【正文】 第一章 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)知識(shí) ? 第一節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本知識(shí) ? 第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與設(shè) 計(jì)方法 ? 第三節(jié) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ? 習(xí)題與思考題 第一節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基本知識(shí) ? 一、 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本概念 ? “機(jī)電系統(tǒng)”這個(gè)名詞，使用非常廣泛。在不同的詞典、手冊(cè)和專著中對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的定義大都是：機(jī)電系統(tǒng)是由相互作用和依賴的若干組 ? 1. ? (1) ? (2) 關(guān)聯(lián)性。機(jī)電系統(tǒng)的各個(gè)組成部分之間是具有互相聯(lián)系和互相制 ? (3) 功能性。機(jī)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(yīng)性。機(jī)電系統(tǒng)總是存在并運(yùn)用到一個(gè)特定的工作環(huán)境中，與環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息的交換。設(shè)計(jì)任何系統(tǒng)都必須適應(yīng)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(jī)電系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)整體，應(yīng)具有整體大于它的各部分的總和的思想，這就準(zhǔn)確地反映了整體性原則的本質(zhì)。 ? (2) 綜合性原則。任何機(jī)電系統(tǒng)都具有多方面的特性，涉及多方面的技術(shù)知識(shí) 。 ? (3) 科學(xué)性原則。在處理設(shè)計(jì)問題時(shí)應(yīng)按照科學(xué)的順序和步驟進(jìn)行，環(huán)環(huán)相扣，并不斷通過信息反饋加以分析檢查改進(jìn)，且盡量使用定量方法。 二、 機(jī)電一體化系統(tǒng)各組成單元的基本功能 ? 1. ? 機(jī)械單元是機(jī)電系統(tǒng)或設(shè)備的組成部分之一，機(jī)械單元的設(shè)計(jì)必須結(jié)構(gòu)合理，減輕質(zhì)量和提高精度。為了減輕質(zhì)量，除了合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，主要應(yīng)考慮采用非金屬復(fù)合材料。 返回 ? 2. ? 傳感器單元是實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)的檢測(cè)，轉(zhuǎn)換輸出功能。傳感器檢測(cè)信號(hào)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(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)控制系統(tǒng)，多參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)等，是機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要部分。 ? 3. ? 控制單元一般包括計(jì)算機(jī)主體、可編程序控制器及其配套的輸入輸出接口設(shè)備?？蓪?shí)現(xiàn)程序控制、檢測(cè)信號(hào)判別計(jì)算控制、多參數(shù)控制功能等。在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，存在著處理計(jì)算速度、可靠性、抗干擾以及標(biāo)準(zhǔn)化問題。 ? 4. ? 驅(qū)動(dòng)單元按不同的動(dòng)力源，一般可分為三類：電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓，主要功能是驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行設(shè)備，例如，各種電動(dòng)機(jī)、各種開關(guān)元件、機(jī)械裝置等。 ? 5. ? 機(jī)電一體化系統(tǒng)常用的動(dòng)力源有三類：電源、液壓源、氣壓源。目前電源是動(dòng)力源中應(yīng)用最多的動(dòng)力源，已有許多種專用電源，可供機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇 上一頁 下一頁 返回 ? 6. ? 在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，執(zhí)行單元是實(shí)現(xiàn)控制的關(guān)鍵。它包括各種電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載完成各種動(dòng)作，各種電磁開關(guān)完成多種參數(shù)的控制。所以，執(zhí)行單元必須與驅(qū)動(dòng)單元匹配，提高控制精度及控制的可靠性。 ? 7. ? 將機(jī)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(shè)計(jì)應(yīng)采用同一標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)。采用標(biāo)準(zhǔn)接口可使成本降低，最基本的要求是輸入、輸出接口要標(biāo)準(zhǔn)，特別是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，輸入輸出硬件必須采用標(biāo)準(zhǔn)化接口。軟件的設(shè)計(jì)與硬件接口設(shè)計(jì)必須采用標(biāo)準(zhǔn)化方式。 ? 三、 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù) ? 1. ? 傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵性技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)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(jié)構(gòu)尺寸密切相關(guān)。傳感器技術(shù)自身就是一門多學(xué)科、知識(shí)密集的應(yīng)用技術(shù)。 上一頁 下一頁 返回 ? 2. ? 信息處理技術(shù)包括信息的輸入、識(shí)別、變換、運(yùn)算、存儲(chǔ)及輸出技術(shù)。信號(hào)的分析與處理是否準(zhǔn)確，可靠、穩(wěn)定、快速性，直接影響到機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的性能，因而也是機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。信息處理的硬件設(shè)備主要有輸入和輸出設(shè)備、顯示器、磁盤、計(jì)算機(jī)、可編程序控制器及接口電路等。 ? 3. ? 自動(dòng)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(duì)象或過程自動(dòng)地按照預(yù)定的工作規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品中起著極為重要的作用。 ? 4. ? 伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的控制轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，控制質(zhì)量和功能具有決定性的影響。伺服傳動(dòng)裝置是伺服系統(tǒng)的一部分，主要包括伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服機(jī)械傳動(dòng)裝置兩個(gè)內(nèi)容。常見的伺服驅(qū)動(dòng)器有電液電機(jī)、脈沖油缸、步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)等。 上一頁 下一頁 返回 ? 5. ? 機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械、電子和信息等性能不同的技術(shù)有機(jī)地結(jié)合一體的集合系統(tǒng)，其構(gòu)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(jī)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(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，各種機(jī)電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都需要利用機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)，例如：智能式靜態(tài)壓力標(biāo)定系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、正弦壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)力校準(zhǔn)系統(tǒng)，各種自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)，磁帶機(jī)，打印機(jī)等，這些系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造問題，都屬于機(jī)械技術(shù)的范疇。 ? 7. ? 機(jī)電系統(tǒng)總體技術(shù)是以整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，把機(jī)械與電子的功能在結(jié)構(gòu)上用機(jī)電一體化的技術(shù)結(jié)合。機(jī)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(chǎn)品復(fù)雜化。所以，在設(shè)計(jì)機(jī)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(diào)，系統(tǒng)照樣難以正常運(yùn)行而不能發(fā)揮其應(yīng)有的性能和作用。 上一頁 下一頁 返回 四、 機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的分類 ? 1. ? (1) 工業(yè)大型成套設(shè)備。 ? (2) 工業(yè)機(jī)電設(shè)備。 ? (3) 信息機(jī)電設(shè)備。 ? (4) 民用機(jī)電設(shè)備。 ? 2. ? 機(jī)電一體化產(chǎn)品中，相對(duì)地以機(jī)械裝置為主體的產(chǎn)品，可稱為機(jī)械電子產(chǎn)品，如工業(yè)機(jī)械； ? 以電子裝置為主體的產(chǎn)品，可稱為電子機(jī)械產(chǎn)品，如信息機(jī)械等。 ? 3. ? 上一頁 下一頁 返回 五、 現(xiàn)代機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展 ? 1. ? 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合利用傳感器、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、控制等各種相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的效果，達(dá)到顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，使機(jī)電產(chǎn)品性能、功能達(dá)到了應(yīng)用目標(biāo) ? (1) 提高機(jī)電系統(tǒng)精度。 ? (2) 提高機(jī)電系統(tǒng)功能。 ? (3) 提高生產(chǎn)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(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。 ? (8) 優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減輕質(zhì)量。 ? (9) 降低價(jià)格。 ? (10) 增強(qiáng)擴(kuò)展應(yīng)用功能。 上一頁 下一頁 返回 ? 2. ? 根據(jù)微電子