机电系统综合设计1

第一章 机电系统概述
机电系统综合设计
1.1 机电系统——机电一体化的系统

机电一体化
利用电子、信息（包括传感器、控制、计算机等）
技术使机械柔性化和智能化的技术。
Mechatronics为日本学术界创造的词汇，由机械和
电子的英文单词Mechanism和Electronics组合而成。
机电一体化技术可以实现机械的柔性化和智能化
机电学院本科课程
机电系统综合设计（全套）
参赛选手：****
机电系统综合设计
课程介绍
内容概述
考核与成绩评定
参考书目
课程介绍

本课程以典型机电系统的构成与工作原理为实 例，介绍构成机电系统所需的典型机械机构、 传感器、执行装置、计算机控制技术等内容， 从系统论、信息论和控制论的观点出发，培养 学生对机电系统的设计、分析能力，为从事机 电系统的设计及其相关工作打好基础。

1.1 机电系统——机电一体化的系统

机电系统的产生与发展
1970年代以后，随着微处理器引入控制领域，可编
程控制和智能决策引入自动化设备系统中。

数字计算机不仅使控制功能复杂程度超过先前的机械或 电气设备，同样使先前不可能实现的设计成为现实。控 制功能不仅包含了伺服控制还有许多运算逻辑，错误判 断，元件状态监测，网络通信，非线性最佳自适应控制 策略。许多功能只用模拟运算电路是不可能实现的。使 用数字控制器，这些功能很容易实现，仅仅只是软件上 的编码而已。
柔性化：机构具有相当的灵活性，可实现微小运动和复 杂运动 智能化：系统具有很强的控制能力，甚至有一定的学习 能力

简而言之，机电系统就是机电一体化的系统。
1.1 机电系统——机电一体化的系统

机电一体化的目标
机电一体化的目标是将机械技术与电子技术结合，
充分发挥各自的长处，弥补各自技术上的不足。
1.机电一体化技术的发展历程
2.机电系统一般组成

第二章 机电系统的控制（6学时）
1.控制系统的构成与原理 2.典型控制方法

第三章 传感测控技术（6学时）
1.机电一体化系统常用的传感器类型与工作原理 2.测量与控制系统的构成与工作方式
内容概述

第四章 机电执行装置与机械机构（4学时）

另一个完全有机械装置构成的经典自动化控制系统是瓦 特的飞球控制器，用来调节发动机转速。
1.1 机电系统——机电一体化的系统

机电系统的产生与发展
使用运算放大器的模拟伺服控制器促成了机电系统
的第二次变革。
自动化系统不必是纯 机械式。运算放大器 会比较设定数据和测 量数据，基于二者差 值驱动致动器。这个 原理发展成后来的机 电伺服控制系统。 右图为模拟式电热控 制器原理。
机械的强度高，输出功率大，可承受大载荷，但微小运 动和复杂运动不易实现； 电子领域的传感器和计算机可以实现高精度的检测与控 制，但电子技术却无法自行实现重载荷条件下的运动；

将机械技术和电子技术相结合，实现重载条件下的
微小运动或复杂运动。
机电系统实例
Yamaha数控雕刻机
流水线上的工业机器人
1.1 机电系统——机电一体化的系统

机电系统的产生与发展
1970年代以后，随着微处理器引入控制领域，可编
程控制和智能决策引入自动化设备系统中。

引入微控制器后，自动化工业在产品和产品生产方式上 有了很大的变化。基于微控制器的嵌入式微控制器使可 编程生产过程数量增多，如装配线，CNC工具，材料处 理。这改变了生产过程，减少了劳动力使用，增加了生 产力。产品本身也发生了改变。
1.2 机电一体化为机电系统带来的优势

使产品具有原来所不具 备的新功能

改善生产的工艺性 使产品结构更为紧凑

增强产品的柔性，即所
谓的Flexibility


减少产品零部件数量
提高产品可靠性


改善操作性能
满足多样性的需求


提高品质
节省能源消耗

扩大设计的灵活性

降低成本
1.2 机电一体化为机电系统带来的优势

1.1 机电系统——机电一体化的系统

机电系统的产生与发展
早期自控系统完成自动控制完全依靠机械方式。

例如，水箱实现水位调节时将阀门和浮球连接预设设定 水位有浮球高度或者连接臂长度决定。浮球打开或关闭 阀门以维持预定水位。
1.1 机电系统——机电一体化的系统

机电系统的产生与发展
早期自控系统完成自动控制完全依靠机械方式。

机电一体化技术的本质是将电子技术引入到机 械控制中：
利用传感器检测机械的运动，将检测信息输入到计
算机，经计算得到能够实现预期运动的控制信号， 由此来控制执行装置。


课程介绍

通过本课程学习，对典型机电系统能够从系统 的观点进行分析，并能从宏观上进行机电系统 技术架构的基本设计，对机电系统所综合的机 械、电子、电气、控制工程、信息和计算机技 术等诸多学科知识进行系统归纳。
机电系统综合设计
课程介绍
内容概述
考核与成绩评定
参考书目
内容概述（共32学时）

第一章 机电系统概述（2学时）
课程介绍
内容概述
考核与成绩评定
参考书目
考核与成绩评定

平时考察与考试环节结合。 各教学环节占总分的比例
平时及实践环节：30%，考试：70%。
机电系统综合设计
课程介绍
内容概述
考核与成绩评定
参考书目
参考书目



三浦宏文（日）《机电一体化实用手册》，科 学出版社，北京，2005 伍清河，计算机控制系统 传感器技术相关教材 机电接口技术相关教材
1.1 机电系统——机电一体化的系统

机电系统的产生与发展
机电设备和其系统是自动化系统的自然演变产品。
可以从三个方面窥视这个演变：
纯机械自动化系Байду номын сангаас(1990早期及以前) 带有电气元件(如继电器器、晶体管、放大器)的自动化 设备(1900前——1970) 计算机自动化控制系统(1970年代——现在)
1.执行装置、机械机构的作用
2.典型机电执行装置和机械机构

第五章 机电系统实例分析（6学时）
消费电子产品中的机电系统实例分析（2学时） 工业领域中的机电系统实例分析（1学时） 汽车与机电系统（1学时） 机电系统与武器系统（2学时）

实践环节 机电系统综合设计实践（8学时）
机电系统综合设计