第四章 機電控制系統(tǒng)的總體設計

1、第四章 機電控制系統(tǒng)的總體設計本章教學要點和要求1、 掌握機電控制系統(tǒng)的設計方法2、 掌握機電控制系統(tǒng)的總體設計內(nèi)容3、 掌握機電控制系統(tǒng)的總體設計步驟第一節(jié) 機電控制系統(tǒng)總體設計的概念一、 總體設計的概念機電控制工程是一門涉及光、機、電、液等綜合技術的一項系統(tǒng)工程。機電控制系統(tǒng)設計是按照機電控制的思想、方法進行的機電控制產(chǎn)品設計，它需要綜合應用各項共性關鍵技術才能完成。 隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，機電控制產(chǎn)品得到了迅速普及和發(fā)展，從家用電器到生產(chǎn)沒備，從辦公自動化設備到軍事裝備機與電緊密結合的程度都在迅速增強形成了一個縱深而廣闊的市場。市場競爭規(guī)律要求產(chǎn)品不僅具有高性能而且要有低價格 這就給

2、產(chǎn)品設計人員提出了越來越高的要求。另一方面，種類繁多、性能各異的集成電路、傳感器和新材料等，給機電控制系統(tǒng)設計人員提供了眾多的可選方案，使設計工作具有更大的靈活性。如何充分利用這些條件，應用機電控制技術開發(fā)出滿足市場需求的機電控制產(chǎn)品，是機電控制總體設計的重要任務。 系統(tǒng)的總體設計概念： 機電控制系統(tǒng)的總體設計是應用系統(tǒng)總體技術，從整體目標出發(fā)，綜合分析產(chǎn)品的功能要求和機電控制系統(tǒng)各組成模塊的特性，選擇最合理的模塊組合方案，實現(xiàn)機電控制系統(tǒng)整體優(yōu)化。第二節(jié) 機電控制工程總體設計的類型和方法一 機電控制工程總體設計的類型機電控制產(chǎn)品設計一般可分為三種類型，即開發(fā)性設計、適應性設計和變異性設計。

3、開發(fā)性設計：是在沒有參照產(chǎn)品的情況下進行的設計，僅僅是根據(jù)抽象的設計原理和要求，設計出在質量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品。例：最初的錄像機、攝像機、電視機等的設計就屬于開發(fā)性設計。開發(fā)性設計要求設計者具備敏銳的市場洞察力、豐富的想象力和廣泛而扎實的基礎理論知識。 例：料位器就是開發(fā)性設計 適應性設計：在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行局部更新，或用微電子技術代替原有的機械結構或成為了進行微電子控制對機械結構進行局部適應性設計，以使產(chǎn)品的性能和質量增加某些附加值。例：電子式照相機采用電子快門代替手動調(diào)整，使其小型化、智能化；汽車的電電子式燃油噴射裝置代替原來的機械控制燃油噴射裝置

4、等就屬于適應性設計。適應性設計要求設計者對原有產(chǎn)品及相關的市場需求變化和技術進步有充分的了解和掌握，變異性設計：是在原有產(chǎn)品的基礎上，針對產(chǎn)品原有缺點或新的工作要求 從工作原理、功能結構、執(zhí)行機構類型和尺寸等方面進行一些變異設計出新的產(chǎn)品以適應市場需求，增強市場競爭力。這種設計也可在設計方案和功能結構不變的情況下僅僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸，形成系列產(chǎn)品。變異性設計比較容易，但設計中必須注意采取措施防止因參數(shù)變化可能對產(chǎn)品性能產(chǎn)生的影響。例：印鈔打孔機就是將原來的打單孔改為打雙孔二 機電控制工程總體的設計方法機電控制工程的總體設計的方法通常有三種：機電互補法、結合法、組合法。1、機電互補法 機電

5、互補法也叫取代法，這種設計方法是用適當?shù)碾娮硬考〈承╆惻f、落后產(chǎn)品中的復雜機械部件或功能子系統(tǒng)。這種方法是改造傳統(tǒng)機械產(chǎn)品和開發(fā)新型產(chǎn)品常用的方法。例如，在某工作機械中，可用可編程控制器或微型計算機取代機械式變速機構、凸輪、離合器等控制機構，取代液壓，氣動控制系統(tǒng)，取代插銷板、撥碼盤、步進開關、程序鼓、時間繼電器等接觸式控制器 以彌補機械技術的缺陷。這種設計方法不僅可以簡化機械結構，而且可以改善產(chǎn)品的性能和質量。這種方法的缺點是跳不出原系統(tǒng)的框架，不利于開拓思路，尤其在開發(fā)全新的產(chǎn)品時更具有局限性。 例：鈔紙稱重系統(tǒng)就是機電互補法2、結合法 結合法就是將電子部件和機械部件結合設計新產(chǎn)品。采

6、用此方法設計的產(chǎn)品其功能部件(或子系統(tǒng))通常是專用的各要素間的匹配已得到充分考慮接口簡單。例如，高速磨床主軸與電動機做成一體就是采用結合法設計磨頭的例子。目前已生產(chǎn)出電動機與控制器做成一體的產(chǎn)品。設計新產(chǎn)品常用這種方法。3、組合法 組合法就是將用結合法(或機電互補法)制成的功能模塊組合成各種機電控制系統(tǒng)，它是一種拼接積木的設計方法。例如，將工業(yè)機器人的回轉、伸縮、俯仰、擺動等功能模塊系列組合成結構和用途不同的機器人。在機電控制系統(tǒng)設計中采用組合法,不僅可以縮短設計和制造周期，節(jié)約工裝費用，而且給生產(chǎn)管理和使用帶來方便。第三節(jié) 機電控制工程總體設計的內(nèi)容和步驟一、 機電控制工程總體設計的內(nèi)容1、

7、收集需求及資料 （1）收集需求：收集所設計產(chǎn)品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。此外還應，了解產(chǎn)品的極限工作環(huán)境、操作者的技術素質、用戶的維修能力等方面的情況。使用要求是確定產(chǎn)品技術指標的主要依據(jù)。（2）了解生產(chǎn)單位的設備條件、工藝手段、生產(chǎn)基礎等作為研究具體結構方案的重要依據(jù)，以保證縮短設計和制造周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質量（3）收集所設計的系統(tǒng)（設備）的性能指標功能性指標包括運動參數(shù)、動力參數(shù)、尺寸參數(shù)、品質指標等實現(xiàn)產(chǎn)品功能所必需的技術指標。 經(jīng)濟性指標包括成本指標、工藝性指標、標準化指標、美學指標等關系到產(chǎn)品能否進入市場并成為商品的技術指標。 安全性指標包括操作指標、自身保護

8、指標和人員安全指標等保證產(chǎn)品在使用過程中導致因誤操作或偶然故障而引起產(chǎn)品損壞或人身事故方面的技術指標。對于自動化程度較高的機電控制產(chǎn)品安全性指標尤為重要。(4) 搜集國內(nèi)外有關技術資料 搜集國內(nèi)外有關技術資料，包括現(xiàn)有同類產(chǎn)品資料、相關的理論研究成果和先進技術資料等。通過對這些技術資料的分析比較，了解現(xiàn)有技術發(fā)展的水平和趨勢。這是確定產(chǎn)品技術構成的主要依據(jù)。2、 對象分析按照第三章的內(nèi)容進行對象分析3、 功能設計一個機電控制系統(tǒng)（產(chǎn)品）通常有多項功能，按各個功能的性質、用途和重要程度可以將其分為基本功能和輔助功能，機電控制系統(tǒng)的功能設計就是確定該系統(tǒng)的主要功能和輔助功能，以滿足用戶的需求。功能

9、分類1、基本功能基本功能是產(chǎn)品具有的、滿足某種需求的、不可缺少的效能，體現(xiàn)出產(chǎn)品的用途和使用價值，是與設計和制造產(chǎn)品的主要目的直接相關的功能。一個產(chǎn)品如果失去了基本功能，也就失去了它的使用價值。根據(jù)基本功能的定義方式不同，一個產(chǎn)品可以有一個或若干個基本功能。例：手表的基本功能是“顯示時間”手表如果失去這種基本功能，就不再具有使用價值；剪刀的基本功能是修剪物品；電燈的基本功能是照明；冷暖空調(diào)的基本功能有兩個：夏天制冷、冬天制熱，也可以將空調(diào)的這兩個基本功能理解為一個基本功能調(diào)節(jié)室溫；車床的基本功能是車削工件；數(shù)控加工中心有多項基本功能，能夠進行車削加工、銑削加工、鉆孔、鏜削、切制螺紋等，也可以將

10、數(shù)控加工中心的這些基本功能理解為一個基本功能即切削加工。例：微機配料系統(tǒng)的基本功能是將多種料按一定的配料比例配置基本功能是產(chǎn)品主要的、不可缺少的要素，也是設計產(chǎn)品的基礎。2、輔助功能輔助功能與基本功能并存，是產(chǎn)品的次要或附帶的功能。它可以使產(chǎn)品的功能更加完善，增加產(chǎn)品的特色，屬于錦上添花的功能。一個產(chǎn)品沒有輔助功能，并不失去其使用價值。例：日歷表中顯示日歷的功能；自行車后面的書包架；轎車內(nèi)的音響與空調(diào)；電視機的遙控裝置；家具設計考慮搬運、庫存、折疊、拆裝等方面的功能，都屬于產(chǎn)品的輔助功能。恰當?shù)卦黾赢a(chǎn)品的輔助功能，產(chǎn)品的成本不會顯著提高，但是產(chǎn)品的附加值卻有可能大幅增加。例：微機配料系統(tǒng)中的班

11、產(chǎn)量的統(tǒng)計圖，配件過程圖就是輔助功能4、 原理設計原理設計概述產(chǎn)品原理設計的主要目標是：構思出能夠實現(xiàn)產(chǎn)品功能要求、品質好的原理方案。即確定實現(xiàn)功能的原理。原理方案的擬定從質的方面決定了產(chǎn)品的設計水平，因此，原理設計階段是實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，使產(chǎn)品的發(fā)生質變的階段。如何尋求出最適于實現(xiàn)預定功能目標的原理方案，是一項復雜的、沒有具體設計規(guī)律的工作。原理設計主要針對機電控制系統(tǒng)的主要功能提出原理性構思，通常用相關的原理圖表達原理設計的構思內(nèi)容。在設計科學研究過程中，人們逐漸認識到，產(chǎn)品機構或結構的設計往往首先由工作原理確定，而構思工作原理的關鍵是滿足產(chǎn)品的功能要求。實現(xiàn)產(chǎn)品功能的原理可能有多種形式即實現(xiàn)

12、同一種功能往往可以應用不同的原理。例如可能是物理原理或者是化學原理，或者是生物原理，或者是機械原理，等等。因此，原理設計實質上是概念設計階段的叉一個創(chuàng)新設計層，對產(chǎn)品的創(chuàng)新設計具有舉足輕重的意義。在總體設計的過程中往往要對原理進行實驗驗證 原理設計包括結構原理（機械結構簡圖）、檢測原理（傳感器確定）控制原理（控制框圖）三個方面例：券鈔箱開箱機中對箱蓋機械手的“夾緊”功能的原理設計從機械原理分析實現(xiàn)“夾緊”功能的原理有多種類型： 機械原理，其夾緊方式有楔塊夾緊、偏心盤夾緊、彈簧夾緊、螺旋夾緊，等等；從動力原理分析 液壓原理； 氣動原理； 電磁原理?？紤]到現(xiàn)場使用方便選用螺旋夾緊方式。 例：料位儀

13、中檢測“位置”的原理分析 聲音的三要素： 音調(diào)：指聲音的高低，由發(fā)聲體的振動頻率決定 響度：指聲音的強弱，由發(fā)聲體的振幅和發(fā)聲的遠近決定 音色：指對聲音的感覺特色，不同的發(fā)聲體發(fā)出的音色不同 控制原理 控制原理設計就是要選擇傳感器、控制微處理器、和執(zhí)行器。 例：大張離線檢測工作臺的控制結構圖如下： 例：料位儀的控制結構示意圖如下： 5、 總體精度分配 總體精度分配是將機、電、控、檢測各子系統(tǒng)的精度進行分配。精度分配時，應根據(jù)各子系統(tǒng)所用技術系統(tǒng)的特點進行分配，不應采取平均分配的方法，對于具有數(shù)字特征的電、控、檢測子系統(tǒng)，可按其數(shù)字精度直接分配，對于具有模擬量特征的機、電、檢測子系統(tǒng)，則可按技術

14、難易程度進行精度分配。在精度初步分配后，要進行誤差計算，把各子系統(tǒng)的誤差按系統(tǒng)誤差、隨機誤差歸類，分別計算，與分配的精度進行比較，進行反復修改，使各部分的精度盡可能合理，總體精度分配的目標是以滿足總體精度為約束，使各子系統(tǒng)的精度盡可能6、 總體布局設計 （1）總體布局設計 布局設計是總體設計的重要環(huán)節(jié)。布局設計的任務是，確定系統(tǒng)各主要部件之間相對應的位置關系以及它們之間所需要的相對運動關系。布局設計是一個帶有全局性的問題，它對產(chǎn)品的制造和使用都有很大影響。 a、總體布局設計的基本原則 功能合理 各分功能既易于實現(xiàn)又便于實現(xiàn)總功能，不論在系統(tǒng)的內(nèi)部還是外觀上都不應采用不利于功能目標的布局方案。

15、結構緊湊 內(nèi)部的結構緊湊要保證便于裝配維護，外部的結構緊湊是藝術造型的 良好基礎 層次分明 總體結構和所有部件的布置應力求層次分明，一目了然。 比例協(xié)調(diào) 這一原則按藝術造型方法實現(xiàn)。 b、系統(tǒng)總體布局的基本類型 由形狀、大小、數(shù)量、位置、順序五個基本方面進行綜合，可得出一般布局的類型： 按主要工作機構的空間幾何位置，可分為平面式、空間式等； 按主要工作機構的相對位置，可分為前置式、中置式、后置式等； 按主要工作機構的運動軌跡，可分為回轉式、直線式、振動式等； 按主要工作機構的布置方向，可分為水平式、直立式、傾斜式等： 按機架或機殼的形式，可分為整體式、組合式等。（2）人機系統(tǒng)設計 人機系統(tǒng)設計

16、是總體設計的重要部分之一，它是把人看成系統(tǒng)中的組成要素，以人為主體來詳細分析人和機器系統(tǒng)的關系。其目的是提高人機系統(tǒng)的整體效能，使人能夠舒適、安全，高效地工作。 a、人機系統(tǒng)設計的基本要求 人機系統(tǒng)設計應與人體的機能特性和人的生理，心理特性相適應。具體有以下要求： 總體操作布置與人體尺寸相適應；顯示清晰，易于觀察，便于監(jiān)控；例：人的視覺運動特性：人眼在水平方向運動比上下方向運動快，且不易疲勞。視線的習慣從左到右、從上到下移動，按順時針方向轉動。因此在設計人機的視覺界面是要充分考慮這一因素。網(wǎng)站中的標記（LOGO）往往都在左上角。 操作方便省力減輕疲勞；例：為了減少大張離線檢測工作臺的噪聲，講布

17、局電機由兩相改為三相的。 信息的檢測與處理與人的感知特性和反應速度相適應。例：大張檢測工作臺的顯示速度、網(wǎng)頁的打開速度等。 安全性、舒適性好使操作者心情舒暢情緒穩(wěn)定。 b、人機系統(tǒng)的結合形式 一般人機結合具體形式是有很大差別的但會有信號傳遞、信息處理、控制和反饋等基本功能。從工作特性來看，人機系統(tǒng)可分為開環(huán)與閉環(huán)兩種。人操作普通機床加工零件的系統(tǒng)就是一個開環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)的控制作用沒有影響。而數(shù)控機床加工零件的系統(tǒng)中一般具有反饋回路，系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)的控制作用有直接影響。按人在系統(tǒng)中扮演的角色來看，人機系統(tǒng)可分為人機串聯(lián)結合與并聯(lián)結合形式。 c、人機系統(tǒng)設計要點 人機系統(tǒng)的設計核心是確

18、定最優(yōu)的人機功能分配，將人和系統(tǒng)有機地結合起來組成高效的完整系統(tǒng)。(3) 藝術造型設計機電產(chǎn)品進人市場后首先給人的重要直觀印象就是其外觀造型，先入為主是用戶普遍的心理反應。隨著科學技術的高速發(fā)展，人類文化、生活水平的提高，人們的需求觀和價值觀也發(fā)生了變化，經(jīng)過藝術造型設計的機電產(chǎn)品已進人人們的工作、生活領域、藝術造型設計已經(jīng)成為產(chǎn)品設計的一個重要方面。 a、藝術造型設計的基本要求 布局清晰：條理清晰的總體布局是良好藝術造型的基礎； 結構緊湊：節(jié)約空間的緊湊結構方式有利于良好的藝術造型； 簡單：應使可見的、不同功能的部件數(shù)減少到最少限度，重要的功能操作部件及顯示器布置方式一目了然； 統(tǒng)一與變化：

19、整體藝術造型應顯示出統(tǒng)一成型的風格和外觀形象，并有節(jié)奏鮮明的變化，給人以和諧感； 功能合理：藝術造型應適于功能表現(xiàn)，結構形狀和尺寸都應有利于功能目標的體現(xiàn)； 體現(xiàn)新材料和新工藝 ：目的是體現(xiàn)新材料的優(yōu)異性能和新工藝的精湛水平。例：料位儀控制箱的面板顏色的選擇，傳感器材料（象牙色）的選擇。 b、藝術造型的三要素 藝術造型是運用科學原理和藝術手段，通過一定的技術與工藝實現(xiàn)的。技術與藝術的融合是藝術造型的特點。功能、物質技術條件和藝術內(nèi)容構成了機電產(chǎn)品藝術造型的三要素。這些要素之間存在著辯證統(tǒng)一關系，在藝術造型的過程中要科學地反映它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，通過藝術造型充分體現(xiàn)產(chǎn)品的功能美、技術美。 c、藝

20、術造型設計的基本過程 對一個機電產(chǎn)品藝術造型的具體構思來說考慮問題要經(jīng)過由功能到造型，由造型到功能的反復過程，同時又要經(jīng)過由總體到局部。由局部返回到總體的反復過程。因此，造型設計貫穿了產(chǎn)品設計的全過程，其設計特點最是以形象思維為主。 d、藝術造型設計要點 穩(wěn)定性：對于靜止的或運動緩慢且較重的產(chǎn)品應該在布置上力求使其重心得到穩(wěn)固的支撐，并從外觀形態(tài)到色彩搭配運用都給人以穩(wěn)定的感覺 運動特性：總體結構利用非對稱原理可以使產(chǎn)品具有可運動的特性。例如許多運輸設備，無論從上看，從前面看，或從后面看都是對稱的，給人以穩(wěn)定感。但從側面看不對稱的前后部分可使形狀產(chǎn)生動態(tài)感例如在長方形中利用斜線、圓角或流線來反

21、映運動特性。例如汽車的造型。 輪廓：產(chǎn)品的外形輪廓給人的印象十分重要，通常采用“優(yōu)先數(shù)系”來分割產(chǎn)品的輪廓，塑造產(chǎn)品協(xié)調(diào)、成比例的外觀給人以和諧的美感。1980年修改的GB 32164 優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系 簡化：產(chǎn)品外形上不同形狀和大小的構件越多，就越顯得繁雜，難于與簡單、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的要求相吻臺。因此，可把一協(xié)構件綜合起來盡量減少外露件的數(shù)目。 色調(diào)：色調(diào)的效果對人的情緒影響很大。選用合理的色調(diào)運用顏色的搭配組成良好的色彩環(huán)境，能使產(chǎn)品的藝術造型特征得以充分的發(fā)揮，滿足人們心理的審美要求。 工業(yè)中幾種主要顏色的應用： 紅色在工業(yè)上是安全用色，表示警告、危險、禁止、防火黃色在工業(yè)上代表警告、危險或提

22、醒注意。如工程車的車身顏色綠色代表清新、柔和、舒適、安全，可避免操作時眼睛的疲勞灰色代表樸素、安靜、大方，許多高科技產(chǎn)品尤其是和金屬材料有關的產(chǎn)品都會是灰色黑色代表樸實、堅固、雅致、穩(wěn)定、高貴，電視、轎車（官車）音響等使用黑色。白色代表潔凈、素雅、衛(wèi)生、明快等。例：大張離線檢測工作臺的顏色是選用：100圓桃紅色色、50圓淺綠色、10圓淺灰色，因此臺面的顏色要與這三種顏色有明顯的區(qū)別（反差），故只能是灰、白、黑色，而大面積使用黑色讓人感到壓抑、沉重、恐怖不可選；灰色又有單調(diào)、寂寞、乏味之感；而白色潔凈、素雅、衛(wèi)生、明快最后選用白色，同時也符合日常習慣。7、 編寫總體方案 編寫總體方案是使用文字、

23、表格、機械結構簡圖、控制結構示意圖等對所研發(fā)的機電控制系統(tǒng)進行論證、闡述和說明。二、機電控制工程總體設計的步驟機電控制系統(tǒng)總體方案的設計步驟是通用化的，它所對應可能是機械設備、檢驗儀器、控制系統(tǒng)或各種產(chǎn)品。其設計步驟如下：1、詳盡搜集用戶對所研發(fā)的機電控制工程（儀器、設備、項目、系統(tǒng)）的需求 設計任何系統(tǒng)首先要收集所有相關的信息，包括設計需求、背景技術資料等。設計人員在這一基礎上應做出用戶真正需要設計什幺樣的產(chǎn)品的判斷。這一步是進行總體方案設計的最基本的依據(jù)不可忽視。一般情況需要對下列設計需求做詳細的調(diào)查。 （1）設計對象自身的工作效率。包括年工作效率及小時工作效率。對于動力系統(tǒng)，還要了解機械

24、效率方面的需求。 （2）設計對象所具有的主要功能 包括總功能及實現(xiàn)總功能時分功能的動作順序，特別是操作人員在總功能實現(xiàn)中所介人的程度 （3）設計對象與其工作環(huán)境的界面。這主要有輸入、輸出界面、裝載工件形式、操作員控制器的界面、輔助裝置的界面、溫度、濕度、灰塵等情況以及這些界面中哪些是由設計人員保證的，哪些是由用戶提供的。 （4）設計對象對操作者技術水平的需求。要求操作人員達到什么技術等級，并具備哪些專長。 （5）設計對象是否被制造過，假如與設計對象類似的產(chǎn)品已在生產(chǎn)，則應參觀生產(chǎn)過程，并尋找有關的設計與生產(chǎn)文件。 （6）了解用戶自身的一些規(guī)定、標準。例如廠標，一般技術要求，對產(chǎn)品表面的要求(防

25、蝕、色彩等)。搜集資料：收集資料是指盡可能收集與所要研發(fā)的設備、系統(tǒng)、項目有關信息，并建立項目信息庫。具體有。a、 已有的與所研發(fā)的設備、系統(tǒng)、項目相似或相同的項目的相關資料b、 所有的外構件的企業(yè)的地址、價格的信息c、 所有外協(xié)件和技術支持人員的信息d、 相關的手冊資料e、 相關網(wǎng)站的地址2、設計對象工作原理 明確了設計對象的需求后就可以開始工作原理設計了，這是總體設計的關鍵。設計質量的優(yōu)劣取決于設計人員能否有效地對系統(tǒng)的總功能進行合理的抽象和分解，并能合理地運用技術效應進行創(chuàng)新設計，勇于開拓新的領域，探索新的工作原理，使總體設計方案最佳化，從而形成總體方案的初步輪廓。3、主要結構方案的選擇

26、 機械結構類型很多，選擇主要結構方案時必須保證系統(tǒng)所要求的精度、工作穩(wěn)定可靠、制造工藝性好，應符合運動學設計原則或誤差均化的原理。按運動學原則進行結構設計時，不允許有過多的約束。但當約束點有相對運動且載荷較大時，約束處變形大，易磨損，這時可以采用誤差均化原理進行結構設計，這時可以允許有過多的約束，例如滾動導軌中的多個滾動體，是利用滾動體的彈性變形使?jié)L動體直徑的微小誤差相互得到平均，從而保證了導軌的導向精度。 4、系統(tǒng)簡圖的繪制 選擇或設計了系統(tǒng)中各主要功能部件之后，用各種符號代表各子系統(tǒng)中功能部件，包括控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、機械執(zhí)行系統(tǒng)等，根據(jù)總體方案的工作原理，畫出它們

27、的總體安排，形成機、電有機結合的機電控制系統(tǒng)簡圖。 根據(jù)這些簡圖，進行方案論證并做多次修改，確定最佳方案。在總體安排圖中，機械執(zhí)行系統(tǒng)應以機構運動簡圖或機構運動示意圖表示，其他子系統(tǒng)可用方框圖表示。 總體設計步驟示意圖第四節(jié) 機電控制工程總體設計中應注意的問題 機電控制系統(tǒng)(或產(chǎn)品)設計是一項復雜的系統(tǒng)工程，它所包含的設計內(nèi)容是非常廣泛的，需要綜合應用各項共性關鍵技術才能完成。在機電控制系統(tǒng)(或產(chǎn)品)設計時應注意以下的問題。 (1)各種技術方案的等效性、互補性及可比性 機電控制設計突出體現(xiàn)在兩個方面：一方面，當產(chǎn)品的某一功能單靠某一種技術無法實現(xiàn)時，必須進行機械與電子及其他多種技術有機結臺的體

28、化設計；另一方面，當產(chǎn)品某一功能的實現(xiàn)有多種可行的技術方案時，也必須應用機電控制技術對各種技術方案進行分析和評價，在充分考慮同其他功能單元的連接與匹配的條件下，選擇最適合的技術方案。因此，機電控制設計必須充分考慮各種技術方案的等效性、互補性及可比性。 在某些情況下，產(chǎn)品的功能必須通過機電配合才能實現(xiàn)，這時兩種技術是相互關聯(lián)、相互補充的，即具有互補性。例：鈔券包裝箱開箱機器手的運動控制，僅靠電子裝置或機構都無法實現(xiàn)，只有兩者結合起來，并充分考慮機構的動力學特性與控制裝置硬件、軟件控制性能之間的相互影響和相互補充，才能獲得最佳的實現(xiàn)方案。當多種可行的技術方案同時存在時，說明在實現(xiàn)具體功能上它們具有等效性。如在機床上加工螺紋或齒輪時，工件與刀具之間的內(nèi)聯(lián)系可以通過機械方案實現(xiàn)，也可以通過電氣方案實現(xiàn)；然而等效并不是等價，孰優(yōu)孰劣需要通過評價才能知道。由于不同的技術方案往往具有不同的參量，評價時需要選擇具有相同量綱的性能指標(如成本、可靠性、精度等)，或引入新的參量(如時間等)將不同