机电一体化系统与技术基本概念与发展

1.3 机电一体化的相关技术
机电一体化技术是自动化技术之一！
自动化
过程自动化 机械自动化
主要目标
机电一体化
办公室自动化
1.3 机电一体化的相关技术
1 检测传感技术 2 信息处理技术 3 自动控制技术 4 伺服驱动技术 5 机械技术 6 系统总体技术
理论基础
系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基 础，也是机电一体化技术的方法论。
运输、包装及工程 用机电一体化产品
微机控制汽车、机车等交通运输工具 数控包装机械及系统
数控运输机械及工程机械设备
储存、销售用 机电一体化产品
自动仓库 自动空调与制冷系统及设备 自动称量、分选、销售及现金处理系统
社会服务性机 电一体化产品
家庭用机电 一体化产品
自动化办公设备 动力、医疗、环保及公共服务自动化设备
要求：高性能、高精度、高效率
1.2 机电一体化系统的构成
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
1.2 机电一体化系统的构成
电子控制单元
参数变 化信息
检测传 感部分
控制 信息
执行器 能 量
检测 参数
驱 动 力
机械本体
动力源
以下产品不是属于机电一体化产品（系统）？ 机器人 微机控制型缝纫机
机电一体化是 机械系统
1.1 基本概念
机电一体化技术：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，以实现整个系统最 佳化的一门新科学技术。
机电一体化不是机械 与电子简单的叠加，而 是在信息论、控制论和 系统论的基础上建立起 来的应用技术
文教、体育、娱乐用机电一体化产品 微机或数控型耐用消费品 炊事自动化机械 家庭用信息、服务设备
科研及过程控制 用机电一体化产品
测试设备
控制设备
信息处理系统
农、林、牧、渔及其它民用机电一体化产品 航空、航天、国防用武器装备等机电一体化产品
数 控 铣 床
数控车床
焊接机器人
汽车防抱死系统(ABS)
机电一体化最早(1971年)起源于日本,
Mechatronics =Mechanics+ Electronics
1981年日本提出:机电一体化是在机械的主功 能、动力功能、信息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成 的系统。美国机械工程师协会解释：机电一体化 是由计算机信息网络协调与控制的用于完成包括 机械力、运动和能量流等多动力学任务的机械和 机电部件相互联系的系统。
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2、控制的手段和方法 ⑴ 反馈控制（控制的主要手段）； ⑵ 信息方法： ⑶ 黑箱方法： ⑷ 功能模拟方法。
三、信息论 什么是信息？目前关于信息的定义，从不同学科，不同
侧面可得到几十种不同的说法，至今学术界还未统一 。 有的认为信息是精神实体的特征，有的认为信息是以“信
息场”的形态存在的物质，有的认为信息是事物的运动状态或 运动能量序列；有的认为信息是一种客观而不实在的东西； 有的认为信息是一切物质的普遍属性，是系统的功能现象； 有的认为信息是事实和数据的组合或认为信息是具有新内容、 新知识的消息，如情报、指令、代码、语言、文字和图象等。
四、系统论、控制论和信息论的相互关系
信息论研究的是如何认识信息和度量信息。 而系统论和控制论是研究如何利用信息，系统 论是利用信息来实现系统最优化，控制论是利 用信息来实现系统的有目的最佳控制。
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）
1.2 机电一体化系统的构成
3、检测传感装置 检测产品内部状态和外部环境，实现计测 功能。 要求：体积小、精度高、抗干扰
4、电子控制单元 处理、运算、决策，实现控制功能。
要求：高可靠性、柔性、智能化
1.2 机电一体化系统的构成
5、执行机构
包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成 要求的动作，实现主功能。
电子学 机
械 机电一
学
体化
信息科学
机电一体化一般包含机电一体化产品 (系统)和机电一体化技术两层含义。
机电一体化 区别
传统机械系统
1、柔性化 2、智能化
1.2 机电一体化系统的构成
1、机械本体 机身、框架、机械联接等产品支持机构，
实现构造功能。
要求：可靠、小型、美观
2、能源 提供能量，转换成需要的形式，实现动力 功能。 要求：效率高、可靠性好
二、控制论
控制论是研究各种系统的控制和调节一般规律的科学。控 制论已经经历了三代：经典控制论、现代控制论和大系统控制 论。 1、控制的实质
所谓控制是指按给定的条件和预定目标，对一个过程或一 序列事件施加影响的作用。
系统一般都是有若干个可能的状态，控制的实质就是在各 种可能状态中选译一种。从信息角度看，控制是获取信息、处 理信息和利用信息调整系统的结构以实现系统所追求的目的的 过程。所以信息是控制的基础，而控制论就是研究对信息的处 理利用。控制的作用就是要使系统可能的状态数减少，即使不 确定性减少，从信息角度看控制就是输入信息，使系统有序性 增加。
自动对焦照相机 装有微型计算机的电视机
数控机床 电子排版印刷系统 CAD／CAM系统
机电一体化产品中一定要有运动机械，并且 采用了电子技术使运动机械实现柔性化和智 能化。
机电一体化产品分类：
数控机床、机器人、自动生产设备
生产用机电 一体化产品
柔性生产单元、自动组合生产单元
FMS、无人化工厂、CIMS
机电一体化系统和技术的 基本概念与发展
第一章 机电一体化基本概念
1.1 机电一体化基本概念 1.2 机电一体化发展概况 1.3 机电一体化系统的构成 1.4 机电一体化的相关技术 1.5 机电一体化系统设计 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
1.1 基本概念
一、系统论：
1、 什么是系统：处在环境之中相互作用和相互依赖的若干部 分（因素）组成的具有一定结构和确定功能的有机整体就称 为系统。
2、系统的基本组成：现代科学认为世界存在物质（材料）、 能量和信息三大要素。任何系统都是物质、能量和信息相互 作用和有序化运动的产物。 总之就是，把研究对象作为一个有机整体来加以考察， 以寻求解决整体与部分之间相互关系的模式，原则和方法。