【正文】 與自動(dòng)化工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)老師：摘 要：可編程控制器指建立在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)之上，以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)等為主要適用范圍的一類電控控制器，當(dāng)前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平整體來(lái)說(shuō)較低，PLC產(chǎn)品具有著極大發(fā)展空間。（3）、混合模型法——當(dāng)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性有部分了解但又難以完全用機(jī)器模型方法表述出來(lái)這時(shí)需要結(jié)合一定的試驗(yàn)方法確定另一部分不甚了解的結(jié)構(gòu)特性或是通過(guò)實(shí)際測(cè)定來(lái)求取模型參數(shù)。4機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模與仿真 ：（1）、機(jī)理模型法——也稱解析模型是對(duì)已知結(jié)構(gòu)、參數(shù)的物理系統(tǒng)運(yùn)用相應(yīng)的物理定律或定理經(jīng)過(guò)合理分析簡(jiǎn)化而建立起來(lái)的描述系統(tǒng)各物理量、靜態(tài)變化性能的數(shù)學(xué)模型。初步的系統(tǒng)模型見(jiàn)圖1。機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能模型必須符合以下兩個(gè)原則:①包括所有從屬功能?？刂乒δ芄芾碇到y(tǒng)中部件的狀態(tài)，并能根據(jù)外部輸入控制系統(tǒng)的功能特性。(3)通訊功能使系統(tǒng)部件能夠與環(huán)境交換(狀態(tài))信息例如，激光系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)(輸出)以表明其處于運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)又可根據(jù)一些參考設(shè)置(輸入)進(jìn)行運(yùn)輥通訊功能主要向功能結(jié)構(gòu)上層的控制回路提供信息。(2)保護(hù)功能確保系統(tǒng)的重要部件的功能參數(shù)處于可允許的范圍內(nèi)。如果系統(tǒng)主要部件的輸入或輸出與系統(tǒng)所處環(huán)境的相應(yīng)輸入或輸出不能直接匹配，接口功能就是必要的了。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的主要從屬功能包括動(dòng)力功能、控制功能、接口功能、保護(hù)功能、通訊功能和結(jié)構(gòu)功能。例如，由一個(gè)圖像傳感器而來(lái)的信息在用來(lái)控制下一較高層次上的機(jī)器人程序之前必須被處理)。例如，機(jī)器人中的電子反饋回路無(wú)疑是傳遞控制信息的，即這個(gè)裝置的目的是控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，但是，若從局部來(lái)看其中的反饋傳感器和信號(hào)調(diào)節(jié)電路的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)被它們處理的信息具有過(guò)程特征，同時(shí)，過(guò)程信息的語(yǔ)義值對(duì)傳感器和前置放大器等的功能并無(wú)影響。②控制信息:用于控制系統(tǒng)中能量和物質(zhì)變換過(guò)程的信息，是能夠被系統(tǒng)所“理解”的信息。3機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能 信息由人產(chǎn)生，為人服務(wù)，人和人之間相互交流的數(shù)據(jù)和消息都是信息，這里的“信息”指的是控制論意義上的信息，即信息是獨(dú)立于物質(zhì)和能量的一類功能變換對(duì)象。它是將用結(jié)合法制成的功能部件(或子系統(tǒng))、功能模塊，像積木那樣組合成各種光機(jī)電一體化系統(tǒng)，故稱組合法。它是將各組成要素有機(jī)結(jié)合為一體，構(gòu)成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng))，其要素之間機(jī)電參數(shù)的有機(jī)匹配比較充分。如在一般的工作機(jī)中，用可編程邏輯控制器（PLC)或微型計(jì)算機(jī)來(lái)取代機(jī)械式變速機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、離合器、蝸輪蝸桿等機(jī)構(gòu)，代替插銷板、撥碼盤(pán)、步進(jìn)開(kāi)關(guān)、時(shí)間繼電器等，以彌補(bǔ)機(jī)械技術(shù)的不足，不但能大大簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且還可提高系統(tǒng)(或產(chǎn)品)的性能和質(zhì)量。 取代法也稱為機(jī)電互補(bǔ)法。機(jī)電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)作為概念設(shè)計(jì)的一個(gè)子集, 服從于概念設(shè)計(jì)的總體思路。 機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)總的來(lái)講, 概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵是十分廣泛和深刻的, 它是一個(gè)發(fā)散思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程, 是根據(jù)產(chǎn)品生命周期各個(gè)的階段的要求 , 進(jìn)行產(chǎn)品功能創(chuàng)造、功能分解以及功能和子功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(3)機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)有它的特殊性, 它是一個(gè)將驅(qū)動(dòng)元件和執(zhí)行件(或執(zhí)行機(jī)構(gòu))融為一體的廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)。主要有以下三大特點(diǎn):(1)機(jī)電一體化系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理和控制制的機(jī)械系統(tǒng), 它的最終目的是實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交義綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。(2)工業(yè)機(jī)器人方面。雖然口前國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化技術(shù)與日本、歐關(guān)等先進(jìn)國(guó)家相比仍有一定差距fs，但隨著新技術(shù)革命的迅猛發(fā)展，我國(guó)加大了機(jī)電一體化技術(shù)的研究力度，并將其確定為國(guó)家高技術(shù)重點(diǎn)研究領(lǐng)域，給予優(yōu)先支持，取得了一定的成績(jī)。我國(guó)從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始進(jìn)行機(jī)電一體化的研究和應(yīng)用，國(guó)務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將其列為“863計(jì)劃”。(3)激光技術(shù)進(jìn)入機(jī)電一體化領(lǐng)域。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品得以迅猛發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：(1)機(jī)電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。第二階段，機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。基于機(jī)電一體化系統(tǒng)是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)這一基本認(rèn)識(shí),將會(huì)有利于我們進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。本文介紹了機(jī)電一體化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。而機(jī)電一體化系統(tǒng)原理的方案設(shè)計(jì)，作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心組成部分，對(duì)機(jī)電一體化的總體設(shè)計(jì)影響深遠(yuǎn)。參考文獻(xiàn)楊自厚． 人工智能技術(shù)及其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用[Ｊ]．冶金自動(dòng)化，1994（5）2 [Ｊ]．冶金自動(dòng)化，1996（4）3 唐懷斌．王俊普．林行辛．6殷際英．芮延年．工業(yè)控制的進(jìn)展與趨勢(shì) [Ｊ]．自動(dòng)化與儀器儀表，1996（4）智能控制[M]． 合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1996鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)展與展望[Ｊ]．河北冶金，1998（1）光機(jī)電一體化實(shí)用技術(shù)[Ｍ]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[Ｍ]． 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004．第三篇：機(jī)電一體化論文摘要：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)各自的特長(zhǎng)迅速設(shè)計(jì)制造一個(gè)能夠經(jīng)濟(jì)、方便、有效、可靠的滿足用戶需要的系統(tǒng)或產(chǎn)品?，F(xiàn)在無(wú)論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速?，F(xiàn)場(chǎng)總線的引入導(dǎo)致ＤCS的變革和新一代圍繞開(kāi)放自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)總線化檢測(cè)儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。美國(guó)、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀(jì)80年代已廣泛實(shí)現(xiàn)CIMS化。未來(lái)鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，及時(shí)交貨。四、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理以及過(guò)程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全局和過(guò)程一體化控制。“開(kāi)放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。ＤCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護(hù)功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動(dòng)控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能，成為一種測(cè)、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。二、分布式控制系統(tǒng)(ＤCS)分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：一、智能化控制技術(shù)(IC)由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術(shù)。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。八、帶源化是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽(yáng)能電池、燃料電池和大容量電池。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。自1986年美國(guó)斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針，1988年美國(guó)加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn)展，開(kāi)發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺(jué)傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等）。六、微型化微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來(lái)的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。這樣，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品。三、模塊化由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。例如在CNC數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話功能，設(shè)置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，會(huì)給使用、操作和維護(hù)帶來(lái)極大的方便。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。一、數(shù)字化微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)通常由多個(gè)環(huán)節(jié)要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能，最后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行目標(biāo)。（4）運(yùn)動(dòng)傳遞：運(yùn)動(dòng)傳遞使構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)各組成要素之間，不同類型運(yùn)動(dòng)的變換與傳輸以及以運(yùn)動(dòng)控制為目的的優(yōu)化。（3）信息控制：在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲(chǔ)存、分析、運(yùn)算、判斷、決策，以達(dá)到信息控制的目的。變換放大后的信號(hào)要在兩個(gè)環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準(zhǔn)確的交換、傳遞，必須遵循一致的時(shí)序、信號(hào)格式和邏輯規(guī)范才行，因此接口耦合時(shí)就必須具有保證信息的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定的模式進(jìn)行交換與傳遞。（1）接口耦合：兩個(gè)需要進(jìn)行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間，由于信息模式不同（數(shù)字量與模擬量，串行碼與并行碼，連續(xù)脈沖與序列脈沖等）無(wú)法直接傳遞和交換，必須通過(guò)接口耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)。（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（運(yùn)動(dòng)組成要素）根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動(dòng)作和功能。（3）測(cè)試傳感部分（感知組成要素）對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并變成可識(shí)別的信號(hào)，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過(guò)分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。（（1）機(jī)械本體（結(jié)構(gòu)組