学研究、人民生活、医疗卫生等各个领域，如集成电路自动 生产线、激光切割设备、印刷设备、家用电器、汽车电子化
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 思考题
1.1 概
1.1.1
机电一体化技术是20世纪60年代以来，在传统的机械技 术基础上，随着电子技术、计算机技术特别是微电子技术#,
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，以智能、动力、结构、 运动和感知等组成要素为基础，对各组成要素及相互之间的 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。
3. 传感测试部分 传感测试部分的功能是对系统运行中所需要的本身和外 界环境的各种参数及状态进行检测，生成相应的可识别信号， 传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信 息。这一功能一般由专门的传感器及转换电路完成。
4. 执行机构 执行机构的功能是根据控制信息和指令，完成要求的动 作。执行机构是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机 构。根据机电一体化系统的匹配性要求，执行机构需要考虑 改善系统的动、静态性能，如提高刚性、减小重量和保持适 当的阻尼，应尽量考虑组件化、标准化和系列化，以提高系 统的整体可靠性等。
机电一体化技术-第01章 概论
仿真、现场调试、可靠运行等从理论到实践的 整个过程。由于被控对象种类繁多，所以控制 技术的内容极其丰富，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
自动控制技术的难点在于自动控制理论的工程化与实用化，这 是由于现实世界中的被控对象往往与理论上的控制模型之间存在较大差 距，使得从控制设计到控制实施往往要经过多次反复调试与修改，才能 获得比较满意的结果。
产品的各功能单元通过接口联接成一个有机的整体。接口包括电气接 口、机械接口、人—机接口。电气接口实现系统间电信号连接；机械 接口则完成机械与机械部分、机械与电气装置部分的连接；人—机接 口提供了人与系统间的交互界面。
第五节 机电一体化系统设计
Mechatronics System Design
机电一体化系统是从简单的机械产品发展而 来，其设计方法、程序与传统的机械产品类似， 一般要经过市场调查、方案设计、详细设计、样 机试制、小批量生产和正常生产几个阶段。
机电一体化产品:
(product of Mechatronics)
是由机械系统（或部件）与电子系统（或部件）及信息处理单元（硬 件和软件）有机结合、而赋予了新功能和新性能的高科技产品。
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
第二节 机电一体化发展概况
机电一体化技术的发展 ：分为萌芽阶段、快 速发展阶段和智能化阶段三个阶段。
系统总体技术 System overall technology 是一种从整体目标出发，用系统工程的
观点和方法，将系统总体分解成相互有机联系 的若干功能单元，并以功能单元为子系统继续 分解，直至找到可实现的技术方案，然后再把 功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价 和优选的综合应用技术。
自动控制技术的难点在于自动控制理论的工程化与实用化，这 是由于现实世界中的被控对象往往与理论上的控制模型之间存在较大差 距，使得从控制设计到控制实施往往要经过多次反复调试与修改，才能 获得比较满意的结果。
产品的各功能单元通过接口联接成一个有机的整体。接口包括电气接 口、机械接口、人—机接口。电气接口实现系统间电信号连接；机械 接口则完成机械与机械部分、机械与电气装置部分的连接；人—机接 口提供了人与系统间的交互界面。
第五节 机电一体化系统设计
Mechatronics System Design
机电一体化系统是从简单的机械产品发展而 来，其设计方法、程序与传统的机械产品类似， 一般要经过市场调查、方案设计、详细设计、样 机试制、小批量生产和正常生产几个阶段。
机电一体化产品:
(product of Mechatronics)
是由机械系统（或部件）与电子系统（或部件）及信息处理单元（硬 件和软件）有机结合、而赋予了新功能和新性能的高科技产品。
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
第二节 机电一体化发展概况
机电一体化技术的发展 ：分为萌芽阶段、快 速发展阶段和智能化阶段三个阶段。
系统总体技术 System overall technology 是一种从整体目标出发，用系统工程的
观点和方法，将系统总体分解成相互有机联系 的若干功能单元，并以功能单元为子系统继续 分解，直至找到可实现的技术方案，然后再把 功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价 和优选的综合应用技术。
机电一体化技术ppt课件
n 2．方案的评价对多种构思和多种方案进行筛选， 选择较好的可行方案进行分析组合和评价，从中
再选几个方案按照机电一体化系统设计评价原则
和评价方法进行深入的综合分析评价，最后确定 实施方案。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5 机电一体化系统设计
n 一、市场调研 n 二、总体方案设计 n 三、详细设计 n 四、样机试制与试验 n 五、小批量生产 n 六、大批量生产
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5 机电一体化系统设计
四、样机试制与试验
n 完成产品的详细设计后，即可进入样机试制与 试验阶段。根据制造的成本和性能试验的要求， 一般制造几台样机供试验使用。样机的试验分为 实验室试验和实际工况试验，通过试验考核样机 的各种性能指标是否满足设计要求，考核样机的 可靠性。如果样机的性能指标和可靠性不满足设 计要求，则要修改设计，重新制造样机，重新试 验。如果样机的性能指标和可靠性满足设计要求， 则进入产品的小批量生产阶段。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.4
共性关键技术
1、检测传感技术
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：能快速、精确地获得信息并在相应的应 用环境中具有高可靠性。
1.5 机电一体化系统设计
机电一体化系统设计第一章概论
17
第一章 概 论
第二节 机电一体化系统的基本构成 图1-5 机电一体化系统的评价内容
18
第一章 概 论
第二节 机电一体化系统的基本构成 图1-6工业三大要素与机电一体化三大效果
19
第一章 概 论 第三节 机电一体化产品的分类
到目前为止，机电一体化产品还在不断地发展，很难进行正确地分类。下 面按其用途和功能两个方面进行粗略地分类，就可看到机电一体化产品的概 貌。
其主要参数有：系统误差、外扰、废弃输出、变换效率。
7
第一章 概 论
第二节 机电一体化系统能构成、原理
二 机电一体化系统的功能构成
1、主功能
以物料搬运、加工为主，输入物质（原料、毛坯等）、能量（电能、液能、 气能等）和信息（操作及控制指令等），经过加工处理，主要输出改变了位 置和形态的物质的系统（或产品），称为加工机。例如：各种机床（切削、 锻压、铸造、电加工、焊接设备、高频淬火等）、交通运输机械、食品加工 机械、起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。
20
第一章 概 论 第三节 机电一体化产品的分类
3
第一章 概 论
第一节 机电一体化的基本含义
*重点介绍机电一体化概念
三、德国的精密工程技术的定义
图1-1 精密工程技术的含义
精密工程技术定义为光、机、电一体化的综合技术，并用图1-1 来说明其含义。它包括
机械（含液压、气动及微机械）、电工与电子、光学，二者相互 组合电工与电子机械、光电子技术与光学机械，其核心技术为精 密工程技术。
机电一体化系统要素
控制器（计算机等） 检测传感器 执行元件 动力源 机构
功能
控制（信息存储 处理 传送） 计测（信息收集与变换） 驱动（操作） 提供动力（能量） 构造
第一章 概 论
第二节 机电一体化系统的基本构成 图1-5 机电一体化系统的评价内容
18
第一章 概 论
第二节 机电一体化系统的基本构成 图1-6工业三大要素与机电一体化三大效果
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第一章 概 论 第三节 机电一体化产品的分类
到目前为止，机电一体化产品还在不断地发展，很难进行正确地分类。下 面按其用途和功能两个方面进行粗略地分类，就可看到机电一体化产品的概 貌。
其主要参数有：系统误差、外扰、废弃输出、变换效率。
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第一章 概 论
第二节 机电一体化系统能构成、原理
二 机电一体化系统的功能构成
1、主功能
以物料搬运、加工为主，输入物质（原料、毛坯等）、能量（电能、液能、 气能等）和信息（操作及控制指令等），经过加工处理，主要输出改变了位 置和形态的物质的系统（或产品），称为加工机。例如：各种机床（切削、 锻压、铸造、电加工、焊接设备、高频淬火等）、交通运输机械、食品加工 机械、起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。
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第一章 概 论 第三节 机电一体化产品的分类
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第一章 概 论
第一节 机电一体化的基本含义
*重点介绍机电一体化概念
三、德国的精密工程技术的定义
图1-1 精密工程技术的含义
精密工程技术定义为光、机、电一体化的综合技术，并用图1-1 来说明其含义。它包括
机械（含液压、气动及微机械）、电工与电子、光学，二者相互 组合电工与电子机械、光电子技术与光学机械，其核心技术为精 密工程技术。
机电一体化系统要素
控制器（计算机等） 检测传感器 执行元件 动力源 机构
功能
控制（信息存储 处理 传送） 计测（信息收集与变换） 驱动（操作） 提供动力（能量） 构造
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理的功能。 控制功能： 对整个系统进行控制，使系统正常运转以实施
“目的功能”。 构造功能 ：使构成系统的子系统及元、部件维持所
定的时间和空间上的相互关系所必需的 功能
机电一体化第一章概论
16
机电一体化系统的五种内部功能
机电一体化第一章概论
17
机电一体化系统（产品）的 内部功能
主功能 动力功能 控制功能 构造功能 计测功能
机电一体化第一章概论
6
第二节 优先发展机电一体化的 领域及其共性关键技术
优先发展的机电一体化领域必须同时具备下述几个 条件：
①短期或中期普遍需要； ②具有显著的经济效益 ； ③具备或经过短期努力能具备必需的物质技术基础； ④社会效益十分显著的领域 。
机电一体化第一章概论
7
机电一体化技术内部联系与外 部影响
2）无源接口。只用无源要素进行变换、调整的接口，称为无源 接口。例如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻器以及透镜 等。
3)有源接口。含有有源要素、主动进行匹配的接口，称为有源 接口。例如电磁离合器、放大器、光电耦合器、D/A转换器、A/D转 换器以及力矩变换器等。
4)智能接口。含有微处理器，可进行程序编制或可适应性地改 变接口条件的接口，称为智能接口。 例如自动变速装置， 通用 输入／输出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB总线、STD总线等。
机电一体化第一章概论
23
根据输入／输出功能可分 成以下四种广义接口：
第一章 概 论
第一节 机电一体化时代与机电一体化技术革命 第二节 优先发展机电一体化的领域及其共性关键技术 第三节 机电一体化系统构成要素及功能构成 第四节 机电一体化系统构成要素之间的连接 第五节 机电一体化系统的评价 第六节 机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型 第七节 机电一体化系统的设计流程 第八节 机电一体化工程与系统工程 第九节 机电一体化系统的设计程序、准则与规律 第十节 机电一体化系统的开发工程与现代设计方法
机电一体化系统 组成要素
控制器(计算机等) 执行元件
检测传感器 动力源 机构
人体 组成要素
大脑 驱动(操作) （肌肉伸缩） 五种感官 内脏提供能量
骨架
机电一体化第一章概论
12
系统
（产品） 基 本 构 成
机电一体化第一章概论
13
功能构成
根据不同的使用目的，要求系统能对输入 的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某一 处理，输出所需要的物质、能量和信息。
机电一体化第一章概论
20
构成要素之相互联系
机电一体化第一章概论
21
广义的接口功能有 两种
（一） 变换、调整功能 （二 ） 输入／输出功能
1) 零接口 2) 无源接口 3) 有源接口 4) 智能接口
机电一体化第一章概论
22
根据接口的变换、调整功能，可将接口 分成以下四种：
1)零接口。不进行任何变换和调整、输出即为输入等，仅起连 接作用的接口，称为零接口。例如输送管、接插头、接插座、接线 柱、传动轴、导线、电缆等。
机电一体化第一章概论
4
“机电一体化技术革命”
“将微型计算机等微电 子技术用于机械并给机械
以智能的技术革新潮流 ”
机电一体化第一章概论
5
机电一体化的“目的”
是使系统(产品)高附加价值化， 即多功能化、高效率化、高可靠化、 省材料省能源化，并使产品结构向 轻、薄、短、小巧化方向发展，不 断满足人们生活的多样化需求和生 产的省力化、自动化需求。
机电一体化第一章概论
18
CNC机床的内部功能构成
机电一体化第一章概论
19
第四节 机电一体化系统构成 要素的相互连接
机电一体化系统由许多要素或子系统 构成，各要素或子系统之间必须能顺利进行 物质、能量和信息的传递与交换。为此，各 要素或各子系统相接处必须具备一定的联系 条件，这些联系条件就可称为接口 （interface）。
机电一体化第一章概论
2
“机电一体化”含义
较为人们所接受的含义： “机电 一体化是在机械的主功能、动力功能、 信息功能和控制功能上引用微电子技 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”
机电一体化第一章概论
3
“机电一体化时代”
以微型计算机为代表的微 电子技术逐步向机械领域渗透， 并与机械技术有机地结合，为 机械增添了“头脑”，增加了新 的功能和性能，从而进入以机 电有机结合为特征的“机电一 体化时代”。
机电一体化第一章概论
10
第三节 机电一体化系统 构成要素及功能构成
构成要素
机电一体化系统（产品）由 机械系统(机构)、 电子信息处理系统(计算机)、 动力系统(动力源)、 传感检测系统(传感器)、 执行元件系统(如电动机)
五个子系统组成 。
机电一体化第一章概论
11
机电一体化系统要素与人体组成要素
思考题和习题
机电一体化第一章概论
1
第一节 机电一体化时代 与机电一体化技术革命
“机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等 各相关技术有机结合的一种新形式，是电子技术向机械技 术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。
关于“机电一体化”(Mechatronics)这个名词的起源， 说法很多，早在197l年，日本≪机械设计≫杂志副刊就提 出了“Mechatronics”这一名词，1976年以广告为主的日本 杂志Mechatronics design news开始使用，其中的 “Mechatronics”是Mechanics(机械学)与 E1ectronics (电 子学)组合而成的日本造英语。
机电一体化第一章概论
8
发展机电一体化技术与产品 的支持系统
机电一体化第一章概论
共性关键技术
优先发展的系统 (或产品）领域实现机 电一体化,必须解决这些系统 采用微电子技 术所面临的共性关键技术，这些共性关键 技术有检测传感技术、信息处理技术、伺 服驱动技术、自动控制技术、精密机械技 术及系统总体技术等。
“目的功能” : （1）变换(加工、处理)功能； （2）传递(移动、输送)功能； （3）储存(保持、积蓄、记录)功能。
机电一体化第一章概论
14
系统目的功能
机电一体化第一章概论
15
系统的五种内部功能
主 功 能： 实现系统“目的功能”直接必需的功能 。 动力功能： 向系统提供动力、让系统得以运转的功能 。 计测功能： 对系统内部信息和外部信息进行检测与计算处
“目的功能”。 构造功能 ：使构成系统的子系统及元、部件维持所
定的时间和空间上的相互关系所必需的 功能
机电一体化第一章概论
16
机电一体化系统的五种内部功能
机电一体化第一章概论
17
机电一体化系统（产品）的 内部功能
主功能 动力功能 控制功能 构造功能 计测功能
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第二节 优先发展机电一体化的 领域及其共性关键技术
优先发展的机电一体化领域必须同时具备下述几个 条件：
①短期或中期普遍需要； ②具有显著的经济效益 ； ③具备或经过短期努力能具备必需的物质技术基础； ④社会效益十分显著的领域 。
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7
机电一体化技术内部联系与外 部影响
2）无源接口。只用无源要素进行变换、调整的接口，称为无源 接口。例如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻器以及透镜 等。
3)有源接口。含有有源要素、主动进行匹配的接口，称为有源 接口。例如电磁离合器、放大器、光电耦合器、D/A转换器、A/D转 换器以及力矩变换器等。
4)智能接口。含有微处理器，可进行程序编制或可适应性地改 变接口条件的接口，称为智能接口。 例如自动变速装置， 通用 输入／输出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB总线、STD总线等。
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根据输入／输出功能可分 成以下四种广义接口：
第一章 概 论
第一节 机电一体化时代与机电一体化技术革命 第二节 优先发展机电一体化的领域及其共性关键技术 第三节 机电一体化系统构成要素及功能构成 第四节 机电一体化系统构成要素之间的连接 第五节 机电一体化系统的评价 第六节 机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型 第七节 机电一体化系统的设计流程 第八节 机电一体化工程与系统工程 第九节 机电一体化系统的设计程序、准则与规律 第十节 机电一体化系统的开发工程与现代设计方法
机电一体化系统 组成要素
控制器(计算机等) 执行元件
检测传感器 动力源 机构
人体 组成要素
大脑 驱动(操作) （肌肉伸缩） 五种感官 内脏提供能量
骨架
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12
系统
（产品） 基 本 构 成
机电一体化第一章概论
13
功能构成
根据不同的使用目的，要求系统能对输入 的物质、能量和信息(即工业三大要素)进行某一 处理，输出所需要的物质、能量和信息。
机电一体化第一章概论
20
构成要素之相互联系
机电一体化第一章概论
21
广义的接口功能有 两种
（一） 变换、调整功能 （二 ） 输入／输出功能
1) 零接口 2) 无源接口 3) 有源接口 4) 智能接口
机电一体化第一章概论
22
根据接口的变换、调整功能，可将接口 分成以下四种：
1)零接口。不进行任何变换和调整、输出即为输入等，仅起连 接作用的接口，称为零接口。例如输送管、接插头、接插座、接线 柱、传动轴、导线、电缆等。
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4
“机电一体化技术革命”
“将微型计算机等微电 子技术用于机械并给机械
以智能的技术革新潮流 ”
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机电一体化的“目的”
是使系统(产品)高附加价值化， 即多功能化、高效率化、高可靠化、 省材料省能源化，并使产品结构向 轻、薄、短、小巧化方向发展，不 断满足人们生活的多样化需求和生 产的省力化、自动化需求。
机电一体化第一章概论
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CNC机床的内部功能构成
机电一体化第一章概论
19
第四节 机电一体化系统构成 要素的相互连接
机电一体化系统由许多要素或子系统 构成，各要素或子系统之间必须能顺利进行 物质、能量和信息的传递与交换。为此，各 要素或各子系统相接处必须具备一定的联系 条件，这些联系条件就可称为接口 （interface）。
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“机电一体化”含义
较为人们所接受的含义： “机电 一体化是在机械的主功能、动力功能、 信息功能和控制功能上引用微电子技 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”
机电一体化第一章概论
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“机电一体化时代”
以微型计算机为代表的微 电子技术逐步向机械领域渗透， 并与机械技术有机地结合，为 机械增添了“头脑”，增加了新 的功能和性能，从而进入以机 电有机结合为特征的“机电一 体化时代”。
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10
第三节 机电一体化系统 构成要素及功能构成
构成要素
机电一体化系统（产品）由 机械系统(机构)、 电子信息处理系统(计算机)、 动力系统(动力源)、 传感检测系统(传感器)、 执行元件系统(如电动机)
五个子系统组成 。
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11
机电一体化系统要素与人体组成要素
思考题和习题
机电一体化第一章概论
1
第一节 机电一体化时代 与机电一体化技术革命
“机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等 各相关技术有机结合的一种新形式，是电子技术向机械技 术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。
关于“机电一体化”(Mechatronics)这个名词的起源， 说法很多，早在197l年，日本≪机械设计≫杂志副刊就提 出了“Mechatronics”这一名词，1976年以广告为主的日本 杂志Mechatronics design news开始使用，其中的 “Mechatronics”是Mechanics(机械学)与 E1ectronics (电 子学)组合而成的日本造英语。
机电一体化第一章概论
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发展机电一体化技术与产品 的支持系统
机电一体化第一章概论
共性关键技术
优先发展的系统 (或产品）领域实现机 电一体化,必须解决这些系统 采用微电子技 术所面临的共性关键技术，这些共性关键 技术有检测传感技术、信息处理技术、伺 服驱动技术、自动控制技术、精密机械技 术及系统总体技术等。
“目的功能” : （1）变换(加工、处理)功能； （2）传递(移动、输送)功能； （3）储存(保持、积蓄、记录)功能。
机电一体化第一章概论
14
系统目的功能
机电一体化第一章概论
15
系统的五种内部功能
主 功 能： 实现系统“目的功能”直接必需的功能 。 动力功能： 向系统提供动力、让系统得以运转的功能 。 计测功能： 对系统内部信息和外部信息进行检测与计算处