機(jī)電一體第一章 總論課件

機(jī)電一體化丁問(wèn)司華南理工大學(xué)汽車工程學(xué)院工程車輛系機(jī)電一體第一章總論目錄第一章緒論第二章測(cè)量系統(tǒng)第三章傳感器和轉(zhuǎn)換器第四章信號(hào)處理第五章干擾與噪聲第六章機(jī)械電子中的微處理器（單片機(jī)、PLC、DSP）第七章嵌入式微處理器的設(shè)計(jì)機(jī)電一體第一章總論第八章機(jī)械電子中的微機(jī)控制第九章機(jī)械電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控第十章驅(qū)動(dòng)器和執(zhí)行器第十一章電器執(zhí)行元件第十二章液壓與氣動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)第十三章機(jī)械電子系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)第十四章基于機(jī)電控制的生產(chǎn)物流系統(tǒng)第十五章機(jī)器人技術(shù)第十六章車輛訓(xùn)練模擬技術(shù)第十七章電液流控技術(shù)機(jī)電一體第一章總論第一章概論第一節(jié)機(jī)電一體化基本概念第二節(jié)機(jī)電一體化發(fā)展概況第三節(jié)機(jī)電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成第四節(jié)機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類第五節(jié)機(jī)電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)第六節(jié)典型機(jī)電一體化控制系統(tǒng)第七節(jié)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)及其工程路線第八節(jié)機(jī)電系統(tǒng)(產(chǎn)品)設(shè)計(jì)程序、準(zhǔn)則和規(guī)律

機(jī)電一體第一章總論第一節(jié)機(jī)電一體化基本概念起源定義各種不同的說(shuō)法機(jī)電一體化的范疇內(nèi)容關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)附加值機(jī)電一體第一章總論起源◆70年代初起源于日本。英文名字——Mechatronics,它取英語(yǔ)Mechanics(機(jī)械學(xué))的前半部分和Electronics（電子學(xué)）的后半部分拼合而成，字面上表示機(jī)械學(xué)與電子學(xué)兩個(gè)學(xué)科的綜合，我國(guó)通常稱為機(jī)電一體化或機(jī)械電子學(xué)。機(jī)電一體第一章總論定義目前人們對(duì)機(jī)電一體化存在各種不同的認(rèn)識(shí)，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“機(jī)電一體化”本身的涵義也還在被賦予新的內(nèi)容。因此，“機(jī)電一體化”這一術(shù)語(yǔ)尚無(wú)統(tǒng)一的定義。其基本概念和含義可概括為：從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上有機(jī)地加以綜合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)最優(yōu)化而建立的一門新的科學(xué)技術(shù)。機(jī)電一體第一章總論各種不同的說(shuō)法機(jī)電一體化是指機(jī)械裝置和電子設(shè)備適當(dāng)?shù)亟M合起來(lái)，構(gòu)成機(jī)械產(chǎn)品或機(jī)電一體與機(jī)信一體的新趨?！毡緳C(jī)械振興協(xié)會(huì)是機(jī)械技術(shù)的機(jī)械學(xué)和電子技術(shù)的電子學(xué)組合起來(lái)的技術(shù)進(jìn)步的總稱。——日經(jīng)產(chǎn)業(yè)新聞機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱?！毡緳C(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所

機(jī)電一體第一章總論機(jī)電一體化的范疇

機(jī)電一體化是一種新的學(xué)術(shù)思想，它除了強(qiáng)調(diào)機(jī)與電的有機(jī)結(jié)合，還具有更深刻、更廣泛的涵義。按照機(jī)電一體化的思想，凡是由各種現(xiàn)代高新技術(shù)與機(jī)械和電子技術(shù)相互結(jié)合而形成的各種技術(shù)、產(chǎn)品(或系統(tǒng))都應(yīng)屬于機(jī)電一體化范疇。機(jī)電一體第一章總論

因此，目前人們談?wù)摰臋C(jī)電液(液壓)一體化、機(jī)電光(光學(xué))一體化、機(jī)電儀(儀器儀表)一體化以及機(jī)電信(信息)一體化等，實(shí)質(zhì)上都可歸結(jié)為機(jī)電一體化。機(jī)電一體第一章總論

機(jī)電一體化并非是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的簡(jiǎn)單疊加，而是有著自身體系的新型學(xué)科，是以機(jī)械、電子技術(shù)為主的多門技術(shù)學(xué)科相互結(jié)合發(fā)展的產(chǎn)物。

機(jī)電一體化打破了傳統(tǒng)的機(jī)械工程、電子工程、信息工程、控制工程等舊學(xué)科的分類方法，形成了融機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體，從系統(tǒng)的角度分析與解決問(wèn)題的一門新興的交叉學(xué)科。機(jī)電一體第一章總論內(nèi)容機(jī)電一體化是一個(gè)綜合的概念，包含了技術(shù)、產(chǎn)品和工程三方面內(nèi)容。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化工程機(jī)電一體第一章總論機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)是指包括技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)原理在內(nèi)的、使機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是建立在機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感與測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)群體基礎(chǔ)之上的一種高新技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)的突出特點(diǎn)在于它在機(jī)械產(chǎn)品中注入了過(guò)去所沒(méi)有的技術(shù)－－信息處理和自動(dòng)控制。機(jī)電一體第一章總論機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品是指采用機(jī)電一體化技術(shù)，在機(jī)械產(chǎn)品基礎(chǔ)上創(chuàng)造出來(lái)的新一代機(jī)電產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有高新技術(shù)含量，其技術(shù)附加值隨機(jī)電結(jié)合程度的加深而提高。下圖反映了不同年代的產(chǎn)品技術(shù)附加值和技術(shù)構(gòu)成比例的發(fā)展情況。機(jī)電一體第一章總論圖1-1機(jī)電一體第一章總論對(duì)機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)附加值的認(rèn)識(shí)當(dāng)代產(chǎn)品中，單純機(jī)械技術(shù)的附加值含量越來(lái)越少，而微電子技術(shù)的附加值含量卻越來(lái)越多。隨著年代的發(fā)展，這種趨勢(shì)還將增加。但這并不等于說(shuō)，微電子技術(shù)可以脫離機(jī)械技術(shù)而在機(jī)械領(lǐng)域獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，而是意味著，機(jī)械技術(shù)只有同微電子技術(shù)相結(jié)合；傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品只有向機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，才是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的唯一出路。機(jī)電一體第一章總論第二節(jié)機(jī)電一體化發(fā)展概況

在機(jī)電一體化這一概念出現(xiàn)之前，世界各國(guó)科技工作者已為機(jī)械與電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合自覺(jué)不自覺(jué)地作了許多工作，研究和開發(fā)了不少機(jī)電一體化產(chǎn)品，如通信電臺(tái)的自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)、雷達(dá)伺服系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等。70年代初，形成比較完整的機(jī)電一體化概念。此后由于大規(guī)模集成電路技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，在以機(jī)械工業(yè)為主的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中引發(fā)了一場(chǎng)大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。目前，機(jī)電一體化產(chǎn)品已經(jīng)滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和日常工作、生活的各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)電一體第一章總論典型機(jī)電一體化產(chǎn)品辦公自動(dòng)化設(shè)備：打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等醫(yī)療器械：腦CT、核磁共振成像診斷儀、纖維光束內(nèi)窺鏡等；機(jī)械制造設(shè)備：數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化物料搬運(yùn)車等；智能交通運(yùn)輸設(shè)備等家用電器：電冰箱、全自動(dòng)洗衣機(jī)、錄像機(jī)等機(jī)電一體第一章總論機(jī)電一體化的目的使產(chǎn)品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性省材料、省能源使產(chǎn)品向輕、薄、細(xì)、小、巧方向發(fā)展不斷滿足人們生活的多樣化要求和生產(chǎn)的省力化、自動(dòng)化需求。機(jī)電一體第一章總論發(fā)展理論基礎(chǔ)：系統(tǒng)工程、控制論和信息論物質(zhì)基礎(chǔ)：微電子技術(shù)、半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：機(jī)電一體第一章總論相互關(guān)系*一方面微電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，另一方面機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了微電子技術(shù)的發(fā)展。例如：大規(guī)模集成電路芯片的制造有賴于超精密機(jī)械加工，而超精加工設(shè)備本身又是一種計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化設(shè)備，即典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。所以說(shuō)：機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)生，既是機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，又是系統(tǒng)工程、控制論和信息論付諸實(shí)踐的結(jié)果。機(jī)電一體第一章總論發(fā)展趨勢(shì)性能上：向高精度、高效率、高性能、智能化的方向發(fā)展；功能上：向小型化、輕型化、多功能方向發(fā)展；層次上：向系統(tǒng)化，復(fù)合集成化的方向發(fā)展。機(jī)電一體第一章總論第三節(jié)機(jī)電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成

一、功能構(gòu)成

目的功能

內(nèi)部功能二、機(jī)電一體化基本結(jié)構(gòu)要素機(jī)電一體第一章總論目的功能對(duì)輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三要素)進(jìn)行某種處理，輸出具有所需形式或所需特性的物質(zhì)、能量和信息，如圖。機(jī)電一體第一章總論內(nèi)部功能：產(chǎn)品的目的功能是通過(guò)其內(nèi)部功能實(shí)現(xiàn)的。機(jī)電一體化產(chǎn)品具備五種內(nèi)部功能：

1主功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目的的直接必需的功能，主要是對(duì)物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進(jìn)行變換、傳遞和存儲(chǔ)。

2動(dòng)力功能是向系統(tǒng)提供動(dòng)力、使系統(tǒng)得以運(yùn)轉(zhuǎn)的功能

3計(jì)測(cè)功能是獲取系統(tǒng)內(nèi)部、外部信息的功能

4控制功能是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)施目的功能

5構(gòu)造功能是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時(shí)間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。圖1-3表達(dá)了CNC(計(jì)算機(jī)數(shù)控)機(jī)床的內(nèi)部功能構(gòu)成情況。機(jī)電一體第一章總論圖1-3CNC(計(jì)算機(jī)數(shù)控)機(jī)床的內(nèi)部功能構(gòu)成情況機(jī)電一體第一章總論二、機(jī)電一體化基本結(jié)構(gòu)要素人體五大要素及其功能的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖1-4機(jī)電一體化產(chǎn)品的組成要素及其功能的對(duì)應(yīng)關(guān)系：圖1-5機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素功能要素之間的關(guān)系機(jī)電一體第一章總論圖1-4機(jī)電一體第一章總論圖1-5機(jī)電一體第一章總論機(jī)電一體化系統(tǒng)的

基本功能要素

1.機(jī)械本體

2.動(dòng)力部分

3.檢測(cè)部分

4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)

5.控制器

6.接口機(jī)電一體第一章總論1.機(jī)械本體包括機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置.功能：使構(gòu)造系統(tǒng)的各子系統(tǒng)、零部件按照一定的空間和時(shí)間關(guān)系安置在一定的位置上，并保持特定的關(guān)系。要求：高精度、輕量化和高可靠性。機(jī)電一體第一章總論2.動(dòng)力部分其功能是按照機(jī)電一體化系統(tǒng)的要求為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力使系統(tǒng)正常運(yùn)行。用盡可能小的動(dòng)力輸入獲得盡可能大的輸出，是機(jī)電一體化系統(tǒng)的顯著特征。包括電源、電動(dòng)機(jī)等執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)電路。機(jī)電一體第一章總論3.檢測(cè)部分功能是把系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，變成可識(shí)別信號(hào)，送往控制裝置，經(jīng)過(guò)信息處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。包括各種傳感器及其信號(hào)檢測(cè)電路。機(jī)電一體第一章總論4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)部件，它將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。根據(jù)控制信息和指令完成所要求的動(dòng)作。包括機(jī)械傳動(dòng)與操作機(jī)構(gòu)。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為兩類：電氣式執(zhí)行機(jī)構(gòu)和液壓式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)電一體第一章總論

電氣式執(zhí)行機(jī)構(gòu)按運(yùn)動(dòng)方式的不同又可分為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)元件和直線運(yùn)動(dòng)元件，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)元件主要指各種電動(dòng)機(jī)，直線運(yùn)動(dòng)元件有電磁鐵、壓電驅(qū)動(dòng)器等。液壓式執(zhí)行部件主要包括液壓缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件。機(jī)電一體第一章總論5.控制器控制器是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心部分。它根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)信息和系統(tǒng)的目標(biāo)，進(jìn)行信息處理，按照一定的程序發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)輸出接口送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制整個(gè)系統(tǒng)有目的地運(yùn)行，并達(dá)到預(yù)期的性能?？刂破魍ǔＪ怯呻娮与娐坊蛴?jì)算機(jī)組成。機(jī)電一體第一章總論6.接口機(jī)電一體化系統(tǒng)由許多要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)之間必須能順利進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換，為此各要素或各子系統(tǒng)相接處必須具備一定的聯(lián)系部件，這個(gè)部件就稱為接口。接口具有保證信號(hào)傳遞的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定模式進(jìn)行傳遞。接口的基本功能：機(jī)電一體第一章總論接口的基本功能:1.交換：需要進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)之間,若信號(hào)的模式不同(如數(shù)字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續(xù)脈沖與序列脈沖等），就無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)信息或能量的交流。通過(guò)接口完成信號(hào)或能量的統(tǒng)一。2.放大：在兩個(gè)信號(hào)強(qiáng)度相差懸殊的環(huán)節(jié)間，經(jīng)接口放大，達(dá)到能量的匹配。3.傳遞：變換和放大后的信號(hào)在環(huán)節(jié)間能可靠、快速、準(zhǔn)確地交換，必須遵循協(xié)調(diào)一致的時(shí)序、信號(hào)格式和邏輯規(guī)范。機(jī)電一體第一章總論接口分為四種（按輸入／輸出功能）

機(jī)械接口根據(jù)輸入／輸出部位的形狀、尺寸精度、配合、規(guī)格等進(jìn)行機(jī)械聯(lián)接，如聯(lián)軸節(jié)、管接頭、法蘭盤、萬(wàn)能插口、接線柱、接插頭與接插座及音頻盒等。物理接口受通過(guò)接口部位的物質(zhì)、能量與信息的具體形態(tài)和物理?xiàng)l件約束，如受電壓、頻率、電流、電容、傳遞扭矩的大小、氣(液)體成分(壓力或流量)約束的接口。信息接口受規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)、法律、語(yǔ)言、符號(hào)等邏輯、軟件的約束，如GB、ISO、ASCII碼、RS232C、C、C++、VC、VB、TCP/IP等。環(huán)境接口對(duì)周圍環(huán)境條件(溫度、濕度、磁場(chǎng)、火、振動(dòng)、放射能、水、氣、塵)有保護(hù)和隔絕作用，如防塵過(guò)濾器、防水聯(lián)接器、防爆開關(guān)等。機(jī)電一體第一章總論基本功能要素之間的關(guān)系：在機(jī)械本體的支持下，由傳感器檢測(cè)產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境變化，將信息反饋給控制及信息處理裝置，控制及信息處理裝置對(duì)各種信息進(jìn)行處理，并按要求控制動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。在結(jié)構(gòu)上，各組成要素通過(guò)各種接口及相關(guān)軟件有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部合理匹配、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。機(jī)電一體第一章總論第四節(jié)機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類按照機(jī)電結(jié)合程度和形式的不同，機(jī)電一體化產(chǎn)品可劃分為：１．功能附加型２．功能替代型３．機(jī)電融合型按服務(wù)領(lǐng)域和對(duì)象的不同分類：機(jī)電一體第一章總論功能附加型產(chǎn)品主要特征：在原有機(jī)械產(chǎn)品基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)，使產(chǎn)品功能增加和增強(qiáng)，性能得到適當(dāng)?shù)奶岣?。主要產(chǎn)品：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、電子秤、數(shù)顯量具、全自動(dòng)洗衣機(jī)等。機(jī)電一體第一章總論功能替代型產(chǎn)品主要特征：采用微電子技術(shù)及裝置取代原產(chǎn)品中的機(jī)械控制功能、信息處理功能或主功能，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，性能提高，柔性增加。主要產(chǎn)品：如電子縫紉機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等用微電子裝置取代了原來(lái)復(fù)雜的機(jī)械控制機(jī)構(gòu)；電子石英鐘、電子式電話交換機(jī)等用微處理器取代了原來(lái)機(jī)械式信息處理機(jī)構(gòu)；線切割加工機(jī)床、激光手術(shù)器等則因微電子技術(shù)的應(yīng)用而產(chǎn)生的新功能，取代了原來(lái)機(jī)械的主功能。機(jī)電一體第一章總論機(jī)電融合型產(chǎn)品主要特征：根據(jù)產(chǎn)品的功能和性能要求及技術(shù)規(guī)范，采用專門設(shè)計(jì)的或具有特定用途的集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品中的控制和信息處理等功能，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加緊湊、成本進(jìn)一步降低。該產(chǎn)品是機(jī)與電在更深層次上的有機(jī)結(jié)合。主要產(chǎn)品：傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、攝象機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、CNC數(shù)控機(jī)床等。機(jī)電一體第一章總論按服務(wù)領(lǐng)域和對(duì)象的不同分類：機(jī)電一體第一章總論第五節(jié)機(jī)電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)１．機(jī)械技術(shù)２．檢測(cè)傳感技術(shù)３．信息處理技術(shù)４．自動(dòng)控制技術(shù)５．伺服傳動(dòng)技術(shù)６．系統(tǒng)集成技術(shù)機(jī)電一體第一章總論１．機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。其機(jī)械產(chǎn)品與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的區(qū)別在于：結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，功能更強(qiáng)，性能更優(yōu)越?，F(xiàn)代機(jī)械要求具有更新穎的結(jié)構(gòu)、更小的體積、更輕的重量，還要求精度更高、剛度更大、動(dòng)態(tài)性能更好。為了滿足這些要求，在設(shè)計(jì)和制造機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，除了考慮靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的剛度及熱變形的問(wèn)題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和新型結(jié)構(gòu)以及新型的制造工藝和工藝裝置。機(jī)電一體第一章總論２．檢測(cè)傳感技術(shù)檢測(cè)傳感裝置是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感覺(jué)器官，即從待測(cè)對(duì)象那里獲得能反映待測(cè)對(duì)象特征和狀態(tài)的信號(hào)。檢測(cè)傳感技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種物理量（如位置、位移、速度、加速度、力、溫度、壓力、流量、成分等）轉(zhuǎn)換成與之成比例的電量。二是研究對(duì)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)的加工處理，如放大、補(bǔ)償、標(biāo)度變換等。機(jī)電一體第一章總論３．信息處理技術(shù)．信息處理技術(shù)包括信息的變換、存取、運(yùn)算、判斷和決策，信息處理大都是依靠計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行的，因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)是密切相關(guān)的。計(jì)算機(jī)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)的軟件技術(shù)、硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等。機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要采用工業(yè)控制機(jī)（包括PLC，單、多回路調(diào)節(jié)器，單片機(jī)等），進(jìn)行信息處理。機(jī)電一體第一章總論４．自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)的目的在于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最佳化。自動(dòng)控制所依據(jù)的理論和基礎(chǔ)是自動(dòng)控制原理（經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論）。機(jī)電一體化系統(tǒng)中自動(dòng)控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、力（壓力）控制；PID控制、最優(yōu)控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等。機(jī)電一體第一章總論５．伺服傳動(dòng)技術(shù)“伺服”（serve）即“伺候服侍”的意思，就是在控制臺(tái)指令的指揮下，控制驅(qū)動(dòng)元件，使機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件按照指令的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并具有良好的動(dòng)態(tài)性能。伺服傳動(dòng)系統(tǒng)中所采用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)與所使用的執(zhí)行元件有關(guān)。伺服傳動(dòng)系統(tǒng)按執(zhí)行元件不同可分為液壓伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)兩類。機(jī)電一體第一章總論液壓伺服和電氣伺服的特點(diǎn)：液壓伺服系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、輸出力矩大，低速運(yùn)行時(shí)，具有突出的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：需要增加液壓動(dòng)力源，設(shè)備復(fù)雜、體積大，維修費(fèi)用大，還存在環(huán)境污染。應(yīng)用：大型設(shè)備和有特殊需要的場(chǎng)合。電氣伺服系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)：采用電動(dòng)機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件，控制靈活、費(fèi)用較小、可靠性高。缺點(diǎn)：低速時(shí)輸出力矩不夠大。機(jī)電一體第一章總論６．系統(tǒng)集成技術(shù)系統(tǒng)集成技術(shù)是以整體的概念來(lái)組織、應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)。即從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，先將系統(tǒng)分解成若干功能子系統(tǒng)，對(duì)于每個(gè)子系統(tǒng)的技術(shù)方案都首先從實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)技術(shù)協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)來(lái)考慮，對(duì)于子系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間的矛盾或子系統(tǒng)和系統(tǒng)整體之間的矛盾都要從總體協(xié)調(diào)的需要來(lái)選擇解決方案。機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)綜合體，利用系統(tǒng)總體集成技術(shù)將各種相關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運(yùn)用，最終達(dá)到整體系統(tǒng)的最佳化。機(jī)電一體第一章總論第六節(jié)典型機(jī)電一體化控制系統(tǒng)◆從控制角度分：

1.開環(huán)控制：洗衣機(jī)、電烤箱、微波爐、洗碗機(jī)——開環(huán)控制系統(tǒng)。

2.閉環(huán)控制◆從系統(tǒng)傳遞信號(hào)的性質(zhì)分：

1.連續(xù)控制系統(tǒng)

2.離散控制系統(tǒng)機(jī)電一體第一章總論開環(huán)控制定義：沒(méi)有輸出反饋的系統(tǒng)。輸入直接送給控制器，并通過(guò)控制器對(duì)受控對(duì)象產(chǎn)生控制作用。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、易維修。缺點(diǎn)：精度低，對(duì)環(huán)境變化和干擾十分敏感。機(jī)電一體第一章總論閉環(huán)控制閉環(huán)控制系統(tǒng)是具有輸出反饋的系統(tǒng)。其輸出信號(hào)的全部或部分被反饋到輸入端（稱為反饋信號(hào)），與輸入信號(hào)比較后的偏差信號(hào)送給控制器，控制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后產(chǎn)生控制信號(hào)，再控制被控對(duì)象的輸出。優(yōu)點(diǎn)：精度高，動(dòng)態(tài)性能好，抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，不易維修。機(jī)電一體第一章總論連續(xù)控制系統(tǒng)信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)變化的系統(tǒng)稱為連續(xù)控制系統(tǒng)。大多數(shù)的模擬控制系統(tǒng)。機(jī)電一體第一章總論離散控制系統(tǒng)系統(tǒng)中某處或多處的信號(hào)為脈沖序列或數(shù)碼形式，信號(hào)在時(shí)間上是離散的。例：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。PWM控制、V-f控制機(jī)電一體第一章總論第七節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)的設(shè)計(jì)流程首先根據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo)，這其中包括：

運(yùn)動(dòng)參數(shù)——表征機(jī)器工作運(yùn)動(dòng)中軌跡、行程、方向和起止點(diǎn)位置正確性的指標(biāo)。動(dòng)力參數(shù)——表征機(jī)器輸出動(dòng)力大小的指標(biāo)（力、力矩和功率）。品質(zhì)指標(biāo)——用來(lái)表征運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)品質(zhì)的指標(biāo)，例如如重復(fù)定位精度、行程和方向的可變性，速度的高低與穩(wěn)定性，力和力矩的可調(diào)性或恒定性等。另有：工藝性、人機(jī)工程、美學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)化等指標(biāo)機(jī)電一體第一章總論系統(tǒng)功能部件、功能要素的劃分應(yīng)以各構(gòu)成要素及要素之間的接口為基礎(chǔ)來(lái)劃分功能部件或功能子系統(tǒng)，以便在控制上形成若干自由度。因此，也可按運(yùn)動(dòng)的自由度劃分成若干功能子系統(tǒng)，再按子系統(tǒng)劃分功能部件。功能要素或功能子系統(tǒng)的選用或設(shè)計(jì)是指特定機(jī)器的操作(執(zhí)行)機(jī)構(gòu)和機(jī)體，通常必須自行設(shè)計(jì)，而執(zhí)行元件(電或液、氣等驅(qū)動(dòng)元件)、檢測(cè)傳感元件和控制器等功能要素既可自行設(shè)計(jì)也可選購(gòu)市售的通用產(chǎn)品。機(jī)電一體第一章總論接口的設(shè)計(jì)

接口問(wèn)題是各構(gòu)成要素間的匹配問(wèn)題。執(zhí)行元件與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間、檢測(cè)傳感元件與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間通常是機(jī)械接口。機(jī)械接口有兩種形式。

一種是執(zhí)行元件與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)軸器和傳動(dòng)軸，以及直接將檢測(cè)傳感元件與執(zhí)行元件或運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)在一起的聯(lián)軸器(如波紋管、十字接頭等)、螺釘、鉚釘?shù)?，直接?lián)結(jié)時(shí)不存在任何運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)變換。

另一種是機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如減速器、絲杠螺母等，控制器與執(zhí)行元件之間的驅(qū)動(dòng)接口，控制器與檢測(cè)傳感元件之間轉(zhuǎn)換接口，微電子傳輸、轉(zhuǎn)換電路。因此，接口設(shè)計(jì)問(wèn)題也就是機(jī)械技術(shù)和微電子技術(shù)的具體應(yīng)用問(wèn)題。機(jī)電一體第一章總論從系統(tǒng)內(nèi)部看，機(jī)電一體化系統(tǒng)就是由許多接口將系統(tǒng)各要素間的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)歸根結(jié)底就是“接口設(shè)計(jì)”。機(jī)電一體第一章總論綜合評(píng)價(jià)(或整體評(píng)價(jià))對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)的綜合評(píng)價(jià)主要是對(duì)其實(shí)現(xiàn)目的的功能、性能、結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)。機(jī)電一體化的目的是提高產(chǎn)品(或系統(tǒng))的附加價(jià)值，而附加價(jià)值的高低必須以衡量產(chǎn)品性能和結(jié)構(gòu)質(zhì)量的各種定量指標(biāo)為依據(jù)。不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)可選用不同的評(píng)價(jià)方法。具體設(shè)計(jì)時(shí)，常采用不同的設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的目的功能、規(guī)格要求和性能指標(biāo)。因此，必須對(duì)這些方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從中找出最佳方案。機(jī)電一體第一章總論機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)的評(píng)價(jià)

系統(tǒng)內(nèi)部功能評(píng)價(jià)參數(shù)系統(tǒng)的價(jià)值高低主功能系統(tǒng)誤差小大抗干擾能力強(qiáng)弱廢棄物輸出少多變換效率高低動(dòng)力功能輸入能量少多能

源內(nèi)

裝外

設(shè)控制功能輸入/輸出口個(gè)數(shù)多少手動(dòng)操作少多構(gòu)造功能尺寸、重量小、輕大、重強(qiáng)

度高低計(jì)測(cè)功能精

度高低機(jī)電一體第一章總論機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)的評(píng)價(jià)內(nèi)容機(jī)電一