机电一体化原理及应用第一章

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§1 机电一体化的基本概念
机电一体化的发展根本原因，在于生产的发展和科学技术 的进步，尤其是自动化技术和计算机科学起了重要作用。
系统工程、控制论、信息论
这三门学科的诞生为机电一体化技术提供了理论基础 和方法论。
微电子技术的发展为机电一体化技术奠定了物质基础。
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“机电一体化”起源：
因此机械本体总的发展趋势是： 结构简单、加工制造方便、通用性强。
当然，不怎么变，机械本体只会变更加合理，决不会消失。
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二、传感检测部分
1、概念
用于检测各部分的状态参数和环境参数的部分。 主要用各种传感器及相应的检测及放大电路实现。
2、功能
把系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状 态进行检测，变为可识别的信号，再传递给信息处理和控制 部分，经处理后产生响应的控制信息。
过执行机构来实现的，它直接和被控对象打交道，按照指令 准确、迅速、可靠地实现对被控对象的调整和控制。没有它 其它部分再好也等于零。
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2、执行机构应具有的性能
① 可靠性高。
执行机构直接和被控对象打交道，一般地说说所处的环 境比较恶劣。因此要求执行机构不能经常出故障。有的故障 是一般性的，有的则是致命的。如：
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§1 机电一体化的基本概念
简单地讲：
机电一体化是机械与电子技术有机结合的产 物。
机电一体化是一个新兴的边缘学科，代表着 机械工业技术革命的前沿方向
机电一体化是以机械学为基础，利用微电子、 计算机、传感器、控制理论等众多相关学科 的理论和技术而形成的一门新的学科。主要 研究机械电子的理论和技术应用。
洗衣机的排水阀的不准确可使排水不畅 导弹方向控制不准确可能会… ④ 高效率。
执行机构应具有高效率，尽量减少能量的损失，这在大 型机电设备尤为重要。
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1984年美国机械工程师协会(ASME)的一个专家组在给美国 国家科学基金的报告中提出现代机械系统的定义：
由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械系 统、运动和能量流等动力学任务的机械（或机电部件）相互 联系的系统，这实质上就是机电一体化的机械系统。
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，给出了以下的定义：
机电一体化原理及应用
讲述人：王德堂
机电一体化的相关主要课程：
机械工程设计基础 液压与气压传动 械创新设计 电路与电机 电子技术 单片机原理与接口技术 电气控制与PLC应用 传感器应用
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第一章 机电一体化系统的概论
▪ 机电一体化系统的概念 ▪ 机电一体化系统的主要组成部分 ▪ 机电一体化共性关键技术 ▪ 机电一体化应用及发展前景
洗衣机不转。照相机快门不动作。 机床不换刀。 汽车煞车不动作。 火箭点火失灵。 导航失灵。
② 响应迅速（动态性能好）。
响应迅速可以提高生产效率。另一方面有些执行机构的
快速响应是必须的。
如导弹的方向修正。防空系统火力发射。汽车刹车。
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③ 动作准确。
动作不准确可能会造成较大的误差，也可能造成致命的 损失。如：进刀量的不准确可能造成废品。
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三、执行部分（执行机构）
1、功能
接收信息处理部分发出的指令，完成所需要的动作。
执行机构是运动部件，将输入的各种形式的能量转换为机械 能（如人的四肢）。
例如：自动洗衣机完成洗涤、脱水、烘干等 自动机床自动换刀、切削量、工作台换向或更 换等 火箭发射的自动点火、自动定向、分级等
完成这些操作虽然需要组成部分的协调工作，但最终是通
最早，1971年日本“机械设计”杂志副刊提出了 Mechatronics (Mechanics + Electronics),日本人造的英 语单词，目前已被普遍接受和承认。
几种描述： 1983年日本振兴协会提出：
机械电子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。
2、功能
构造系统的各子系统，零部件按照一定的空间和时间的关系 安置在一定的位置上，并保持Fra Baidu bibliotek定的关系，形成最佳的匹配 方式。
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3、机械本体的发展
机电一体化的产品众多，多层次，繁简各异，其机械本体有 的很简单，有的很复杂。
如电子表外壳、打印机外壳、支架、机床的床身，大型数控 支承体等。
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。
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1991年英国创刊了国际性期刊《Mechatronics》，在其刊物 的编辑方针提出：
机电一体化的基本形式可以视为在现代工程技术中机械 与电气科学的结合。
它是一种相对新的概念，涉及系统、部件和产品的设计， 其次目的是在基本机械结构及其总体控制之间求得最佳平衡。
电一体化、机电仪一体化及机电信一体化，实 质上都可归结为机电一体化。
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§2 机电一体化系统的主要组成部分（要素）
机械本体 传感检测部分 执行部分 动力部分 驱动部分 信息处理及控制部分。
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一、 机械本体
1、概念
机械本体就是其机械结构部分。 包括机械结构装置和机械传动装置，属于产品的基础部分。 机身、床身、框架、机械的联结和支承等均属于机械本体。
术、计算机和信息处理技术等现代高新技术群 体基础上发展起来的一种高新技术。
机电一体化包括的内容非常广泛，表现为一种
崭新的学术思想，它除了强调机与电的有机结 合外，还具有更深刻、更广泛的涵义。
按照机电一体化的思想，凡是由各种现代高新 技术与机械和电子技术相互结合而形成的各种 技术、产品（或系统）都属于机电一体化的范 畴。 因此，人们常说的机电液一体化、光机
1996年3月，国际电气与电子工程师学会（IEEE）与美国机 械工程师学会（ASME）联合创刊《机电一体化学报》，在 第一期编者的话中将机电一体化定义为：
在工业产品和过程的设计制造中，机械工程与电子和智 能计算机控制的协同集成。
描述不尽相同，概述一起应该是：
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机电一体化技术是以系统论、控制论和信息论 为理论基础和方法论，在机械技术、微电子技