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机电一体化技术与系统 苏州大学应用技术学院 机电工程系 宋天麟 2009.9 第1章 绪论 1.1 机电一体化基本概念 1.1.1机电一体化定义 机电一体化技术又称为机械电子技术，是机械技术、电子技术、信息技术、自动控制技术等相关技术的综合。“机电一体化”在国外被称为“Mechatronics”，是日本人在20世纪70年代提出来的，它取机械学（Mechanics）的前半部分和电子学（Electronics）的后半部分组合起来构成的新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合。 机电一体化是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最佳化的一门新的科学技术。 信息论、控制论、系统工程是机电一体化的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。微电子技术的发展为机电一体化技术奠定了物质基础。 1.1.2 机电一体化的特点 1. 综合性与系统性 机电一体化是电子技术，计算机技术、信息技术、自动控制与机械技术结合而成的综合性技术。各种技术的综合及多个部分的组合，使得机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。 2 .小型化、轻型化 由于微电子学和半导体技术的发展，机电一体化产品的控制装置、显示部件等都普遍采用大规模集成电路。使得产品的体积和质量可以做成原来的几分之一或十几分之一，向小型化、轻型化方向发展。20世纪90年代，出现了微机电系统，产品向微型化方向发展。 3. 高精度、多功能 机电一体化技术使机械传动部件减少，因而使机械磨损、配合间隙和受力变形等所引起的动作误差大大减小；同时因各种干扰因素造成的误差，还可通过自动控制系统的自诊断、校正、补偿达到所要求的工作精度。机电一体化系统通过改变程序、指令等软件内容而不必改动硬件就能变化产品的功能。如激光加工中心能自动完成焊接、切割、划线等操作。 4. 高可靠性 由于激光技术和电磁技术的发展，传感器和驱动控制器等装置采用非接触式代替接触式，减少装置的可动部件和磨损部件。机电一体化产品同时具有自诊断、自动监测功能，碰到过载、失速等事故，能进行自我保护，防止出现事故。因此，产品的可靠性得到提高。 5. 柔性化、智能化 机电一体化产品采用高性能的微处理器作为系统的控制器。在产品设计上，尽量采用软件来实现硬件的功能。因此，一旦产品的工作对象发生改变，只要修改相应的软件就可以完成功能的扩展和更换，而不需要增添任何硬件。 6. 知识密集 机电一体化产品的设计往往要涉及多学科的专业知识，需要一个知识结构合理、经验丰富的设计团队共同完成。因此，机电一体化产品是知识密集的产品，具有很高的功能水平和附加值，市场竞争力强。静电复印机、彩色印相机等，就是一种由机、电、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品，在市场上具有很强的竞争力和高附加值。 1.1.3 机电一体化系统的基本构成 一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、检测传感部分、控制及信息处理部分，如图 1.2.1 机电一体化技术分类 广义的来说，机电一体化技术有着极其广泛的含义，自动化的机电产品、自动化的生产工艺、设备的故障监测与诊断技术、数控技术、CAD技术、CAPP技术、CAM技术、集成化的CAD/CAPP/CAM技术、专家系统、计算机仿真、企业的计算机管理、机器人等都属于机电一体化技术的范畴。 目前世界上普遍认为机电一体化技术可以分成两大类，即: 生产过程的机电一体化 机电产品的机电一体化。 生产过程的机电一体化意味着整个工业体系的机电一体化，如机械制造过程的机电一体化，化工生产过程的机电一体化，冶金生产过程的机电一体化，纺织与印染生产过程的机电一体化，电子产品生产过程的机电一体化，排版与印刷过程机电一体化等。 机电产品的机电一体化是机电一体化的核心，是生产过程机电一体化的物质基础。 1．机械制造过程的机电一体化 机械制造过程的机电一体化包括产品设计、加工、装配、检验的自动化，生产过程自动化，经营管理自动化等。其高级形式是计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturmg System，简称CIMS)，其主要涉及到以下几个方面。 ⑴ 计算机辅助设计