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* * 机电系统及其控制 授课教师：赵建文 所在单位：船舶工程学院 机械工程系 绪论 什么是机电系统？（定义） 哪些系统属于机电系统？（分类） 机电系统包括哪些部分？（构成） 所有机电系统都包括这些部分吗？（剖析） 研究哪些内容？（关键技术、设计方法） 怎样展开设计？（设计流程） 机电一体化技术：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基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。 机电一体化 信息科学 机械学 电子学 为使机械系统更好的完成预期功能，在系统中引入微电子技术，并用软件将二者有机结合起来的系统。概括：以机为主，电为机用。 §1-1 机电系统的定义 §1-2 机电系统的分类 军事 工业 医疗 服务 §1-2 机电系统的分类 军事 工业 医疗 服务 焊接机器人 数控铣床 §1-2 机电系统的分类 军事 工业 医疗 服务 外科手术机器人 智能假肢 §1-2 机电系统的分类 军事 工业 医疗 服务 送餐机器人 §1-3 机电系统的构成 控制系统 系统及外部环境信息 检测系统 传动系统 运动信息 驱动系统 执行器 机械联系 位姿信息 机电系统的信息流 1、检测传感系统 检测产品内部状态和外部环境，实现测量、感知功能 2、控制系统 处理、运算、决策，实现控制功能。 §1-4 机电系统各部分的功能 1.3机电系统构成 3、驱动系统 提供能量，转换成需要的形式，实现动力供给。 4、传动系统、机械本体 力矩传递、运动传递；实现各器件的支撑、连接（机身、框架、机械连接零件）。 5、执行机构 操作器，接收控制信息，完成要求的动作，实现主功能。 §1-4 机电系统各部分的功能 龙门式高速加工中心 数控铣床 §1-4 典型机电系统的解剖 电机 机械 部件 位置,速度检测单元 位置,速度反馈 CNC 数控机床伺服系统组成 切削力检测 冷却液温度检测 冷却液压力检测 步进电机、伺服电机或伺服液压缸 丝杠丝母 PLC或(IPC)工控机 控制： 驱动： 光栅 位移检测： 传动： §1-4 典型机电系统的解剖 基于M3S的带MANUS手臂的轮椅 护理助残机器人 MANUS手臂 关节位移检测: 夹持力检测： 视觉 编码器 压力传感器或电流传感器 §1-4 典型机电系统的解剖 §1-4 典型机电系统的解剖 温度检测 开关检测衣量检测 驱动： 压缩机 执行机构： 蒸发器 控制系统： 单片机 §1-5 课程研究内容 机电一体化共性关键技术 典型部件工作原理及选取方法 机电系统设计方法 机电系统的常用控制方法 1.5.1 共性关键技术 1 检测传感技术 2 信息处理技术 3 自动控制技术 4 伺服驱动技术 5 机械传动技术 6 系统总体技术 研究内容 1、检测传感技术 如何采集系统内部和外部信息，如何将信息映射为控制器可识别的信号。 1.5.1 共性关键技术 研究内容 2、信息处理技术 如何完成信息的交换、存取、运算，如何利用采集到的信息做出判断和决策，其主要工具是计算机及外围电路。 传感器 放大、滤波A/D 控制器 D/A，放大 执行器 4、伺服驱动技术 如何搭建驱动电路，如何将驱动信号按照一应的时序和逻辑要求送给驱动元件。 如何将驱动系统输出的动力转化为末端执行器期望的运动形式，并满足负载、精度、运动范围等指标。 5、机械传动技术 1.5.1 共性关键技术 研究内容 3、自动控制技术 选择何种控制方法和控制器，选择何种开发语言，如何编写出满足性能要求的控制程序。 6、系统总体技术 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统各个功能模块有机的结合起来，以实现整体最优。子系统参数要匹配： 1.5.1 共性关键技术 研究内容 a 驱动系统、传动系统、执行器之间的负载匹配 b 检测系统、控制系统、驱动系统之间的电源匹配 c 接口形式及接口尺寸的匹配问题 d 控制系统周期与机械系统频率的匹配问题 机电互补：某些功能（凸轮、自锁、某些控制功能，安全保护），用机械和电控均可以实现，应发挥各自特长，选择合理方式。 一体化设计：机构、驱动、检测一体化。 模块化设计、可重构设计。 机械设计与电路设计相辅相成，机械设计时应充分考虑到电路板的安装，有时甚至可以用电路板作为机械支撑。 研究内容 1.5.2 系统设计方法 并行工程：从产品设计开始就考虑到产品生命全过程。 虚拟产品设计：计算机辅助设计、虚拟人机交互技术。 绿色设计：降低能耗、减少污染，注重废物回收利用。 反求设计（逆向工程）：对已有产品分析、重构