机电一体化概论 (2)
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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。
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。
机电一体化概论2-1机械单元
n
max (k / ikn ) k 1
齿轮传动
3 齿轮传动间隙的调整方法 (1) 圆柱齿轮传动 (a) 偏心套(轴)调整法 如右图所示，将相互啮合的一
对齿轮中的一个齿轮4装在 电机输出轴上，并将电机2 安装在偏心套1(或偏心轴)上
齿轮传动
(b) 轴向垫片调整法 如右图所示，齿轮1和2相啮合，其分 度圆弧齿厚沿轴线方向略有锥度，这样 就可以用轴向垫片3使齿轮2沿轴向移动 ，从而消除两齿轮的齿侧间隙。
同步带传动
2. 同步带传动的优缺点 (1)．工作时无滑动，有准确的传动比 (2)．传动效率高，节能效果好 (3)．传动比范围大，结构紧凑 (4)．维护保养方便，运转费用低 (5)．恶劣环境条件下仍能正常工作
同步带传动
3. 同步带的结构和尺寸规格 (1)．同步带结构
如下左图所示，同步带一般由承载绳、带齿、带背和包 布层组成。工业用同步带带轮形状如下右图所示。
利用电磁感应现象驱动被控对象。
电磁阀
电磁马达
电磁离合器
2.1.2 执行元件
2. 电磁执行元件（Electromagnetic actuator）
左端电线圈通电
右端电线圈通电
二位五通电磁阀工作原理
2.1.3 传动与导向元件
1. 杆系（Bar-linkage system）
示意图
缝纫机下针机构 平面杆系
如右图，若不计轴和轴承的转
动惯量，则根据系统动能不变的 原则，等效到电机轴上的等效转 动惯量为：
J1
J4
电动机
i1
i2
J2
J3
J me
J1
J2 i12
J3
J4 i12 i 22
齿轮传动
因为：
max (k / ikn ) k 1
齿轮传动
3 齿轮传动间隙的调整方法 (1) 圆柱齿轮传动 (a) 偏心套(轴)调整法 如右图所示，将相互啮合的一
对齿轮中的一个齿轮4装在 电机输出轴上，并将电机2 安装在偏心套1(或偏心轴)上
齿轮传动
(b) 轴向垫片调整法 如右图所示，齿轮1和2相啮合，其分 度圆弧齿厚沿轴线方向略有锥度，这样 就可以用轴向垫片3使齿轮2沿轴向移动 ，从而消除两齿轮的齿侧间隙。
同步带传动
2. 同步带传动的优缺点 (1)．工作时无滑动，有准确的传动比 (2)．传动效率高，节能效果好 (3)．传动比范围大，结构紧凑 (4)．维护保养方便，运转费用低 (5)．恶劣环境条件下仍能正常工作
同步带传动
3. 同步带的结构和尺寸规格 (1)．同步带结构
如下左图所示，同步带一般由承载绳、带齿、带背和包 布层组成。工业用同步带带轮形状如下右图所示。
利用电磁感应现象驱动被控对象。
电磁阀
电磁马达
电磁离合器
2.1.2 执行元件
2. 电磁执行元件（Electromagnetic actuator）
左端电线圈通电
右端电线圈通电
二位五通电磁阀工作原理
2.1.3 传动与导向元件
1. 杆系（Bar-linkage system）
示意图
缝纫机下针机构 平面杆系
如右图，若不计轴和轴承的转
动惯量，则根据系统动能不变的 原则，等效到电机轴上的等效转 动惯量为：
J1
J4
电动机
i1
i2
J2
J3
J me
J1
J2 i12
J3
J4 i12 i 22
齿轮传动
因为：
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。
1.1什么是机电一体化_机电一体化概论（第2版）_[共4页]
![1.1什么是机电一体化_机电一体化概论（第2版）_[共4页]](https://img.taocdn.com/s3/m/af52ee518762caaedc33d4b7.png)
1.1 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，如图 1.1 所示。现实生活中的 机电一体化产品比比皆是，本节从机电一体化产品入手，使读者对机电一体化技术有一个 基本了解。
1.1.1 机电一体化产品
机电一体化包括机电一体化技术和机电一体化产品两个方面。机电一体化产品有时也 称为机电一体化系统，它们是两个相近的概念，通常机电一体化产品是指独立存在的机 电结合产品，而机电一体化系统主要指依附于主产品的部件系统，这样的系统实际上也 是机电一体化产品。机电一体化产品是由机械系统（或部件）、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。由于在 机械本体中“溶入”了电子技术和信息技术，因此与纯粹的机械产品相比，机电一体化 产品的性能得到了根本性的提高，具有满足人们使用要求的最佳功能。机电一体化的实 例如表 1.1 所示。
导论
本章介绍了机电一体化的定义、机电一体化的作用、成熟的机电一体化系统，以及机电 一体化的基础知识和展望等内容，还将介绍一些相关知识、应用实例等。
通过本章的学习，读者能够理解机电一体化与其他自动机械有什么关系，模仿和吸取了 其中的哪些东西。
知
识
◎ 了解机电一体化技术的产生与发展
目 标
◎ 掌握机电一体化系统的构成、基本功能要素及其相互之间的关系 ◎ 了解机电一体化共性关键技术
机电一体化概论2-3-讲义
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理
8. 其他信号检测传感器 （2）超声波传感器（Ultrasonic sensors） 超声波探头又称为超声波传感器、超声波换能器。当工 件内无缺陷时，接收能量大，仪表指示值大；有缺陷时 部分能量被反射，接收能量小，仪表指示值小。根据这 个变化可把工件内部缺陷检测出来。
转速为 n60f /z
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理
3. 转速检测传感器 （2）电感式转速传感器
设齿数为z，由测速表测的频率计算出测量转速为：n60f /z
原理图
汽车后轮转速测量 电感式转速传感器原理
实物
目前已生产的电感式转速传感器测量转速从600r/min 到6000r/min。测量点间距达到2～10 mm，测量误差 小于0.01％。
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理
1. 线位移检测传感器 （1）电阻式线位移传感器
滑线位移式
绕线位移式
滑线位移传感器，电阻丝端电压恒定为Ui，当待测物体往返运动
时，将带动拉杆、电刷运动，电刷在电阻丝上往返滑动，其输出 端电压为Uo，且与位移量成正比。因此，当我们检测到输出电压
的变化量△Uo，就可以获知待测物体的位移量。
滑线式位移传感器
实物
绕线位移传感器
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理
8. 其他信号检测传感器 （2）超声波传感器（Ultrasonic sensors） 超声波探头又称为超声波传感器、超声波换能器。当工 件内无缺陷时，接收能量大，仪表指示值大；有缺陷时 部分能量被反射，接收能量小，仪表指示值小。根据这 个变化可把工件内部缺陷检测出来。
转速为 n60f /z
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理
3. 转速检测传感器 （2）电感式转速传感器
设齿数为z，由测速表测的频率计算出测量转速为：n60f /z
原理图
汽车后轮转速测量 电感式转速传感器原理
实物
目前已生产的电感式转速传感器测量转速从600r/min 到6000r/min。测量点间距达到2～10 mm，测量误差 小于0.01％。
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理
1. 线位移检测传感器 （1）电阻式线位移传感器
滑线位移式
绕线位移式
滑线位移传感器，电阻丝端电压恒定为Ui，当待测物体往返运动
时，将带动拉杆、电刷运动，电刷在电阻丝上往返滑动，其输出 端电压为Uo，且与位移量成正比。因此，当我们检测到输出电压
的变化量△Uo，就可以获知待测物体的位移量。
滑线式位移传感器
实物
绕线位移传感器
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理
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；
机电一体化概论 2-4ppt课件
单片机编程语言
单片机常用的编程语言有4种： 汇编语言、C语言、PL/M 和 BASIC语言。
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
单片机接口 单片机常用的外设： 键盘、显示器、打印机、A/D和D/A转换器等。
数码管
液晶屏 打印机 单片机 键盘
A/D转换器
松下FP1-C24 PLC
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
PLC系统组成
PLC系统由硬件部分和软件部分构成。 PLC硬件部分主要由中央处理器、存储器、输入/ 输出部件、电源和编程器等组成。
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
芯片集成度高，实现模块化； 可靠性高，可达到106小时无故障； 体积小，价格低，应用灵活。
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
单片机应用领域
高精度数控恒流源
无线对讲机
呼吸机
航天测控系统
婴儿看护器
汽车DPS导航
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
单片机基本结构 单片机内部结构由中央处理器（CPU）、存储器、
时钟电路、I/O口和基本功能单元等组成。
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
单片机引脚封装
封装形式有两种：
机电一体化 第一章(2)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思考题和习题微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室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
微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室
27
工业三大要素与机电一体化 的三大效果 工业三大要素 物质、能量和信息 机电一体化对三大要素的三大效果 省能源 省资源 智能化
微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室
28
为充分发挥机电一体化的三大效果, 使系统(或产品)得到最佳性能，一方面 要求设计机械系统时应选择与控制系统 的电气参数相匹配的机械系统参数，同 时也要求设计控制系统时，应根据机械 系统的固有结构参数来选择和确定电气 参数，综合应用机械技术和微电子技术， 使二者密切结合、相互协调、相互补充, 充分体现机电一体化的优越性。
11
机电一体化系统要素与人体组成要素
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
12
微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室
系 统 （产品） 基 本 构 成
微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室
微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室
微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室
27
工业三大要素与机电一体化 的三大效果 工业三大要素 物质、能量和信息 机电一体化对三大要素的三大效果 省能源 省资源 智能化
微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室
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为充分发挥机电一体化的三大效果, 使系统(或产品)得到最佳性能，一方面 要求设计机械系统时应选择与控制系统 的电气参数相匹配的机械系统参数，同 时也要求设计控制系统时，应根据机械 系统的固有结构参数来选择和确定电气 参数，综合应用机械技术和微电子技术， 使二者密切结合、相互协调、相互补充, 充分体现机电一体化的优越性。
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机电一体化系统要素与人体组成要素
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
12
微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室
系 统 （产品） 基 本 构 成
微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室
微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室
机电一体化概论课件
优点：定位精度高，调节速度快。 缺点：工作台的惯性、丝杠与螺母之间的间隙、丝杠的扭转变形 等因素对系统的稳定性不利；成本高。
这种闭环控制系统一般用于精度要求很高的数控机床，如数 控铣床、数控坐标镗床等。 机电一体化概论
（3）半闭环控制数控机床 在半闭环控制方式下，检测装置不对工作台的实际位置进行
测量，而是通过测量伺服电机的转角推算出工作台的实际位移量。 将推算出的位移量与指令值相比较，得到的误差信号作为控制量 去控制工作台的运动。由于反馈量取自伺服电机的转角，而不是 工作台的实际位移，即工作台位移未包括在反馈环内，因而称为 半闭环控制系统。
机电一体化概论
2．数控装置 接受控制介质输入的信息，将代码加以识别、储存、运算， 输出相应的指令（脉冲）给伺服系统。 数控装置一般属于专用计算机，其核心元器件是CPU，但 其配置远低于市面上流行的台式微机，运算速度和内存都非常 低。目前有用普通台式微机的开放式数控系统。
机电一体化概论
3．伺服系统
把来自数控装置的脉冲信号转换为设备运动的系统。
最初的伺服系统是由步进电机加相应的齿轮传动装置组成。 数控装置发出一个脉冲，电机转动一个步距角，通过脉冲数量来 控制电机的转角，从而实现对设备运动的控制，数控技术由此而 得名。
目前常用的伺服系统也采用直流伺服电机或交流伺服电机。
4．数控设备
完成对被加工对象作业的设备（如机床、绘图机和坐标测量
CNC
DNC
DNC
CNC（计算机数控机床）
DNC（Direct Numerically Controlled Machine Tool） 群控（或直接控制）数控机床
机电一体化概论
DNC（Distributed Numerically Controlled Machine Tool） 分布式数控机床
这种闭环控制系统一般用于精度要求很高的数控机床，如数 控铣床、数控坐标镗床等。 机电一体化概论
（3）半闭环控制数控机床 在半闭环控制方式下，检测装置不对工作台的实际位置进行
测量，而是通过测量伺服电机的转角推算出工作台的实际位移量。 将推算出的位移量与指令值相比较，得到的误差信号作为控制量 去控制工作台的运动。由于反馈量取自伺服电机的转角，而不是 工作台的实际位移，即工作台位移未包括在反馈环内，因而称为 半闭环控制系统。
机电一体化概论
2．数控装置 接受控制介质输入的信息，将代码加以识别、储存、运算， 输出相应的指令（脉冲）给伺服系统。 数控装置一般属于专用计算机，其核心元器件是CPU，但 其配置远低于市面上流行的台式微机，运算速度和内存都非常 低。目前有用普通台式微机的开放式数控系统。
机电一体化概论
3．伺服系统
把来自数控装置的脉冲信号转换为设备运动的系统。
最初的伺服系统是由步进电机加相应的齿轮传动装置组成。 数控装置发出一个脉冲，电机转动一个步距角，通过脉冲数量来 控制电机的转角，从而实现对设备运动的控制，数控技术由此而 得名。
目前常用的伺服系统也采用直流伺服电机或交流伺服电机。
4．数控设备
完成对被加工对象作业的设备（如机床、绘图机和坐标测量
CNC
DNC
DNC
CNC（计算机数控机床）
DNC（Direct Numerically Controlled Machine Tool） 群控（或直接控制）数控机床
机电一体化概论
DNC（Distributed Numerically Controlled Machine Tool） 分布式数控机床
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例子2：机械式调速→电子式调速
原动机
电子式编调辑pp速t 器
8
机电一体化的产生与发展
例子3：机械式计算→电子式计算
机械式乘法计算器 编辑ppt 手摇式机械计算器
9
机电一体化的产生与发展
例子3：机械式计算→电子式计算
第一台机编辑械ppt式计算机
10
机电一体化的产生与发展
例子3：机械式计算→电子式计算
ENIAC(电子数字积分计算机， Electronic Numerical Integrator And Computer)。 于1946年2月15日在美国诞生。 占地面积170平方米，重达30吨， 耗电量150千瓦。造价48万美元。 由真空管、二极管、 电阻器、 电容器、继电器、开关等组成。 每秒执行5000次加法或400次乘 法，是手工计算的20万倍。
间比较晚，内容也在更新与完 • (3) 1996.3，电气与电子工程学会（IEEE）与美国机械工程学会 （ASME）创刊《机电一体化学报》将机电一体化定义：在工业产品 善中，所以，至今没有一个明 和过程的设计与制造工程中，机械工程与电子和智能计算机控制的 协同集成。
确的定义！ • (4) 目前比较具有代表性的一个定义是日本机械振兴会经济研究所 1981.3给出的：机电一体化乃是机械的主功能、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装置用相关 软件有机结合而构成系统的总称。
机电一体化的相关技术及发展趋式
总结
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17
机电一体化的概念及理解
▪ 机电一体化的概念
• (1) 90年代，国际机器和机械理论研究会（IFTMM）成立了机电一 体化技术委员会，给出机电一体化定义：机电一体化是精密机械工 程，电子控制和系统思想，在产品设计和制造过程中的协同结合。
由于机电一体化出现的时 • (2) 1991，英国在创办期刊《Mechatronics》定义：机电一体化的 基本形式可以视为现代工程技术中机械与电子学科的结合。
Mechatronics（机电一体化，Mechanics＋ Electronics），正式产生的标志 ▪ 3．20世纪70-80年第刊代上一，次，随出着现发机在展电19一7阶1体年化日段技本术，的的《计发机展械算，设已计机被》大（杂家志信广的泛一息应个用副）， 技术的引入--NC/D现C已S成为一个正式的单词。 ▪ 4．20世纪80年代未至今，深入发展阶段，激光、 通信技术的引入—CIMS/FMS/FCS ▪ 5 ．…(生物技术、新材料、新能源、空间技术…)
13
总结
▪ 在机械系统中引入电子、计算机 ▪ 由电路、计算机实现机械的部分功能 ▪ 还引入了其他技术，如液压、控制等 ▪ 带来了很多好处(功能、体积、操控性、性价
比等) ▪ 分立电子元器件→大规模集成电路 ▪ 系统越来越复杂，应该是一个系统工程
▪…
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14
机电一体化的产生与发展
▪ 1．20世纪50-60年代，产生阶段，机械+电子 ▪ 2．20世纪70年代未，在日本出现一个新的单词，
产品的机 电一体化
机子技电术一、体计算化机技（信术息以）电技术子、、自控计技算术机和电为工控技术制。中心，
在设▪ 计②品，过机如电程：一C中体N化强C机产调床品、机：智应械能用部机机器电件人一和、体电全化自技器动术部洗设衣计件机和间、制的数造字的相空新互调一和代产针
机电系统及生产过程自动化
第一章 机电一体化概论
第二章 精密机械技术
第三章 工业控制计算机
第四章 基于单片机的控制器
第五章 可编程序控制器
第六章 传感器与计算机接口
第七章 动力驱动及其计算机控制
第八章 机电一体化系统设计方法与实例
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1
第一章 机电一体化概论
机电一体化的发展及概念 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及发展趋式 总结
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15
机电一体化的产生与发展
▪ 1．20世纪80年代初 ▪ 2．大学，机电一体化专业 ▪ 3．与欧美、日本等先进国家相比
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16
第一讲 机电一体化概论
机电一体化的发展及概念
• 机电一体化的产生与发展
• 机电一体化的概念及理解
• 机电一体化产品（系统）的分类
• 机电一体化的意义
机电一体化系统的组成及功能
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2
第一章 机电一体化概论
机电一体化的发展及概念
• 机电一体化的产生与发展
• 机电一体化的概念及理解
• 机电一体化产品（系统）的分类
• 机电一体化的意义
机电一体化系统的组成及功能
机电一体化的相关技术及发展趋式
总结
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3
机电一体化的产生与发展
例子1：机械式控制→计算机数字控制
靠模（仿形）控制—机械编式辑ppt
生产在过程技设术计将中二不者考有虑机的或结很合少在考一虑起彼，而此不间是的简内单在地联相加系；；
的机体机•电 化一⑶械本机电体一和体电化气的驱内动涵：界限分明，整个装置是刚性
的，▪ 不① 涉机电及一软体化件技和术计：是算指机其技控术制原。理和使机电一体化系统（或产
品）得以实现、使用、发展的技术，包括：精密机械技术、微电
第一台电子式计算机（ENIAC编）辑ppt
11
机电一体化的产生与发展
例子3：机械式计算→电子式计算
第一台集成电编路辑式ppt 计算机(PDP-8)
12
机电一体化的产生与发展
例子3：机械式计算→电子式计算
第一台带电池的笔记本电脑 带旋转手写功能的笔记本电脑
(1985，东芝)
(IBM，X41T)
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4
机电一体化的产生与发展
例子1：机械式控制→计算机数字控制
靠模（仿形）控制编辑—ppt机械液压式
5
机电一体化的产生与发展
例子1：机械式控制→计算机数字控制
Y
X
数控插补—编计辑算ppt机数控式
6
机电一体化的产生与发展
例子2：机械式调速→电子式调速
瓦特
原动机
机械式编调辑pp速t 器
7
机电一体化的产生与发展
• (5) 有些教材上又称为机械电子学。
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18
机电一体化的概念及理解
▪ 如机何电理一解体机化电系一统体与化机概电念系统差别：
• ⑴ 机电一体化是机械技术、微电子技术、信息技术等多
种技传术统融机为电一技体术的新的兴操的作交控叉制学主科；要通过具有电磁、继电电子器技、术接为触主器，通等过，信息
原动机
电子式编调辑pp速t 器
8
机电一体化的产生与发展
例子3：机械式计算→电子式计算
机械式乘法计算器 编辑ppt 手摇式机械计算器
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机电一体化的产生与发展
例子3：机械式计算→电子式计算
第一台机编辑械ppt式计算机
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机电一体化的产生与发展
例子3：机械式计算→电子式计算
ENIAC(电子数字积分计算机， Electronic Numerical Integrator And Computer)。 于1946年2月15日在美国诞生。 占地面积170平方米，重达30吨， 耗电量150千瓦。造价48万美元。 由真空管、二极管、 电阻器、 电容器、继电器、开关等组成。 每秒执行5000次加法或400次乘 法，是手工计算的20万倍。
间比较晚，内容也在更新与完 • (3) 1996.3，电气与电子工程学会（IEEE）与美国机械工程学会 （ASME）创刊《机电一体化学报》将机电一体化定义：在工业产品 善中，所以，至今没有一个明 和过程的设计与制造工程中，机械工程与电子和智能计算机控制的 协同集成。
确的定义！ • (4) 目前比较具有代表性的一个定义是日本机械振兴会经济研究所 1981.3给出的：机电一体化乃是机械的主功能、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装置用相关 软件有机结合而构成系统的总称。
机电一体化的相关技术及发展趋式
总结
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机电一体化的概念及理解
▪ 机电一体化的概念
• (1) 90年代，国际机器和机械理论研究会（IFTMM）成立了机电一 体化技术委员会，给出机电一体化定义：机电一体化是精密机械工 程，电子控制和系统思想，在产品设计和制造过程中的协同结合。
由于机电一体化出现的时 • (2) 1991，英国在创办期刊《Mechatronics》定义：机电一体化的 基本形式可以视为现代工程技术中机械与电子学科的结合。
Mechatronics（机电一体化，Mechanics＋ Electronics），正式产生的标志 ▪ 3．20世纪70-80年第刊代上一，次，随出着现发机在展电19一7阶1体年化日段技本术，的的《计发机展械算，设已计机被》大（杂家志信广的泛一息应个用副）， 技术的引入--NC/D现C已S成为一个正式的单词。 ▪ 4．20世纪80年代未至今，深入发展阶段，激光、 通信技术的引入—CIMS/FMS/FCS ▪ 5 ．…(生物技术、新材料、新能源、空间技术…)
13
总结
▪ 在机械系统中引入电子、计算机 ▪ 由电路、计算机实现机械的部分功能 ▪ 还引入了其他技术，如液压、控制等 ▪ 带来了很多好处(功能、体积、操控性、性价
比等) ▪ 分立电子元器件→大规模集成电路 ▪ 系统越来越复杂，应该是一个系统工程
▪…
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机电一体化的产生与发展
▪ 1．20世纪50-60年代，产生阶段，机械+电子 ▪ 2．20世纪70年代未，在日本出现一个新的单词，
产品的机 电一体化
机子技电术一、体计算化机技（信术息以）电技术子、、自控计技算术机和电为工控技术制。中心，
在设▪ 计②品，过机如电程：一C中体N化强C机产调床品、机：智应械能用部机机器电件人一和、体电全化自技器动术部洗设衣计件机和间、制的数造字的相空新互调一和代产针
机电系统及生产过程自动化
第一章 机电一体化概论
第二章 精密机械技术
第三章 工业控制计算机
第四章 基于单片机的控制器
第五章 可编程序控制器
第六章 传感器与计算机接口
第七章 动力驱动及其计算机控制
第八章 机电一体化系统设计方法与实例
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第一章 机电一体化概论
机电一体化的发展及概念 机电一体化系统的组成及功能 机电一体化的相关技术及发展趋式 总结
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机电一体化的产生与发展
▪ 1．20世纪80年代初 ▪ 2．大学，机电一体化专业 ▪ 3．与欧美、日本等先进国家相比
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第一讲 机电一体化概论
机电一体化的发展及概念
• 机电一体化的产生与发展
• 机电一体化的概念及理解
• 机电一体化产品（系统）的分类
• 机电一体化的意义
机电一体化系统的组成及功能
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第一章 机电一体化概论
机电一体化的发展及概念
• 机电一体化的产生与发展
• 机电一体化的概念及理解
• 机电一体化产品（系统）的分类
• 机电一体化的意义
机电一体化系统的组成及功能
机电一体化的相关技术及发展趋式
总结
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机电一体化的产生与发展
例子1：机械式控制→计算机数字控制
靠模（仿形）控制—机械编式辑ppt
生产在过程技设术计将中二不者考有虑机的或结很合少在考一虑起彼，而此不间是的简内单在地联相加系；；
的机体机•电 化一⑶械本机电体一和体电化气的驱内动涵：界限分明，整个装置是刚性
的，▪ 不① 涉机电及一软体化件技和术计：是算指机其技控术制原。理和使机电一体化系统（或产
品）得以实现、使用、发展的技术，包括：精密机械技术、微电
第一台电子式计算机（ENIAC编）辑ppt
11
机电一体化的产生与发展
例子3：机械式计算→电子式计算
第一台集成电编路辑式ppt 计算机(PDP-8)
12
机电一体化的产生与发展
例子3：机械式计算→电子式计算
第一台带电池的笔记本电脑 带旋转手写功能的笔记本电脑
(1985，东芝)
(IBM，X41T)
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4
机电一体化的产生与发展
例子1：机械式控制→计算机数字控制
靠模（仿形）控制编辑—ppt机械液压式
5
机电一体化的产生与发展
例子1：机械式控制→计算机数字控制
Y
X
数控插补—编计辑算ppt机数控式
6
机电一体化的产生与发展
例子2：机械式调速→电子式调速
瓦特
原动机
机械式编调辑pp速t 器
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机电一体化的产生与发展
• (5) 有些教材上又称为机械电子学。
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18
机电一体化的概念及理解
▪ 如机何电理一解体机化电系一统体与化机概电念系统差别：
• ⑴ 机电一体化是机械技术、微电子技术、信息技术等多
种技传术统融机为电一技体术的新的兴操的作交控叉制学主科；要通过具有电磁、继电电子器技、术接为触主器，通等过，信息