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机电一体化系统设计基础

汇报人：AA

2024-01-17

目录

机电一体化概述

传感器与执行器技术

控制系统设计基础

机械传动装置设计基础

电气驱动与调速技术

计算机辅助设计与仿真技术

总结与展望

01

机电一体化概述

定义

机电一体化是一种综合性的技术，它将机械、电子、计算机、自动控制等多种技术融为一体，实现机械设备的自动化、智能化和高效化。

发展历程

机电一体化技术经历了从简单机械控制到复杂电子控制的发展历程，随着计算机技术和自动控制技术的不断发展，机电一体化技术也在不断升级和完善。

包括传动机构、执行机构、支撑机构等，实现系统的机械运动和动力传递。

机械部分

电子部分

计算机部分

包括传感器、控制器、执行器等，实现系统的信号检测、处理和控制。

包括微处理器、存储器、输入输出接口等，实现系统的数据处理和决策控制。

03

02

01

制造业

交通运输

智能家居

医疗健康

机电一体化技术在制造业中广泛应用，如数控机床、工业机器人、自动化生产线等。

随着人们生活水平的提高，智能家居成为新的应用领域，如智能门锁、智能照明、智能家电等。

机电一体化技术在交通运输领域也有重要应用，如智能汽车、高速铁路、航空航天等。

机电一体化技术在医疗健康领域也有广泛应用，如医疗机器人、智能医疗设备、远程医疗等。

02

传感器与执行器技术

利用物质的热电效应，将温度变化转换为电信号输出。

通过感受压力变化，将压力转换为电信号输出。

检测物体位置变化，将位移量转换为电信号输出。

利用光电效应，将光信号转换为电信号输出。

温度传感器

压力传感器

位移传感器

光电传感器

电动执行器

通过电动机驱动，将电信号转换为机械运动。

气动执行器

以压缩空气为动力源，驱动执行机构完成动作。

液压执行器

利用液体的压力传递动力和信号，实现机械运动。

01

02

04

根据实际需求选择适当的传感器类型和执行器类型。

确定传感器和执行器的精度、灵敏度、响应速度等性能指标。

考虑传感器和执行器的安装环境和使用条件，进行合理的选型和配置。

在系统中对传感器和执行器进行合理的布局和连接，确保系统稳定性和可靠性。

03

03

控制系统设计基础

控制理论的基本概念

阐述控制理论的基本思想、发展历程和应用领域。

控制系统的组成与分类

分析控制系统的基本组成要素，如控制器、执行器、传感器等，以及不同类型的控制系统，如开环控制和闭环控制。

控制系统的数学模型

介绍控制系统的数学描述方法，如微分方程、传递函数和状态空间方程等。

阐述PID控制器的基本原理、参数整定方法和应用领域。

PID控制器

模糊控制器

神经网络控制器

自适应控制器

介绍模糊控制器的设计原理、特点及其在复杂系统中的应用。

分析神经网络控制器的设计思想、网络结构和训练算法，以及其在非线性系统中的应用。

探讨自适应控制器的设计原理、自适应律的选择和稳定性分析方法。

分析控制系统的时域响应特性，如上升时间、调节时间、超调量等，并给出相应的计算方法。

时域性能指标

阐述控制系统的频域特性，如幅值裕度、相位裕度、谐振频率等，以及相应的计算方法。

频域性能指标

介绍控制系统的稳定性分析方法，如劳斯判据、奈奎斯特判据和根轨迹法等。

稳定性分析方法

探讨综合考虑时域和频域性能指标的控制系统性能评价方法，以及相应的优化策略。

性能指标综合评价

04

机械传动装置设计基础

包括齿轮传动、带传动、链传动、蜗杆传动等。

传动装置类型

例如，齿轮传动效率高、结构紧凑，但制造成本较高；带传动运行平稳、噪音小，但传动比不准确。

各类传动装置特点

基于齿轮啮合原理和力学分析，确定齿轮模数、齿数、压力角等参数。

包括经验设计法、类比设计法和优化设计法等，其中优化设计法可借助计算机辅助设计软件进行。

设计方法

设计原理

轴承选用原则

根据载荷大小、方向和性质，以及转速、精度等要求，选择合适的轴承类型和尺寸。

联轴器选用原则

根据传递扭矩大小、转速高低、轴系对中精度和工作环境等因素，选用合适的联轴器类型和规格。同时，还需考虑联轴器的安装、拆卸和维护方便性。

05

电气驱动与调速技术

基于电磁感应原理，通过电枢电流和磁场的相互作用实现电能与机械能的转换。

直流电机工作原理

采用改变电枢电压、改变励磁电流或采用脉宽调制（PWM）等方法实现直流电机的调速。

调速方法

直流电机驱动与调速方法广泛应用于工业自动化设备、电动车辆、航空航天等领域。

应用领域

基于电磁感应原理，通过定子电流产生的旋转磁场与转子电流的相互作用实现电能与机械能的转换。

交流电机工作原理

采用改变定子电压、改变定子频率或采用矢量控制等方法实现交流电机的调速。

调速方法

交流电机驱动与调速方法广泛应用于工业自动化设备、家用电器、风力发电等领域。

应用领域

永磁同步电机工作原理

01

基于永磁体产生