合肥工业大学机电一体化PPT

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据报道，航海家1号(Voyager 1)目前已经航行超 过220亿公里，距离太阳约170亿公里；而地球与 太阳的平均距离为1亿5000万公里。航海家1号重 815公斤，于1977年9月5日发射，曾到访过木星及 土星，受惠于几次的引力加速，使得飞行速度比 其它任何人造太空飞行器都还要快，即使较它早 半个月发射的姊妹船航海家2号，也无法超越。
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定
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。
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发展概况
1、20世纪60年代前为第一阶段，“萌芽阶段”
工程师们自觉或者不自觉地把机械产品和电子技术相结合，以提高 机械产品的性能。但是由于电子技术的发展相对落后，使得机械与电 子的结合还没有得到广泛的应用。
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中国载人潜水器成功突破5000米 达5056.8米
2011年7月26日上 午6：09在东太平洋 试验海区成功突破 5000米海底深度，达 5056.8米。这意味着 中国深海活动能力可覆 盖世界70%以上的洋 底，并成功回收至“向 阳红09”船。
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“蛟龙”号预计2012年将 进行7000米级海试
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第二节 机电一体化共性关键技术
调节与检测技术。
（2）信息技术信息输入输出，交换、存储，运算，判断，决策等。 （3）自动控制技术自动控制理论与系统设计，自动控制系统仿真，位置、
（1）检测传感技术传感器技术，信号输入输出与处理，传感系统自动控制、
速度、自适应控制，诊断、校正、补偿控制等。
（4）伺服驱动技术机、电、液（气）等执行元件的驱动与控制技术。 （5）精密机械技术结构紧凑，体积小，零部件模块化、标准化、通用化、
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目前，国外共有各类深海载人潜水器 13艘，性能与“蛟龙号”大体 相当的有 5 艘，分别是：美国的“阿尔文号” ( 下潜深度 4500 米， 1963 年 服 役 ) 、 日 本 的 “ 深 海 6500 号 ” ( 下 潜 深 度 6500 米 ， 1989年服役) 、俄罗斯的“和平1 号”与“和平 2号” ( 下潜深度均 为 6000米，1987年服役)、法国的“鹦鹉螺号” (下潜深度 6000 米，1984年服役)。最大下潜深度纪录由“深海6500号”于1989 年8月创造，为6527米。
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5、执行机构 其作用是根据控制指令驱动机械部件的运动。通常采用电 力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。 要求：高性能、高精度、高效率 6、驱动单元 在控制信息作用下，驱动各执行机构完成各种动作和功 能。 要求：高效率、快速响应、高可靠性 7、接口 将各组成单元或子系统连接成一有机的整体。 接口包括： 电气接口—实现系统间电信号的连接。 机械接口 — 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—提供人与系统间的交互界面。
2、70年代到80年代为第二阶段，“蓬勃发展阶段”
计算机技术、控制技术、通信技术（3C技术）的发展，为机电一体 化的发展奠定了技术基础。这个时期的特点是： ① mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到 20 世纪 80 年代 末期在世界范围内得到比较广泛的承认； ② 机电一体化技术和产品得到了极大发展； ③ 各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。
机电一体化 系统设计
Design of Mechatronical System
高婷 gaoting15905697463@126.com
2013/3/8
机电一体化系统设计
课程概况

学 时：33（含实验） 成绩评定：平时成绩30%，卷面成绩70% 考试形式：开卷
学习要求
《机电一体化系统设计》是一门综合性专业课，要求学生能把以前学过的机械、 电子学科的知识有机地结合起来，学习掌握“以机为主，以电为用，机电结 合”的设计思路和方法，系统培养学生关于机电一体化产品的创新和设计能 力，并了解现代机电一体化的系统特点和发展方向。
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发展概况
3、90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段”
① 光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一 体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支； ② 对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的 学科体系和发展趋势都进行了深入研究。 ③ 由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大 进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使 机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
选用教材
1） 机电一体化系统设计（第二/三版），张建民，高等教育出版社， 2007； 2） 机电一体化系统设计课程设计指导书，尹志强等，机械工业出 版社，2007。
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第一章 概 论
第一节 第二节 键技术 第三节 第六节 类型 第八节 机电一体化时代与机电一体化技术革命 优先发展机电一体化的领域及其共性关 机电一体化系统构成要素及功能构成 机电一体化系统设计的考虑方法及设计 机电一体化工程与系统工程
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中国第一台自行设计、自主集成研制的“蛟龙号”载人潜水 器3000米级海试取得成功
中国科技部、国家海洋局 2010 年8 月 26日宣布，中国 第一台自行设计、自主集 成研制的国家 863 计划重 大专项“蛟龙号”载人潜 水 器 ， 在 南 海 3000 米 级 海上试验取得成功，最大 下 潜 深 度 达 3759 米 ， 并 在南海海底插上中国国旗。
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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”一词的英文是“Mechatronics”, 是20世纪70年代初由 日 本 首 先 提 出 的 ， 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。国内也称为“机械电 子学”。 迄今为止，“机电一体化”一词尚没有统一的定义。 一般认为，机电一体化是从系统的观点出发，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
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数控机床伺服系统
机械 部件 电机
CNC 位置,速 度反馈 位置,速度 检测单元 数控机床伺服系统组成
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机电一体化系统的构成
电子控制单元 参数变 化信息
控制 信息
执行器 驱 动 力
能量
动力源
检测传感 部分
检测 参数
机械本体
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机电一体化系统的构成
1、机械本体 机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础， 起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的机 械产品相比，机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强， 这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方 面能够与之相适应，具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、 美观的特点。 2、动力源 是机电一体化产品的能量供应部分，其作用是按照系统控制要求，为 系统提供能量和动力，使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、 气能和液压能，以电能为主。
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美34年前发射的飞船到2011年已飞220亿公里 将离开太阳系
据媒体报道，美国航天总署 (NASA) 于 1977 年 发射的 2 艘 航海家号宇宙飞船 (Voyager) ， 是目前所有仍在运作、还可联系 的宇宙飞船中，距离地球最远的。 其中，航海家2号于1977年8月 20日发射，到2010年6月28日 已超过1万2000天，航海家1号 于 1977 年 9 月 5 日发射，至 7 月 13日也达到1万2000天。
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奥迪A4的自动变速器。绿色圆筐中的部分就 是多片离合器式的行星齿轮制动机构
CVT自动变速器原理图
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汽车防抱死系统(ABS)
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基本工作原理是，汽车制动时，首先由轮速 传感器测出与制动车轮转速成正比的交流电 压信号，并将该电压信号送入电子控制器 （ECU）。由ECU中的运算单元计算出车 轮速度、滑动率及车轮的加、减速度，然后 再由ECU中的控制单元对这些信号加以分 析比较后，向压力调节器发出制动压力控制 指令。使压力调节器中的电磁阀等直接或间 接地控制制动压力的增减，以调节制动力矩， 使之与地面附着状况相适应，防止制动车轮 被抱死。 合肥工业大学
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3、传感检测单元 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。一般由传感器及转换电路等完成。 要求：体积小、精度高、抗干扰 4、控制与信息处理单元 将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储 存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和 节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。 要求：高可靠性、处理速度快、智能化
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发展历程
1. 数控机床的问世，写下了“机电一体化” 历史的 第一页。
2. 微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生机。
3. “可编程序控制器”、“电力电子”等的发展为 “机电一体化”提供了坚强基础。 4. 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机 电一体化” 跃上新台阶。
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机电一体化技术应用举例
“蛟龙”号下潜至海底5057米深处所拍摄的鱼
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2012年6月24日，“蛟龙” 号载人潜水器在马里亚纳海域 进行的7000米级海试第四次 下潜试验中成功突破7000米 深度，再创中国载人深潜新纪 录。图为“蛟龙”号被放入水。
2012年6月30日15时许，在马里亚 纳海沟试验区进行7000米级海试第 六次下潜的“蛟龙”号返回母船，标 志着我国具备了在全球99.8%的海 洋深处开展科学研究、资源勘探的能 力。 在今年进行的6次下潜中，“蛟龙” 号3次超越7000米，最大下潜深度达 到7062米 。
实现整个系统最佳化的一门新兴边缘性技术学科。
Mechatronics?
Mechanics + Electronics
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第一节 机电一体化时代与机电一体化技术革命
哪些产品是机电一体化产品？
※ 数控机床、自动挡小轿车、全自动洗衣机、电动自行车、 升降电梯、机器人、飞行器、火箭、卫星、潜艇等。
1、EFI 系统 2、自动变速箱 3、安全气囊 4、ABS系统 5、自动巡航系统
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电子燃油喷射（EFI）系统
电子控制燃油喷射系统（EFI）——简称 汽油喷射。它是汽车汽油发动机取消化油 器而采用的一种先进的喷油装置。使用EFI， 汽车发动机燃烧将更充分，从而提高功率， 降低油耗，实现低公害排放的目的。当EFI 功能与发动机其它功能结为一体时，称 “发动机管理系统（EMS）”，这将达到 更高要求的环保目标。 合肥工业大学
规格化等。
（6）系统总体技术传统设计方法与现代设计方法的融合技术
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第三节 机电一体化系统构成要素及功能构成
1.3.1 机电一体化系统的构成要素与功能特征 构成要素：机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传 感系统、执行控制系统（元件）等组成。 重要功能特征：以能源转换为主功能特征。 以信息转换为主功能特征。 三大目的功能：变换功能（加工处理）；传递功能（移动、 输送）；储存功能（保持、积蓄、记录）。 控制方式：线性、非线性、智能控制方式。 1.3.2 机电一体化系统（产品）应具有的主要功能要素 主功能、信息功能、控制功能、动力功能、构造功能。 各子系统的匹配技术（核心）—— 接口技术。
加湿器的结构组成及 原理 采用超声波高频振荡 的原理，将水雾化为 1—5微米的超微粒 子，通过风动装置， 将水雾扩散到空气中。
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SIEMENS 可编程序控制器产品
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数控机床
数 Baidu Nhomakorabea 铣 床
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工业机器人
焊接机器人-FAUNC
车身焊接机器人
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课外阅读材料：汽车
安全气囊
汽车行驶过程中，传感器系统不断向控制装置发送速度变化（或加速度） 信息，由控制装置（中央控制器）对这些信息加以分析判断，如果所测的加 速度、速度变化量或其它指标超预定值（即真正发生了碰撞），则控制装置 向气体发生器发出点火命令或传感器直接控制点火，点火后发生爆炸反应， 产生N2或将储气罐中压缩氮气释放出来充满碰撞气袋。乘员与气袋接触时， 通过气袋上排气孔的阻尼吸收碰撞能量，达到保护乘员的目的。