机电一体化原理及应用第一章.ppt

§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。 §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。 “机电一体化”起源： 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。 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。 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。 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： 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。 §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。 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。 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，并保持特定的关系，形成最佳的匹配方式。 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。 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。 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。 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