机电一体化系统设计基础..doc

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机电一体化系统设计基础.

机电一体化技术导论 本章导读: 机电一体化作为一门新型的综合性学科,涉及的知识领域非常广泛。本章首先介绍机电一体化的概念、发展过程及其与机械电气化的根本区别,进而阐释其内涵和本质,并通过典型实例归纳出其优越性。其次通过机电一体化系统与人体各部位相对比,剖析系统的构成,从而指出分析机电一体化系统的基本途径;第三,重点介绍机电一体化的理论基础与关键技术,明确系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础和方法论。提出发展机电一体化技术所面临的共性关键技术,并分析它们在系统中所起的作用及其发展对机电一体化技术的影响等。最后,通过回顾机电一体化技术的发展历程,展望机电一体化的主要发展方向和趋势。 学习内容与要求: 1. 学习并掌握机电一体化的基本概念内涵和本质; 2. 了解机电一体化产品的分类; 3. 学习并理解机电一体化系统的基本组成; 4. 学习并熟练掌握机电一体化的理论基础与关键技术; 5. 了解机电一体化的发展状况和发展趋势。 本章重点: 机电一体化的基本概念内涵和本质; 机电一体化的理论基础与关键技术。 本章难点:机电一体化的理论基础与关键技术 媒体使用说明: 学生可通过文字教材理解机电一体化学科的基本概念、基本理论与关键技术及其发展概况等知识。文字教材中的重点、难点在录像教材和流媒体IP课件有较详尽的讲解;诸如机电一体化的系统构成及典型产品的工作过程等用文字不易表达清楚的教学内容以实物、照片、场景等视频方式作为辅助教学手段;另外在流媒体IP课件中着重讲解本章知识重、难点的典型实例以及本章的学习思路方法等内容。 1.1 概述 机电一体化又称机械电子学,英文称为Mechatronics,它是由英文机械学Mechanics 的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本《机械设计》杂志的副刊上,随着机电一体化技术的快速发展,机电一体化的概念被人们广泛接受和普遍使用。1996年出版的WEBSTER大词典收录了这个日本造的英文单词,这不仅意味着 “Mechatronics”这个单词得到了世界各国学术界和企业界的认可,而且还意味着“机电一体化”的哲理和思想为世人所接受。 那么,什么是机电一体化呢? 到目前为止,就机电一体化这一概念的内涵国内外学术界还没有一个完全统一的表述。目前,较普遍的提法是“日本机械振兴协会经济研究所”于1981年的解释:“机电一体化是在机械主功能、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”。机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。这里面包含了三重含义:首先,机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科。图1-1 形象地表达了机电一体化与机械学、电子学和信息科学之间的相互关系;其次,机电一体化是一个发展中的概念,早期的机电一体化就像其字面所表述的那样,主要强调机械与电子的结合,即将电子技术“溶入”到机械技术中而形成新的技术与产品。随着机电一体化技术的发展,以计算机技术、通信技术和控制技术为特征的信息技术(即所谓的“3C”技术:Computer、Communication和 Control Technology) 从概念的外延来看,机电一体化包括机电一体化技术和机电一体化产品两个方面。机电一体化技术是从系统工程的观点出发,将机械、电子和信息等有关技术有机结合起来,以实现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术主要包括技术原理和使机电一体化产品(或系统)得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群(族)的总称,包括检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、机械技术及系统总体技术等。机电一体化产品有时也称为机电一体化系统,它们是两个相近的概念,通常机电一体化产品指独立存在的机电结合产品,而机电一体化系统主要指依附于主产品的部件系统,这样的系统实际上也是机电一体化产品。机电一体化产品是由机械系统(或部件)与电子系统(或部件)及信息处理单元(硬件和软件)有机结合、而赋予了新功能和新性能的高科技产品。由于在机械本体中“溶入”了电子技术和信息技术,与纯粹的机械产品相比,机电一体化产品的性能得到了根本的提高,具有满足人们使用要求的最佳功能。 现实生活中的机电一体化产品比比皆是。我们日常生活中使用的全自动洗衣机、空调及全自动照相机,都是典型的机电一体化产品;在机械制造领域中广泛使用的各种数控机床、工业机器人、三坐标测量仪及全自动仓储,也是典型的机电一体化产品;而汽车更是机电一体化技术成功应用的典范,目前汽车上成功应用和正在开发的机电一

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