机电一体化技术应用

机电一体化
第一章
第一章 概
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
论
机电一体化基本概念 机电一体化发展方向 机电一体化系统的构成 机电一体化共性关键技术 机电一体化系统设计
机电一体化
第一章
第四节
机电一体化共性关键技术
Key Technique of Mechatronics
机电一体化共性关键技术主要有： 检测传感技术、信息处理技术、控制技 术、伺服驱动技术、机械技术和系统总 体技术。
机械技术是机电一体化的基础。机电一体
化产品中的主功能和构造功能往往是以机械技
术为主实现的。在机械与电子相互结合的实践 中，不断对机械技术提出更高的要求，使现代
机械技术相对于传统机械技术而发生了很大变
化。新机构、新原理、新材料、新工艺等不断
出现，现代设计方法不断发展和完善，以满足
机电一体化产品对减轻重量、缩小体积、提高 精度和刚度、改善性能等多方面的要求。
• 而汽车更是机电一体化技术成功应用的典范， 目前汽车上成功应用和正在开发的机电一体化
系统达数十种之多，特别是发动机电子控制系
统、汽车防抱死制动系统、全主动和半主动悬 架等机电一体化系统在汽车上的应用，使得现 代汽车的乘坐舒适性、行驶安全性及环保性能 都得到了很大的改善；在农业工程领域，机电
一体化技术也在一定范围内得到了应用，如拖
机电一体化
第一章
第一章 概
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论
机电一体化基本概念 机电一体化发展方向 机电一体化系统的构成 机电一体化共性关键技术 机电一体化系统设计
机电一体化
第一章
第三节
机电一体化系统的构成 Structure of Mechatronics System
动力
• 机电一体化的构成要素是与人体相对应的。
机电一体化
第一章
• 样机试制与试验 Prototypical trial manufacturing and test
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，
• 发动机燃油喷射控制系统
空气流量计 水温传感器 节气门位置传感器 曲轴位置传感器 进气歧管绝对压力传感器 爆燃传感器 氧传感器
检测发动机的工作状 况和燃油在燃烧室的 燃烧情况
机电一体化
第一章
电子控制装置ECU
计算基本喷油时间 ，确定最佳喷油持续时间
控制发动机的空燃比 （还可控制发动机的点火时间、怠速转速、 废气再循环率、故障自诊断等功能）
机电一体化
第一章
• 检测传感技术 检测与传感技术指与传感器及其信号检测 装置相关的技术。在机电一体化产品中，传感 器就像人体的感觉器官一样，将各种内、外部 信息通过相应的信号检测装置感知并反馈给控 制及信息处理装置。因此检测与传感是实现自 动控制的关键环节。
机电一体化
第一章
• 信息处理技术 Information processing technology 信息处理技术包括信息的交换、存取、 运算、判断和决策等，实现信息处理的主要 工具是计算机,因此计算机技术与信息处理 技术是密切相关的。 • 计算机技术 computer technology 包括计算机硬件技术和软件技术、网 络与通信技术、数据库技术等。
机电一体化
第一章
智能化阶段： 指从20世纪90年代开始机电一 体化技术向智能化方向迈进，其主 要标志是模糊逻辑、人工神经网络 和光纤通信等领域的研究成果应用 到机电一体化技术中。
机电一体化
第一章
模糊逻辑与人的思维过程相类似， 用模糊逻辑工具编写的模糊控制软件与 微处理器构成的模糊控制器，广泛地应 用于机电一体化产品中，进一步提高了 产品的性能。
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。
机电一体化
第一章
应用举例
• 我们日常生活中使用的全自动洗衣机、空 调及全自动照相机，都是典型的机电一体 化产品； • 在机械制造领域中广泛使用的各种数控机 床、工业机器人、三坐标测量仪及全自动 仓储，也是典型的机电一体化产品；
机电一体化
第一章
人工神经网络（Artificial Neural Network 简称“ANN”）也开始应用于机 电一体化系统中。“ANN”是研究了生物 神经网络（Biological Neural Network）的结 果，是对人脑的部分抽象、简化和模拟， 反映了人脑学习和思维的一些特点 。 智能化将是本世纪机电一体化技术 发展的方向。
机电一体化
第一章
• 系统总体技术 System overall technology
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
机电一体化
第一章
• 市场调研 Market investigation and study
市场调研包括市场调查和市场预测。所谓 市场调查就是运用科学的方法，系统地、全面 地收集所设计产品市场需求和经销方面的情况 和资料，分析研究产品在供需双方之间进行转 移的状况和趋势，而市场预测就是在市场调查 的基础上，运用科学方法和手段，根据历史资 料和现状，通过定性的经验分析或定量的科学 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供依据。
机电一体化技术应用
第一章 概
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
论
机电一体化基本概念 机电一体化发展方向 机电一体化系统的构成 机电一体化共性关键技术 机电一体化系统设计
机电一体化
第一章
第一节
机电一体化基本概念
Basic Concept of Mechatronics
机电一体化又称机械电子学，英文称 为Mechatronics，它是由英文机械学 Mechanics 的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而成。
机电一体化
第一章
• 总体方案设计 Overall plan design 1．产品方案构思 Product plan idea
产品方案构思完成后，以方案图的形式将 设计方案表达出来。方案图应尽可能简洁明了， 反映机电一体化系统各组成部分的相互关系，
同时应便于后面的修改。
机电一体化
第一章
2．方案的评价 Plan appraisal
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。
机电一体化
第一章
• 详细设计 Detailed design
详细设计是根据综合评价后确定的系统方案， 从技术上将其细节逐层全部展开，直至完成产品 样机试制所需全部技术图纸及文件的过程。包括 机械本体及工具设计、检测系统设计、人-机接口 与机-电接口设计、伺服系统设计、控制系统设计 及系统总体设计。 根据系统的功能与结构，详细设计又可以分 解为硬件系统设计与软件系统设计。 除了系统本身的设计以外，在详细设计过程 中还需完成后备系统的设计，设计说明书的编写 和产品出厂及使用文件的设计等。
术。
机电一体化
第一章
系统总体技术所包含的内容很多， 接口技术是其重要内容之一，机电一体 化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。
机电一体化
第一章
机电一体化系统包括：机械本体，检测传感 部分、电子控制单元、执行器和动力源，各要 素之间通过接口相联系（见图1-2）。
图1- 2机电一体化系统的构成
机电一体化
第一章
举例
• 全自动照相机
测光传感器测光 测距传感器测距 驱动快门、变焦及卷片倒片机构
微处理器
微型电动机
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第一章
考核样机的可靠性。
机电一体化
第一章
• 小批量生产 short run production 产品的小批量生产阶段实际上是产 品的试生产试销售阶段。这一阶段的主 要任务是跟踪调查产品在市场上的情况， 收集用户意见，发现产品在设计和制造 方面存在的问题，并反馈给设计、制造 和质量控制部门。
机电一体化
第一章
执行元件一方面通过电气接口向上与微 型机相联，以接受微型机的控制指令，另一 方面又通过机械接口向下与机械传动和执行
机构相联，以实现规定的动作。因此伺服驱
动技术是直接执行操作的技术，对机电一体
化产品的动态性能、稳态精度、控制质量等
具有决定性的影响。
机电一体化
第一章
• 机械技术 Mechanical technology
机电一体化
第一章
• 自动控制技术 Automatic control technology 自动控制技术范围很广，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、
内脏
五官
头脑
手足
传感器
计算机
执行机构
骨骼
机械结构
人的五大要素
机电一体化系统的五大要素
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第一章
• 机电一体化的五大功能
运转
Baidu Nhomakorabea
检测
控制
驱动
结构
机电一体化
第一章
传统的机械产品由动力源、传动机构 和工作机构等组成。 机电一体化系统除了包含传统机械 产品的组成部分以外，还含有与电子 技术和信息技术相关的组成要素。
自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等控制
技术
机电一体化
第一章
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。
机电一体化
第一章
• 伺服驱动技术 The servo actuates technology 伺服驱动技术的主要研究对象是执 行元件及其驱动装置。执行元件有电动、 气动、液压等多种类型，机电一体化产 品中多采用电动式执行元件，其驱动装 置主要是指各种电动机的驱动电源电路， 目前多采用电力电子器件及集成化的功 能电路构成。
机电一体化
第一章
概念
• 机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主 的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、
相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。
机电一体化 Mechatronics
机电一体化技术 (technique of Mechatronics)
机电一体化产品 (product of Mechatronics)
拉机自动驾驶系统、悬挂式农具的自动调节系 统、联合收获机工作部件（如脱粒清选装置） 的监控系统、温室环境自动控制系统等。
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第一章 概
第一节 第二节 第三节
论
机电一体化基本概念 机电一体化发展概况 机电一体化系统的构成
第四节
第五节
机电一体化共性关键技术
机电一体化系统设计
机电一体化
第一章
机电一体化
第一章
机电一体化技术:
(technique of Mechatronics)
主要包括技术原理和使机电一体化产品（或系 统）得以实现、使用和发展的技术，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、机械技术及系统总体技术等。
机电一体化
第一章
机电一体化产品:
(product of Mechatronics)
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。 萌芽阶段：指20世纪70年代以前的时期。在 机械产品的设计与制造过程中总是自觉或不
自觉地应用电子技术的初步成果来改善机械
产品的性能。
机电一体化
第一章
快速发展阶段： 指20世纪70年代到80年代， 人们自觉地、主动地利用３Ｃ技 术的成果创造新的机电一体化产 品。
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第一章 概
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
论
机电一体化基本概念 机电一体化发展方向 机电一体化系统的构成 机电一体化共性关键技术 机电一体化系统设计
机电一体化
第一章
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（见图1-3）。