【正文】 第一章 機電一體化系統(tǒng)設計 基礎知識 ? 第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)設計基本知識 ? 第二節(jié) 機電一體化系統(tǒng)設計原理與設 計方法 ? 第三節(jié) 現(xiàn)代設計方法在機電一體化系統(tǒng)設計中的應用 ? 習題與思考題 第一節(jié) 機電一體化系統(tǒng)設計 基本知識 ? 一、 機電一體化系統(tǒng)的基本概念 ? “機電系統(tǒng)”這個名詞，使用非常廣泛。在不同的詞典、手冊和專著中對機電系統(tǒng)的定義大都是：機電系統(tǒng)是由相互作用和依賴的若干組 ? 1. ? (1) ? (2) 關聯(lián)性。機電系統(tǒng)的各個組成部分之間是具有互相聯(lián)系和互相制 ? (3) 功能性。機電系統(tǒng)各部分具有特定的功能，特別是人們根據(jù)工程 ? (4) 環(huán)境適應性。機電系統(tǒng)總是存在并運用到一個特定的工作環(huán)境中，與環(huán)境不斷進行物質、能量、信息的交換。設計任何系統(tǒng)都必須適應不同環(huán)境工作要求 上一頁 下一頁 返回 上一頁 下一頁 ? 2. ? (1) 整體性原則。也就是說要把機電系統(tǒng)當作一個整體，應具有整體大于它的各部分的總和的思想，這就準確地反映了整體性原則的本質。 ? (2) 綜合性原則。任何機電系統(tǒng)都具有多方面的特性，涉及多方面的技術知識 。 ? (3) 科學性原則。在處理設計問題時應按照科學的順序和步驟進行，環(huán)環(huán)相扣，并不斷通過信息反饋加以分析檢查改進，且盡量使用定量方法。 二、 機電一體化系統(tǒng)各組成單元的基本功能 ? 1. ? 機械單元是機電系統(tǒng)或設備的組成部分之一，機械單元的設計必須結構合理，減輕質量和提高精度。為了減輕質量，除了合理進行結構設計外，主要應考慮采用非金屬復合材料。 返回 ? 2. ? 傳感器單元是實現(xiàn)物理信號的檢測，轉換輸出功能。傳感器檢測信號有：壓力、溫度、加速度、流量、位移、速度、角度、高度、濕度等。各種傳感器與其他儀器配合可組成檢測系統(tǒng)，檢測控制系統(tǒng)，多參數(shù)測試系統(tǒng)等，是機電系統(tǒng)設計的主要部分。 ? 3. ? 控制單元一般包括計算機主體、可編程序控制器及其配套的輸入輸出接口設備。可實現(xiàn)程序控制、檢測信號判別計算控制、多參數(shù)控制功能等。在機電一體化系統(tǒng)設計中，存在著處理計算速度、可靠性、抗干擾以及標準化問題。 ? 4. ? 驅動單元按不同的動力源，一般可分為三類：電動、氣動、液壓，主要功能是驅動各種執(zhí)行設備，例如，各種電動機、各種開關元件、機械裝置等。 ? 5. ? 機電一體化系統(tǒng)常用的動力源有三類：電源、液壓源、氣壓源。目前電源是動力源中應用最多的動力源，已有許多種專用電源，可供機電一體化系統(tǒng)設計選擇 上一頁 下一頁 返回 ? 6. ? 在機電一體化系統(tǒng)設計中，執(zhí)行單元是實現(xiàn)控制的關鍵。它包括各種電動機，帶動機械負載完成各種動作，各種電磁開關完成多種參數(shù)的控制。所以，執(zhí)行單元必須與驅動單元匹配，提高控制精度及控制的可靠性。 ? 7. ? 將機電一體化系統(tǒng)各組成部分連接起來的元件或電路稱為接口。接口設計應采用同一標準規(guī)格，這不僅給信息傳輸和維修帶來方便，而且可以簡化設計。采用標準接口可使成本降低，最基本的要求是輸入、輸出接口要標準，特別是計算機系統(tǒng)，輸入輸出硬件必須采用標準化接口。軟件的設計與硬件接口設計必須采用標準化方式。 ? 三、 機電一體化系統(tǒng)設計中的關鍵技術 ? 1. ? 傳感器技術是機電一體化的關鍵性技術。機電一體化系統(tǒng)或產品的柔性化、功能化和智能化都與傳感器的品種多少，性能好壞，結構尺寸密切相關。傳感器技術自身就是一門多學科、知識密集的應用技術。 上一頁 下一頁 返回 ? 2. ? 信息處理技術包括信息的輸入、識別、變換、運算、存儲及輸出技術。信號的分析與處理是否準確，可靠、穩(wěn)定、快速性，直接影響到機電一體化系統(tǒng)或產品的性能，因而也是機電一體化系統(tǒng)設計的關鍵技術。信息處理的硬件設備主要有輸入和輸出設備、顯示器、磁盤、計算機、可編程序控制器及接口電路等。 ? 3. ? 自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動地按照預定的工作規(guī)律運行。自動控制技術的廣泛應用，在機電一體化系統(tǒng)或產品中起著極為重要的作用。 ? 4. ? 伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的控制轉換系統(tǒng)，對機電一體化系統(tǒng)的動態(tài)性能，控制質量和功能具有決定性的影響。伺服傳動裝置是伺服系統(tǒng)的一部分，主要包括伺服驅動器和伺服機械傳動裝置兩個內容。常見的伺服驅動器有電液電機、脈沖油缸、步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機等。 上一頁 下一頁 返回 ? 5. ? 機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等性能不同的技術有機地結合一體的集合系統(tǒng)，其構成單元或子系統(tǒng)之間的接口極其重要。從系統(tǒng)整體看，機電一體化系統(tǒng)是通過許多接口將各組成單元的輸入 /輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。 ? 6. ? 在機電一體化系統(tǒng)設計中，各種機電產品的結構設計，都需要利用機械設計技術，例如：智能式靜態(tài)壓力標定系統(tǒng)、工業(yè)機器人、正弦壓力校準系統(tǒng)、動態(tài)力校準系統(tǒng)，各種自動化生產線系統(tǒng)，磁帶機，打印機等，這些系統(tǒng)的機械結構的設計和制造問題，都屬于機械技術的范疇。 ? 7. ? 機電系統(tǒng)總體技術是以整體目標出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點和方法，把機械與電子的功能在結構上用機電一體化的技術結合。機電一體化系統(tǒng)的多功能、高精度、高性能要求不可避免地要使產品復雜化。所以，在設計機電系統(tǒng)中要求組成單元的功能、精度、性能都要好，如果整體系統(tǒng)不能很好協(xié)調，系統(tǒng)照樣難以正常運行而不能發(fā)揮其應有的性能和作用。 上一頁 下一頁 返回 四、 機電一體化系統(tǒng)（產品）的分類 ? 1. ? (1) 工業(yè)大型成套設備。 ? (2) 工業(yè)機電設備。 ? (3) 信息機電設備。 ? (4) 民用機電設備。 ? 2. ? 機電一體化產品中，相對地以機械裝置為主體的產品，可稱為機械電子產品，如工業(yè)機械； ? 以電子裝置為主體的產品，可稱為電子機械產品，如信息機械等。 ? 3. ? 上一頁 下一頁 返回 五、 現(xiàn)代機電一體化系統(tǒng)設計技術的發(fā)展 ? 1. ? 機電一體化系統(tǒng)設計綜合利用傳感器、機械、電子、計算機、控制等各種相關技術優(yōu)勢，揚長補短，實現(xiàn)機電系統(tǒng)設計優(yōu)化的效果，達到顯著的社會效益和經濟效益，使機電產品性能、功能達到了應用目標 ? (1) 提高機電系統(tǒng)精度。 ? (2) 提高機電系統(tǒng)功能。 ? (3) 提高生產效率，降低成本。 ? (4) 節(jié)約能源，降低消耗。 ? (5) 提高安全性、可靠性。 ? (6) 提高操作性和使用性。 ? (7) 減輕勞動強度，改善勞動條件。 ? (8) 優(yōu)化結構，減輕質量。 ? (9) 降低價格。 ? (10) 增強擴展應用功能。 上一頁 下一頁 返回 ? 2. ? 根據(jù)微電子