機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)-在線瀏覽
2025-07-01 01:39本頁(yè)面
【正文】 、組織結(jié)構(gòu)、信息傳遞、控制機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)。要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，首先就要把系統(tǒng)分解成許多分系統(tǒng)，建立各個(gè)分系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，最后再進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)。如果設(shè)計(jì)者只注重元件設(shè)計(jì)而忽視優(yōu)化組合過(guò)程，則即使是經(jīng)過(guò)精心篩選的元件也可能組成性能低劣的系統(tǒng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)通常由五大要素構(gòu)成、即動(dòng)力源、傳感器、機(jī)械結(jié)構(gòu)、執(zhí)行元件和電子計(jì)算機(jī)?？刂葡到y(tǒng)不僅與計(jì)算機(jī)及其輸入輸出通道有關(guān)，更與所采用的控制技術(shù)密切相關(guān)。三、機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù) 當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了縱向分化、橫向綜合的重要趨勢(shì)。因此，目前普遍認(rèn)為，機(jī)電一體化這一新興學(xué)科涉及到四大基礎(chǔ)學(xué)科，即：機(jī)械學(xué)、控制論、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)。硬件通常由機(jī)械本體、傳感器、接口單元、信息處理單元和驅(qū)動(dòng)單元等部分組成。因此與機(jī)電一體化技術(shù)相關(guān)的技術(shù)應(yīng)包括以下幾個(gè)方面。如原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)和傳動(dòng)裝置一般都采用機(jī)械結(jié)構(gòu)。在這方面除了要充分利用傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)外，還要大力發(fā)展精密加工技術(shù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法、虛擬設(shè)計(jì)方法等；研究開(kāi)發(fā)新型復(fù)合材料，以便使機(jī)械結(jié)構(gòu)減輕重量，縮小體積，改善在控制方面的快速響應(yīng)特性；研究高精度導(dǎo)軌、高精度滾軸絲杠、具有高精密度的齒輪相軸承，以提高關(guān)鍵零部件的精度和可靠性；通過(guò)使零部件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化來(lái)提高其設(shè)計(jì)、制造和維修的水平。任何機(jī)電裝備系統(tǒng)都需要依靠機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的功能，而執(zhí)行構(gòu)件需要靠原動(dòng)機(jī)供給一定形式的能量和運(yùn)動(dòng)才能得以實(shí)現(xiàn)。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)又稱為機(jī)械傳動(dòng)鏈，它是機(jī)電裝備的重要組成部分之一。他們?cè)谶\(yùn)動(dòng)、力的傳遞和變換方面各有其特點(diǎn)，其中較為典型的、與機(jī)器人有關(guān)的是滑動(dòng)絲杠、滾珠絲杠、傘齒輪、同步齒型帶、蝸輪蝸桿、常用減速器和直線軸承等。傳感器按照一定的精度將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電信號(hào)，通常由敏感元件轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成。目前，傳感器一方面向高靈敏度、高精度和高可靠性方向發(fā)展，一方面向集成化、智能化和微型化的方向發(fā)展；所謂集成化即把傳感器和信息處理單元集成在一起，實(shí)現(xiàn)傳感器和信息處理一體化；所謂智能化即使傳感器具有自診斷、自修正的功能。信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)是指利用電子計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備對(duì)信息進(jìn)行輸入、轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、存儲(chǔ)和輸出等技術(shù)，這里所說(shuō)的電子計(jì)算機(jī)包括工控機(jī)、單片機(jī)和可編程控制器等。通過(guò)以上這些措施，可以使計(jì)算機(jī)在惡劣的工業(yè)環(huán)境中長(zhǎng)期、安全、可靠地工作。 接口技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備（如執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、機(jī)械本體、動(dòng)力源和人機(jī)交互設(shè)備等）之間的連接和信息交換環(huán)節(jié)稱為接口，接口功能的實(shí)現(xiàn)除硬件電路外，還應(yīng)包括相應(yīng)的接口軟件（驅(qū)動(dòng)程序），通常通過(guò)接口硬件和接口軟件的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)接口任務(wù)。接口應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、方便、可靠，并提高信息的傳輸速率。采用光導(dǎo)纖維和光電隔離技術(shù)可以消除外界干擾。伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是指與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相關(guān)的一些技術(shù)問(wèn)題。液壓和氣動(dòng)主要包括泵、閥、油（氣）缸、液壓（氣動(dòng)）馬達(dá)及其附屬液（氣）壓元器件等；電動(dòng)驅(qū)動(dòng)主要包括交流伺服電機(jī)、直流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)等。對(duì)于直流伺服電機(jī)，要求控制性能好、速度和扭矩性能穩(wěn)定；與直流伺服電機(jī)相比，交流伺服電機(jī)具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、容易維護(hù)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以設(shè)計(jì)得很小，能夠承受高速旋轉(zhuǎn)等許多直流電機(jī)所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。而作為一種小型伺服電機(jī)，由于容易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，目前使用相當(dāng)普遍。直流伺服電機(jī)能很好地滿足這些要求，因此半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)在制造業(yè)和軍事裝備中得到了廣泛的應(yīng)用。交流伺服電機(jī)有兩類(lèi)：交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)和交流同步伺服電動(dòng)機(jī)。而交流感應(yīng)電機(jī)在調(diào)速系統(tǒng)或一些動(dòng)態(tài)性能要求不太高的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（如機(jī)床主軸伺服系統(tǒng)）中應(yīng)用較多。它的機(jī)械位移與輸入的數(shù)字脈沖數(shù)有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步，所以稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)集中了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種步進(jìn)電機(jī)。 在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。從零部件的數(shù)控加工、家用電器的自動(dòng)化組裝到現(xiàn)代化的汽車(chē)生產(chǎn)線；從艦船的自動(dòng)導(dǎo)航、精確制導(dǎo)的炸彈到捕捉敵人
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