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机电一体化系统设计 张建民 编著 北京理工大学出版社 讲授：张丽秀 沈阳建筑大学 交通与机械工程学院 本课程基本情况 参考理论学时：26+6（实验） 参考学分：2.5 先修课程：《机械设计》、《单片微机原理》、《机械原理》、《金属切削机床》等 选用教材：《机电一体化系统设计》张建民 编著，北京理工大学出版社。 主要参考书： 1《机电一体化控制系统设计》赵松年主编，机械工业出版社 2《传感器原理及工程应用》郁有文主编，西安电子科技大学出版社。 3 可编程控制器编程手册。日本松下电工株式会社。 4《机电一体化》[日]高森 年 编著。科学出版社 5 《机电一体化技术基础及应用》黄筱调 编著 本课程学时安排及考核方式 第一章 总 论 第1.1节 机电一体化涵义 1.1.1 机电一体化的定义和主要目的 定义：在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。(日本机械振兴协会，1981） 主要目的：增加机械系统或装置的附加值和自动化程度。（多功能、高效、高可靠性等） 机械学（Mechanics）+ 电子学（Electronics） = 机电一体化 或 机械电子工程（Mechatronics） 机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。 机电一体化的三大效果：省能、省资源、智能化 1.1.2机电一体化技术主要研究方向 · 机电一体化产品或系统的原创性研究与设计——原创性设计。 · 机电一体化产品或系统的机械系统（或部件）与微电子系统（或部件）相互转换或有机结合研究与设计——变异性设计。 机电一体化技术研究的主要内容 主要研究“省能源、省资源、智能化”三大基本要素，形成交叉学科的基础理论知识，解决机电一体化（技术）设计中的核心技术问题——接口技术。 1.1.3 机电一体化技术的发展历史 （1）基础设计理论、研究方法的形成 （二次世界大战前） （2）电子技术的时代（二次世界大战以来） （3）微电子技术时代 （工业自动化的大量应用） （4）机电一体化技术理论体系的初步形成（智能化产品或装置的出现） （5）计算机技术与工业控制软件的应用（智能化—省能源—省资源） （6）工业自动化和产品自动化（智能化— 自动化—增加附加值） （7） 未来发展方向（高度智能化和 自动化） 1.1.3 机电一体化典型产品 第1.2节 机电一体化系统的构成要素与功能构成 机械本体：用于支撑和连接其它要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。必要的组成部分，没有它，系统的各部件就支离破碎。 动力系统。为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能，包括电、液、气等多种动力源。 传感与检测系统。将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。 信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感器与检测系统的反馈信息，并对其进行相应的处理，运算和决策，以对产品的运行实施按要求的控制。 执行部件。在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。执行部件一般是运动部件，常采用机械、电液、气动等机构。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能的好坏决定着整个产品的性能。 1.2.2机电一体化关键技术 三大目的功能： ——变换功能（加工处理）； ——传递功能（移动、输送）； ——储存功能（保持、积蓄、记录）。 控制方式： ——线性控制方式； ——非线性控制方式； ——智能控制方式。 1.2.3 机电一体化系统具有的主要功能要素 主功能、信息功能、控制功能、动力功能、构造功能。 以及各子系统的匹配技术（核心）—— 接口技术。 接口技术的分类： · 按变换调整功能分类： 零接口（导线）：不进行任何变换和调整 无源接口（齿轮减速器）：只用无源要素进行变换、调整 有源接口:（电磁离合器、放大器、A/D等）含有有源要素、主 动进行匹配的接口智能接口: · 按输入输出功能分类：机械接口、物理接口、信息接口、环境接口（对周围环境有保护作用）。 实际上，机电一体化技术研究的核心问题就是接口技术问题。 第1.4节 机电一体化系统的设计流程 设计内容： （1）确定产品规格、性能指标 —— 运动参数、动力参数、品质参数。 （2）系统功能部件要素的划分 —— 功能部件选择