机电一体化机电一体化系统建模与分析精品PPT课件
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机电一体化概述分析课件
机械技 术 01 02
电子技术
电子技术的主要内容包括模拟和数字 电子技术、微控制器应用等，为机电 一体化提供了强大的信息处理和控制 能力。
控制技 术
控制技术是实现机电一体化智能化的关键，涉及控制理论、控制系统设计和实现 等方面的知识。
控制技术的主要内容包括经典和现代控制理论、计算机控制系统等，为机电一体 化提供了高效、精准的控制方案。
新技术的融合
物联网技术
人工智能技 术
Байду номын сангаас
绿色环保设计
节能设计 循环利用
06
机电一体化案例分析
工业机器人案例
总结词
详细描述
智能家居案例
总结词 详细描述
自动化生产线案例
总结词
自动化生产线是将各种机械设备、传感 器、控制系统等集成在一起，实现生产 过程的自动化和高效化。
VS
详细描述
自动化生产线是机电一体化在制造业中的 重要应用。通过将各种机械设备、传感器、 控制系统等集成在一起，自动化生产线能 够实现生产过程的自动化和高效化，提高 生产效率和产品质量。自动化生产线还可 以减少人工干预，降低生产成本，并提高 生产过程的可靠性和稳定性。
航空航天
在航空航天领域，机电一体化技术应用于飞机和航天器的 制造、控制系统、导航系统等方面，提高了航空航天器的 性能和安全性。
医疗器械
在医疗器械领域，机电一体化技术应用于医疗设备的制造 和控制系统，如医用机器人、医疗影像设备等，提高了医 疗服务的水平和效率。
机电一体化的优势与挑战
优势
挑战
02
机电一体化技术基础
THANKS
感谢观看
成本优化
通过降低材料成本、减少制造成本和 提高生产效率等措施，降低系统总成 本。
机电一体化 完整ppt课件
2.机电技术完全融合形成新型机电一体化产品
生产机械中的激光快速成形机；信息机械中的传真机、打印机、复印机；检测机 械中的CT（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。
精选PPT课件
7
C650卧式车床外形图 1— 主轴变速箱 2—溜板与刀架 3—尾座 4—床身 5—丝杠
6—光杠 7—溜板箱 8—进给箱 9—挂轮箱
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8
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9
效益分析
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10
第二节 机电一体化构成要素件
11
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12
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13
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14
二、相关技术
1. 机械技术
2.
机电一体化的机械产品与传统的机械产品的
区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性
1 23 4
图7-18 双螺母垫片调隙式结构 1、2-单螺母 3-螺母座 4-调整垫片
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37
(b)螺纹调隙式（图7-20）其中一 个螺母的外端有凸缘而另一个螺母 的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸 出套筒外，并用两个圆螺母固定着。 旋转圆螺母时，即可消除间隙，并 产生预拉紧力，调整好后再用另一 个圆螺母把它锁紧。
3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运 动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。
6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故 制造成本高。
7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不 能立刻停止运动，故常需添加制动装置。
生产机械中的激光快速成形机；信息机械中的传真机、打印机、复印机；检测机 械中的CT（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。
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7
C650卧式车床外形图 1— 主轴变速箱 2—溜板与刀架 3—尾座 4—床身 5—丝杠
6—光杠 7—溜板箱 8—进给箱 9—挂轮箱
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9
效益分析
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10
第二节 机电一体化构成要素件
11
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二、相关技术
1. 机械技术
2.
机电一体化的机械产品与传统的机械产品的
区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性
1 23 4
图7-18 双螺母垫片调隙式结构 1、2-单螺母 3-螺母座 4-调整垫片
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37
(b)螺纹调隙式（图7-20）其中一 个螺母的外端有凸缘而另一个螺母 的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸 出套筒外，并用两个圆螺母固定着。 旋转圆螺母时，即可消除间隙，并 产生预拉紧力，调整好后再用另一 个圆螺母把它锁紧。
3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运 动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。
6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故 制造成本高。
7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不 能立刻停止运动，故常需添加制动装置。
《机电一体化》课件
传感器技术
传感器原理与特性
介绍常见传感器的原理、特性 及应用范围。
传感器信号处理
研究如何将传感器信号转换为 可处理的信息。
智能传感器与MEMS技术
介绍智能传感器和MEMS技术 的最新发展。
传感器在机电一体化中的 应用实例
结合实际案例，介绍传感器在 机电一体化系统中的应用。
03
机电一体化系统设计
系统设计方法
02
机电一体化技术基础
机械技术
机械系统设计
研究如何根据功能需求，设计 出合理的机械结构、传动方式
和机构。
材料力学
研究材料的力学性能，为机械 设计提供材料依据。
制造工艺
涉及机械零件的加工、装配和 检测，确保机械系统的制造精 度。
机械振动与噪声控制
研究如何减小机械系统运行中 的振动和噪声。
电子技术
智能化
机电一体化设备能够根据预设程序或外部信号进 行自主决策和控制。
跨学科性
机电一体化涉及到多个学科领域，需要多方面的 知识和技能。
高效化
机电一体化技术的应用能够提高生产效率、降低 能耗和减少人力成本。
机电一体化的应用领域
工业自动化
在制造业中，机电一体化设备能够实现自动 化生产线、机器人焊接、智能仓储等。
工业机器人的应用范围非常广泛，包括焊接、 装配、搬运、喷涂等领域。
自动化生产线
自动化生产线是将多个机电一体化产品集成在一起，实现生产过程的自动化和智能 化。
自动化生产线通常由输送带、提升机、分拣机、检测设备等组成，其中输送带是主 线，负责将工件从一个工序传输到下一个工序。
自动化生产线的应用范围非常广泛，包括食品、饮料、制药、电子等制造业领域。
《机电一体化系统设计》机电一体化系统设计及分析方法PPT课件
• 1）产品外观和结构布置方案； • 2）产品部件或子系统划分及设计目标 ； • 3）各部件或子系统的接口设计 ； • 4）制定详细设计任务书、验收规范及进
度计划 。
详细设计
• 根据详细设计任务书，对各零部件进行详 细设计，确定各零部件的形状、尺寸、材 料等参数，设计控制软件、设计电子、电 气系统的电路，选用合适的元件，绘制详 细的零件图、装配图等工程图，编写详细 的设计技术资料。详细设计还包括制定产 品制造工艺和质量检验等内容。
• 并行工程是一种以降低产品全生命周期成本， 增强易制造性，缩短上市周期和增强市场竞 争能力为目标的，把产品(系统)的设计、制 造及其相关过程作为一个有机的整体进行综 合（并行）协调的一种模式。并行工程的设 计则强调产品的全生命周期相关部门的技术 人员共同构成设计组，研发设计和生产筹备 有机的结合在一起，有利于换代快、批量不 大的产品开发。
寻常指标：作为常规要求的指标，一般不定 量描述且不出现在优化设计模型中，只需 用常规设计方法进行保证。
• 3、性能指标分配
• 分配的目的是合理限定各子系统对总体性 能指标的影响程度，是系统整体优化的保 障。
• 由于机电系统方案的多样性，各子系统的 形式不同，因此必须逐一列出它们的作用 形式。这些内容包括：相关设计参数、设 计参数受到的特征指标约束、设计参数对 优化指标的影响等三个方面。
• 经济性指标 ：反映用户获得所需功能和性 能的产品需要付出的费用高低；对于生产 者则是完成产品生产制造的成本。对于生 产者和用户都希望在获得相同产品的同时 成本/费用越低越好。对于用户其成本包括 购置和使用费用。
• 安全性指标 ：需要根据产品特点确定，它 既指产品在运行过程中对操作者和周围其 他人员的人身安全的危害程度，又指产品 本身因其它原因受损坏的可能性。
机电一体化资料课件
02
03
技术可行性
经济性
评估现有技术水平，分析技术难 点和解决方案，确保产品开发的 可行性。
ห้องสมุดไป่ตู้
分析产品成本、预期收益和投资 回报率，确保产品具有经济效益 。
产品方案设计
总体设计
确定产品功能、性能指标和外观要求，制定设计原则 和标准。
详细设计
根据总体设计要求，进行部件、组件和电路设计，确 保产品结构的合理性和可靠性。
智能制造
通过机器人、自动化设 备等实现智能制造，降
低人工成本。
医疗器械
在医疗设备中应用机电 一体化技术，提高设备
的准确性和可靠性。
交通工具
在汽车、飞机等交通工 具中应用机电一体化技 术，提高安全性和舒适
性。
机电一体化的发展趋势
人工智能与机器学习
将人工智能和机器学习技术引 入机电一体化领域，实现更高
机械系统设计
总结词
机械系统设计是机电一体化系统的重要组成部分，它涉及到机械装置、传动系统和支撑 结构的设计。
详细描述
机械系统设计需要根据系统的功能和性能要求，选择合适的机械装置和传动系统，并进 行详细的结构设计。同时，需要考虑机械系统的动态特性和热特性，以确保系统在运行
过程中的稳定性和可靠性。
控制系统设计
人机交互设计
优化产品操作界面、显示和指示，提高产品的易用性 和用户体验。
产品开发流程
初步设计
根据需求分析结果，进行初步的产品结 构设计、电路设计和控制系统设计。
样品试制与测试
制造样品并进行性能测试、功能测试 和可靠性测试，根据测试结果进行必
要的改进。
详细设计
完成产品的详细设计，包括部件、组 件和电路的详细设计，制定生产工艺 和装配流程。
《机电一体化技术》课件
伺服系统
总结词
伺服系统是机电一体化系统中实现精确控制的重要部 分。
详细描述
伺服系统是机电一体化系统中实现精确控制的关键部 分之一，它能够根据控制信号调整执行机构的运动轨 迹和位置，实现高精度的位置控制和速度控制。伺服 系统通常由伺服电机、伺服驱动器和控制器等组成， 具有快速响应、高精度和高稳定性的特点。在机电一 体化系统中，伺服系统广泛应用于各种需要精确控制 的场合，如数控机床、机器人、自动化生产线等。
01
机电一体化技术的 未来展望
人工智能与机电一体化的结合
01
人工智能技术为机电一体化系统提供智能化决策和 控制能力，提高系统的自主性和适应性。
02
人工智能技术可以用于优化机电一体化系统的设计 和生产过程，提高生产效率和产品质量。
03
人工智能技术还可以用于故障诊断和预测，提高机 电一体化系统的可靠性和安全性。
位、稳定运行以及节能降耗等目标。
系统总体技术
总结词
系统总体技术是实现机电一体化系统整体协 调和优化的关键，涉及系统总体设计、集成 与优化等方面的技术。
详细描述
在机电一体化系统中，系统总体技术主要用 于对系统的各个组成部分进行整体协调和优 化，以达到最佳的性能和效果。它涉及到系 统总体设计、模块化设计、可维护性设计、 可靠性设计等方面。通过系统总体技术，可 以实现系统的整体优化和协调，提高系统的
机电一体化技术的应用领域
总结词：机电一体化技术在许多领域都有广泛的应用 ，如数控机床、自动化生产线、机器人、智能家居等 。
详细描述：在制造业中，数控机床是机电一体化技术的 典型应用，通过引入计算机数控系统，实现了高精度、 高效率的加工。在自动化生产线中，机电一体化技术用 于实现生产流程的自动化和智能化，提高了生产效率和 产品质量。此外，机器人技术也是机电一体化技术的应 用之一，可用于工业生产中的搬运、装配、检测等环节 ，提高了生产效率和降低了人工成本。在智能家居领域 ，机电一体化技术可以实现家居设备的智能化控制和管 理，提高生活品质和便利性。
《机电一体化》课件
空控制系统等。
计算机技术基础
计算机技术概述
介绍计算机技术的基本概念、发展历程 和应用领域。
计算机组成结构
介绍计算机的基本组成结构和工作原理 ，如CPU、内存、外存等。
计算机软件基础
介绍计算机软件的基本概念和应用领域 ，如操作系统、数据库、编程语言等。
计算机网络基础
介绍计算机网络的基本原理和应用领域 ，如互联网、局域网等。
建立行业标准与规范
政府应制定和完善机电一体化行业的 标准和规范，促进产业的健康发展。
培养专业人才
高校和企业应注重机电一体化人才的 培养，为行业发展提供人才支持。
加强国际合作与交流
企业应积极参与国际合作与交流，引 进国外先进技术和管理经验，提高自 身竞争力。
THANKS
数控技术是一种数字化控 制技术，通过计算机编程 实现对机床等设备的精确 控制。
应用领域
数控技术在机械制造、航 空航天、汽车制造等领域 广泛应用，提高了加工精 度和生产效率。
技术特点
数控技术具有高精度、高 效率、高柔性等特点，能 够满足复杂零件的加工需 求。
工业机器人及应用
工业机器人
工业机器人是一种自动化 设备，能够代替人工完成 危险、繁重、重复的工作 。
智能制造系统具有信息化、自动化、 智能化等特点，能够大幅提高生产效 率和产品质量。
应用领域
智能制造系统在机械制造、航空航天 、汽车制造等领域广泛应用，提高了 生产效率和产品质量。
05
机电一体化的未来发展
机电一体化技术的发展趋势
智能化
模块化与集成化
随着人工智能和机器学习技术的不断发展 ，机电一体化产品将更加智能化，能够自 主完成更复杂的操作和任务。
详细设计
计算机技术基础
计算机技术概述
介绍计算机技术的基本概念、发展历程 和应用领域。
计算机组成结构
介绍计算机的基本组成结构和工作原理 ，如CPU、内存、外存等。
计算机软件基础
介绍计算机软件的基本概念和应用领域 ，如操作系统、数据库、编程语言等。
计算机网络基础
介绍计算机网络的基本原理和应用领域 ，如互联网、局域网等。
建立行业标准与规范
政府应制定和完善机电一体化行业的 标准和规范，促进产业的健康发展。
培养专业人才
高校和企业应注重机电一体化人才的 培养，为行业发展提供人才支持。
加强国际合作与交流
企业应积极参与国际合作与交流，引 进国外先进技术和管理经验，提高自 身竞争力。
THANKS
数控技术是一种数字化控 制技术，通过计算机编程 实现对机床等设备的精确 控制。
应用领域
数控技术在机械制造、航 空航天、汽车制造等领域 广泛应用，提高了加工精 度和生产效率。
技术特点
数控技术具有高精度、高 效率、高柔性等特点，能 够满足复杂零件的加工需 求。
工业机器人及应用
工业机器人
工业机器人是一种自动化 设备，能够代替人工完成 危险、繁重、重复的工作 。
智能制造系统具有信息化、自动化、 智能化等特点，能够大幅提高生产效 率和产品质量。
应用领域
智能制造系统在机械制造、航空航天 、汽车制造等领域广泛应用，提高了 生产效率和产品质量。
05
机电一体化的未来发展
机电一体化技术的发展趋势
智能化
模块化与集成化
随着人工智能和机器学习技术的不断发展 ，机电一体化产品将更加智能化，能够自 主完成更复杂的操作和任务。
详细设计
《机电一体化介绍》课件
工业控制网络
如Profibus、Modbus等，用于实现分布式控制和数据传输。
可编程控制器（PLC）
用于自动化生产线和工业控制系统的逻辑控制和顺序控制。
检测技术
传感器技术
利用各种物理效应和化学反应， 将物理量或化学量转换为电信号 ，用于监测和控制机电一体化系
统的运行状态。
信号处理技术
对传感器输出的电信号进行滤波、 放大、转换等处理，提取出有用的 信息。
数控机床的应用范围广泛，涉及汽车 、航空、模具、仪器仪表等领域，对 提高产品质量和生产效率具有重要作 用。
数控机床通常包括数控系统、伺服系 统、主轴系统、刀具系统等部分，各 业机器人
工业机器人是用于自动化生产线 的机电一体化产品，能够执行各 种重复性或危险性任务，提高生
电子电路设计
包括模拟电路、数字电路、集成电路等，为机电 一体化系统提供信号处理和能源供给。
嵌入式系统
将微处理器嵌入到机械系统中，实现智能化控制 和数据处理。
传感器与执行器
用于检测和驱动机电一体化系统的各种物理量， 如温度、压力、位移等。
控制技术
控制算法
如PID控制、模糊控制等，用于实现机电一体化系统的精确控制。
自动化生产线广泛应用于汽车、家电、食品等领域，能够大幅提高生产效 率、降低能耗和减少人力成本。
智能家居系统
1
智能家居系统是利用机电一体化技术将家居设备 进行智能化改造，实现家庭生活的智能化和舒适 化。
2
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环 境控制等子系统，通过互联网和物联网技术实现 远程控制和智能化管理。
机电一体化技术使得定制化生产成为可能，满足了消费者对个性化 产品的需求。
在人工智能领域的应用前景
如Profibus、Modbus等，用于实现分布式控制和数据传输。
可编程控制器（PLC）
用于自动化生产线和工业控制系统的逻辑控制和顺序控制。
检测技术
传感器技术
利用各种物理效应和化学反应， 将物理量或化学量转换为电信号 ，用于监测和控制机电一体化系
统的运行状态。
信号处理技术
对传感器输出的电信号进行滤波、 放大、转换等处理，提取出有用的 信息。
数控机床的应用范围广泛，涉及汽车 、航空、模具、仪器仪表等领域，对 提高产品质量和生产效率具有重要作 用。
数控机床通常包括数控系统、伺服系 统、主轴系统、刀具系统等部分，各 业机器人
工业机器人是用于自动化生产线 的机电一体化产品，能够执行各 种重复性或危险性任务，提高生
电子电路设计
包括模拟电路、数字电路、集成电路等，为机电 一体化系统提供信号处理和能源供给。
嵌入式系统
将微处理器嵌入到机械系统中，实现智能化控制 和数据处理。
传感器与执行器
用于检测和驱动机电一体化系统的各种物理量， 如温度、压力、位移等。
控制技术
控制算法
如PID控制、模糊控制等，用于实现机电一体化系统的精确控制。
自动化生产线广泛应用于汽车、家电、食品等领域，能够大幅提高生产效 率、降低能耗和减少人力成本。
智能家居系统
1
智能家居系统是利用机电一体化技术将家居设备 进行智能化改造，实现家庭生活的智能化和舒适 化。
2
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环 境控制等子系统，通过互联网和物联网技术实现 远程控制和智能化管理。
机电一体化技术使得定制化生产成为可能，满足了消费者对个性化 产品的需求。
在人工智能领域的应用前景
《机电一体化技术》课件
机电一体化产品实例介绍
机电一体化自动化设备
自动化生产线，可以通过机械臂、传送带、视觉系统等多种手段完成产品的加工、装配、检 测工作。
机电一体化物流设备
如机场行李传输设备、智能物流分拣设备等，在物流场景下发挥着异常重要的作用。
机电一体化医疗设备
如医疗机器人、机电一体化看护床等，为现代医学世界带来了更好的服务和支持。
应用领域
机电一体化技术广泛应用于 汽车、机床、工业自动化设 备、机械制造等众多领域， 为各行各业提供了更高效率、 更高精度、更低成本的解决 方案。
机电一体化技术的组成部分
机械结构设计
机电一体化设计的基础，包括机 械元件的设计、结构设计和材料 选择。
电控系统设计
传动系统设计
控制机械系统运动和操作的核心， 包括传感器、执行器和微控制器 等关键元器件。
的结构和参数设计，并优化系统的控制策
略和运行效率。
5
产品概念分析
基于用户需求、市场调研、公司战略等因 素，对产品的基本特性、市场定位和业务 模式进行分析和确定。
传动系统设计
根据产品的应用特点和实际需求，设计出 传动系统的布局、选型和参数等详细信息， 并进行模拟仿真分析。
感知系统设计
根据传感器数据和产品应用需求，选型/制 造感应器，通过机器视觉技术进行边缘分 析，确保产出完美的产品。
《机电一体化技术》PPT 课件
机电一体化技术是现代工业技术的重要组成部分，掌握这项技术，将会在工 业领域带来巨大的吸引力和竞争优势。
介绍机电一体化技术
定义
机电一体化技术是通过对机 械、电子、计算机和自动控 制技术的融合应用，实现机 械设备的高效、自动化的生 产过程。
发展历程
第二章 机电一体化系统数学建模(新)ppt课件
电动机x(Mt)(t) (t) m 电动机 M (t) (t) m
m
x(t)
x(t)
m
(t)
(t) M(t)
x(t)
x(t) (t)
m
r
M(t)
x(t)
m
r
丝杠螺母副
(a) (t) M(t)
M(t) (b)
小齿轮齿条副
(c)
(a)
(b)
(c)
x(t)
x(t)
x(t)
m
(t) m
r
(t) M(t)
k
b
x1
m
拉氏变换：
(s22 nsn 2)X(s)A (s)F m (s)
x2 f (t)
由加速度作为输入、质点相对壳体的位移作为输出，系统的传递函数为：
X(s) A(s)
s221nsn2
精选PPT课件
8
2.1 质点平移系统
问题2 质点振动系统。这是一个单轮汽车支撑系统的简化模型。m1代表汽车质量， B代表振动阻尼器，K1为弹簧，m2为轮子的质量，K2为轮胎的弹性，建立质点平 移系统数学模型。
2.3.2 速比折合 齿轮传动系统
n12
2 1
2 1
M1 M2
J 1d d 2 t2 1 B 1d d t11 2(J2d d 2 t2 2 B 2d d t2 M 0) M i
(J 1 n 1 2 2 J2 )d d 2 t2 1 (B 1 n 1 2 2 B 2 )d d t1 M i n 1 2 M 0
精选PPT课件
11
2.1 质点平移系统
习题1 图示机械平移系统的传递函数，并画出它们的动态结构方框图。
精选PPT课件
12
m
x(t)
x(t)
m
(t)
(t) M(t)
x(t)
x(t) (t)
m
r
M(t)
x(t)
m
r
丝杠螺母副
(a) (t) M(t)
M(t) (b)
小齿轮齿条副
(c)
(a)
(b)
(c)
x(t)
x(t)
x(t)
m
(t) m
r
(t) M(t)
k
b
x1
m
拉氏变换：
(s22 nsn 2)X(s)A (s)F m (s)
x2 f (t)
由加速度作为输入、质点相对壳体的位移作为输出，系统的传递函数为：
X(s) A(s)
s221nsn2
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8
2.1 质点平移系统
问题2 质点振动系统。这是一个单轮汽车支撑系统的简化模型。m1代表汽车质量， B代表振动阻尼器，K1为弹簧，m2为轮子的质量，K2为轮胎的弹性，建立质点平 移系统数学模型。
2.3.2 速比折合 齿轮传动系统
n12
2 1
2 1
M1 M2
J 1d d 2 t2 1 B 1d d t11 2(J2d d 2 t2 2 B 2d d t2 M 0) M i
(J 1 n 1 2 2 J2 )d d 2 t2 1 (B 1 n 1 2 2 B 2 )d d t1 M i n 1 2 M 0
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11
2.1 质点平移系统
习题1 图示机械平移系统的传递函数，并画出它们的动态结构方框图。
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12
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课件(PPT51张)
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 C．通信模块 B．接口模块 D．驱动模块
（ 04、4 ）1．由计算机网络将计算机辅助设计、 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 C．柔性制造系统
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 C．接口模块 B．驱动模块 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 行状态，产生所希望运动的模块称为 【 】 A A．驱动模块 B．接口模块 C .微计算机模块 D．测量模块
B．自动引导车系统 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 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( A.顺序控制系统 D.工业机器人 )B B.伺服系统 C.数控机床
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
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 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。
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输出变量则可列写成：y Cx Du
称为输出方程，描述了输出变量与状态变量（和输入 变量）间的线性组合变换关系，为代数方程。
C称为输出矩阵，D为直接传递矩阵。 状态方程与输出方程一起构成为系统的状态空间表达 式。状态空间描述把系统的运动归结为“输入-状态-输出”， 能更深刻地揭示系统运动的本质。
SISO系统的 系统状态图
主振型图
三自由度阻尼 振动系统
运用隔离体法，对每个质量块进行分析，可得该三自由 度系统的运动微分方程为：
..
.
.
.
m1 x1(t) F1(t) k1x1(t) c1 x1(t) k2 (x2 (t) x1(t)) c2(x2(t) x1(t))
..
.
.
.
.
m2 x2 (t) F2 (t) k2 (x2 (t) x1(t)) c2 (x2 (t) x1(t)) k3(x3(t) x2(t)) c3(x3(t) x2(t))
c
dy(t) dt
ky(t)
F
(t
)
弹簧-质量-阻尼器系统
(a)主动隔振力学模型 (b) 被动隔振力学模型
隔振的力学模型
二自由度振动系统：
具有黏性阻尼的二自由度 系统强迫振动：
mm12xx12
(c1 c2 x2
c2
)x1 (k1 k2 k2 x2 c2 x1
)x1 c2 x2 k2 x1 F2
输入函数：uT (t) u1(t),u2 (t), ,um (t)T
输出函数：cT (t) c1(t), c2 (t), , cr (t)T
系统的动态特性可用一阶微分方程组来描述如下：
矩阵形式为：
称为状态方程，记为： x Ax Bu
描述了输入作用下的系统状态运动过程。
称A为系统矩阵，B为输入矩阵或控制矩阵。
MIMO系统的系统状态图
状态变量的个数一般等于系统所包含的独立储能元件 的数目。一个n阶系统有n个独立的状态变量，为状态的最 大线性无关组，或称最小变量组。选择不唯一，一般取系统 中易于测量观测的量作状态变量。
前述的M-C-K系统的状态空间表达式即为： R-L-C系统的状态空间表达式即为：
状态空间表达式为现代控制理论的基本模型！同时也是动力学系 统研究的一种重要模型。 现代控制理论与经典控制理论特性的比较：
(1)状态空间描述是系统输入、状态和输出诸变量间的时域描述， 涉及系统全部信息，比传递函数法更为完善，为系统的内部描述法；
(2)状态空间描述特别适于多变量系统的描述； (3)状态空间描述法不仅适于线性系统，还适于时变系统，非线性 系统以及非零初始条件下的系统分析求解； (4)用向量、矩阵表达系统的状态空间方程，系统状态空间描述的 形式及其求解计算适于计算机处理、分析和设计，直观简单、方法统一； (5)n个一阶微分方程组的求解比一个n阶微分方程的求解简单，并 有标准型法、状态分解法等求解方法。 (6)输出反馈、状态反馈，可达到极点的任意配置，以及最优控制， 所用方法严谨统一，而基于传递函数的根轨迹法、频率响应法等经典设计 法，实质为一种试凑法，不能得到某种意义下的最优性能。
微分方程的求解 系统响应的求解、分析
（二）动态系统的现代数学模型及其分析
y x1
y x1
对于以上SISO线性系统，既可用高阶微分方程来描述 输入-输出关系：
也可用一阶微分方程组来描述：
对于MIMO系统，更适于用一阶微分方程组的形式来描述：
状态与状态变量 设以上MIMO系统的状态变量记为：
x2
F2
(t
)
0 0 m3 x3 0
c3 c3 x3 0
k3 k3 x3 F3 (t)
三自由度系统及其固有模态振型
连续体振动系统 均匀简支梁：
简支梁的前三阶主振型可形如下图所示：
均匀悬臂梁： 悬臂梁的前三阶主振型可形如下图所示：
对于多输入-多输出的系 统，要用传递函数关系 阵去描述它们间的关系， 如右图所示的系统
..
.
.
m3 x3(t) F3(t) k3(x3(t) x2 (t)) c3(x3(t) x2(t))
m1 0
0
m2
0 x1 c1 c2 c2 0 x1 k1 k2 k2 0 x1 F1(t)
0
x2
c2
c2 c3
c3
x2
k2
k2 k3
k3
一、机电一体化系统的建模
（一）动态系统的经典数学模型及其分析
物理的动力学系统，动态过程；能量、信号的转换作用。 系统数学模型的建立方法：
1）分析法（解析法），得到解析模型（机理模型）； 2）系统辨识。 系统的非线性、时变性的处理
用解析法建立系统微分方程、传递函数的一般步骤（经典模型）
➢分析系统工作原理和系统中变量的关系，确定系统的输入量与输 出量 ➢选择合适的中间变量，根据基本的物理定律，列写出系统中每一 个元件的输入与输出的微分方程式 ➢消去其余的中间变量，求得系统输出与输入的微分方程式 ➢对非线性项加以线性化 ➢或做拉普拉斯变换，变代数方程消元或用方框图等效、梅逊公式 等方法形成传递函数。
电气网络
（a）R-C电路1
（b）R-C电路2 R、C换位
（c）Ｒ-L-C电路
（d）R-C滤波网络
以（d）为例说明
I1
s
U
r
s
U R1
c1
s
,
I
2
s
U
c1
s
R 2
U
c
s
Uc1 s
I1 s I2 s
C1S
,U c
s
1 C2S
I2 s
负载效应
机械网络 (机械振动基础)
单自由度系统
c
m
d
2 y(t) dt 2
k2 (t )
x2
F1 (t )
m1
0
0 m2
x1 x2
c1 c2
c2c2 c2Fra bibliotekx1 x2
k1 k2
k2
k2 k2
x1 x2
F1 F2
(t ) (t )
为形式：MX CX KX F 称为振动方程
第一主振型
第二主振型
二自由度系统的自由振动
Y1 s G11sU1 s G12 sU 2 s 二输入二输出系统 Y2 s G21sU1s G22 sU 2 s
或写作
Y1 s Y2 s
G11 s G21 s
G12 sU1s G22 sU 2 s
Gs就是该系统的传递函数阵
用拉氏变换做微分方程组的传递函数矩阵，中间变量的消元
其它： 机械传动系统； 液压系统； 机电系统； 热力学系统；等等
称为输出方程，描述了输出变量与状态变量（和输入 变量）间的线性组合变换关系，为代数方程。
C称为输出矩阵，D为直接传递矩阵。 状态方程与输出方程一起构成为系统的状态空间表达 式。状态空间描述把系统的运动归结为“输入-状态-输出”， 能更深刻地揭示系统运动的本质。
SISO系统的 系统状态图
主振型图
三自由度阻尼 振动系统
运用隔离体法，对每个质量块进行分析，可得该三自由 度系统的运动微分方程为：
..
.
.
.
m1 x1(t) F1(t) k1x1(t) c1 x1(t) k2 (x2 (t) x1(t)) c2(x2(t) x1(t))
..
.
.
.
.
m2 x2 (t) F2 (t) k2 (x2 (t) x1(t)) c2 (x2 (t) x1(t)) k3(x3(t) x2(t)) c3(x3(t) x2(t))
c
dy(t) dt
ky(t)
F
(t
)
弹簧-质量-阻尼器系统
(a)主动隔振力学模型 (b) 被动隔振力学模型
隔振的力学模型
二自由度振动系统：
具有黏性阻尼的二自由度 系统强迫振动：
mm12xx12
(c1 c2 x2
c2
)x1 (k1 k2 k2 x2 c2 x1
)x1 c2 x2 k2 x1 F2
输入函数：uT (t) u1(t),u2 (t), ,um (t)T
输出函数：cT (t) c1(t), c2 (t), , cr (t)T
系统的动态特性可用一阶微分方程组来描述如下：
矩阵形式为：
称为状态方程，记为： x Ax Bu
描述了输入作用下的系统状态运动过程。
称A为系统矩阵，B为输入矩阵或控制矩阵。
MIMO系统的系统状态图
状态变量的个数一般等于系统所包含的独立储能元件 的数目。一个n阶系统有n个独立的状态变量，为状态的最 大线性无关组，或称最小变量组。选择不唯一，一般取系统 中易于测量观测的量作状态变量。
前述的M-C-K系统的状态空间表达式即为： R-L-C系统的状态空间表达式即为：
状态空间表达式为现代控制理论的基本模型！同时也是动力学系 统研究的一种重要模型。 现代控制理论与经典控制理论特性的比较：
(1)状态空间描述是系统输入、状态和输出诸变量间的时域描述， 涉及系统全部信息，比传递函数法更为完善，为系统的内部描述法；
(2)状态空间描述特别适于多变量系统的描述； (3)状态空间描述法不仅适于线性系统，还适于时变系统，非线性 系统以及非零初始条件下的系统分析求解； (4)用向量、矩阵表达系统的状态空间方程，系统状态空间描述的 形式及其求解计算适于计算机处理、分析和设计，直观简单、方法统一； (5)n个一阶微分方程组的求解比一个n阶微分方程的求解简单，并 有标准型法、状态分解法等求解方法。 (6)输出反馈、状态反馈，可达到极点的任意配置，以及最优控制， 所用方法严谨统一，而基于传递函数的根轨迹法、频率响应法等经典设计 法，实质为一种试凑法，不能得到某种意义下的最优性能。
微分方程的求解 系统响应的求解、分析
（二）动态系统的现代数学模型及其分析
y x1
y x1
对于以上SISO线性系统，既可用高阶微分方程来描述 输入-输出关系：
也可用一阶微分方程组来描述：
对于MIMO系统，更适于用一阶微分方程组的形式来描述：
状态与状态变量 设以上MIMO系统的状态变量记为：
x2
F2
(t
)
0 0 m3 x3 0
c3 c3 x3 0
k3 k3 x3 F3 (t)
三自由度系统及其固有模态振型
连续体振动系统 均匀简支梁：
简支梁的前三阶主振型可形如下图所示：
均匀悬臂梁： 悬臂梁的前三阶主振型可形如下图所示：
对于多输入-多输出的系 统，要用传递函数关系 阵去描述它们间的关系， 如右图所示的系统
..
.
.
m3 x3(t) F3(t) k3(x3(t) x2 (t)) c3(x3(t) x2(t))
m1 0
0
m2
0 x1 c1 c2 c2 0 x1 k1 k2 k2 0 x1 F1(t)
0
x2
c2
c2 c3
c3
x2
k2
k2 k3
k3
一、机电一体化系统的建模
（一）动态系统的经典数学模型及其分析
物理的动力学系统，动态过程；能量、信号的转换作用。 系统数学模型的建立方法：
1）分析法（解析法），得到解析模型（机理模型）； 2）系统辨识。 系统的非线性、时变性的处理
用解析法建立系统微分方程、传递函数的一般步骤（经典模型）
➢分析系统工作原理和系统中变量的关系，确定系统的输入量与输 出量 ➢选择合适的中间变量，根据基本的物理定律，列写出系统中每一 个元件的输入与输出的微分方程式 ➢消去其余的中间变量，求得系统输出与输入的微分方程式 ➢对非线性项加以线性化 ➢或做拉普拉斯变换，变代数方程消元或用方框图等效、梅逊公式 等方法形成传递函数。
电气网络
（a）R-C电路1
（b）R-C电路2 R、C换位
（c）Ｒ-L-C电路
（d）R-C滤波网络
以（d）为例说明
I1
s
U
r
s
U R1
c1
s
,
I
2
s
U
c1
s
R 2
U
c
s
Uc1 s
I1 s I2 s
C1S
,U c
s
1 C2S
I2 s
负载效应
机械网络 (机械振动基础)
单自由度系统
c
m
d
2 y(t) dt 2
k2 (t )
x2
F1 (t )
m1
0
0 m2
x1 x2
c1 c2
c2c2 c2Fra bibliotekx1 x2
k1 k2
k2
k2 k2
x1 x2
F1 F2
(t ) (t )
为形式：MX CX KX F 称为振动方程
第一主振型
第二主振型
二自由度系统的自由振动
Y1 s G11sU1 s G12 sU 2 s 二输入二输出系统 Y2 s G21sU1s G22 sU 2 s
或写作
Y1 s Y2 s
G11 s G21 s
G12 sU1s G22 sU 2 s
Gs就是该系统的传递函数阵
用拉氏变换做微分方程组的传递函数矩阵，中间变量的消元
其它： 机械传动系统； 液压系统； 机电系统； 热力学系统；等等