燕山大學機電一體化課件

燕山大學機電一體化課件目錄機電一體化概述傳感器與執(zhí)行器技術(shù)控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)機械傳動與驅(qū)動技術(shù)計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)目錄嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機電一體化中應用實驗與案例分析01機電一體化概述機電一體化是一種綜合性的技術(shù)，它集成了機械、電子、計算機、自動控制等多種技術(shù)，實現(xiàn)了機械與電子的有機結(jié)合，使機械設(shè)備具有更高的性能、效率和智能化水平。定義機電一體化經(jīng)歷了從初級階段（機械與電子的簡單組合）到高級階段（機械、電子、計算機、自動控制等技術(shù)的深度融合）的發(fā)展歷程。隨著科技的不斷進步，機電一體化技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善。發(fā)展歷程定義與發(fā)展歷程機械系統(tǒng)電子系統(tǒng)計算機系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)組成01020304包括機身、框架、機械傳動和執(zhí)行機構(gòu)等部分，實現(xiàn)系統(tǒng)的基本運動和動力傳遞。包括傳感器、控制器和執(zhí)行器等部分，實現(xiàn)系統(tǒng)的控制、檢測和驅(qū)動等功能。包括硬件和軟件兩部分，實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、信息存儲和人機交互等功能。包括控制器、執(zhí)行器和被控對象等部分，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制、優(yōu)化和調(diào)節(jié)等功能。機電一體化在制造業(yè)中廣泛應用，如數(shù)控機床、工業(yè)機器人、自動化生產(chǎn)線等，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。制造業(yè)機電一體化在交通運輸領(lǐng)域也有重要應用，如汽車、飛機、高鐵等交通工具的控制系統(tǒng)和智能駕駛技術(shù)。交通運輸機電一體化在能源領(lǐng)域的應用包括風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等新能源技術(shù)，以及智能電網(wǎng)、智能家居等智能化技術(shù)。能源領(lǐng)域機電一體化在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應用包括醫(yī)療器械、醫(yī)療機器人等，提高了醫(yī)療水平和效率。醫(yī)療衛(wèi)生機電一體化應用領(lǐng)域02傳感器與執(zhí)行器技術(shù)傳感器類型及工作原理利用物質(zhì)熱脹冷縮、熱電效應等原理，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。通過壓電效應、應變片等原理，將壓力變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。采用光電、磁電等原理，將物體位移變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。利用流體動力學原理，將流量變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。溫度傳感器壓力傳感器位移傳感器流量傳感器通過電動機驅(qū)動，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)位置、速度等控制。電動執(zhí)行器利用液體傳遞壓力，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)動作。液壓執(zhí)行器以壓縮空氣為動力源，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)動作。氣動執(zhí)行器依靠人力操作，通過杠桿、齒輪等機構(gòu)實現(xiàn)動作。人力執(zhí)行器執(zhí)行器類型及工作原理采用模擬信號傳輸方式，如電壓、電流等，實現(xiàn)傳感器與執(zhí)行器之間的信息交換。模擬接口數(shù)字接口智能接口無線通信接口采用數(shù)字信號傳輸方式，如串行通信、并行通信等，實現(xiàn)傳感器與執(zhí)行器之間的信息交換。具有數(shù)據(jù)處理、自診斷等功能，可提高系統(tǒng)性能和可靠性。采用無線通信技術(shù)，如藍牙、WiFi等，實現(xiàn)傳感器與執(zhí)行器之間的無線信息交換。傳感器與執(zhí)行器接口技術(shù)03控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)03控制系統(tǒng)的性能指標分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、準確性和魯棒性等性能指標及其評價方法。01控制理論的基本概念闡述控制理論的基本思想、發(fā)展歷程和核心概念。02控制系統(tǒng)的分類介紹開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)以及復合控制系統(tǒng)的特點和區(qū)別?？刂评碚摵喗榭刂葡到y(tǒng)數(shù)學模型講解建立控制系統(tǒng)數(shù)學模型的方法，如微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方程等。控制系統(tǒng)分析方法介紹時域分析法、頻域分析法和根軌跡法等控制系統(tǒng)分析方法的基本原理和應用?？刂葡到y(tǒng)仿真技術(shù)闡述控制系統(tǒng)仿真技術(shù)的概念、方法和工具，如MATLAB/Simulink等。控制系統(tǒng)建模與分析方法講解控制器設(shè)計的基本原理和方法，如PID控制、最優(yōu)控制、自適應控制等?？刂破髟O(shè)計原理介紹控制器參數(shù)整定的方法，如經(jīng)驗法、試湊法、優(yōu)化算法等，并給出實例。控制器參數(shù)整定闡述先進控制策略在機電一體化系統(tǒng)中的應用，如智能控制、魯棒控制、非線性控制等，并給出實例。先進控制策略應用控制器設(shè)計方法與實例04機械傳動與驅(qū)動技術(shù)鏈傳動通過鏈條與鏈輪的嚙合傳遞運動和動力，適用于遠距離傳動和惡劣環(huán)境下的工作。螺旋傳動通過螺旋副的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動或反之，具有傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、自鎖性好等特點。帶傳動通過帶與帶輪之間的摩擦力傳遞運動和動力，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、緩沖吸振等優(yōu)點。齒輪傳動通過齒輪的嚙合傳遞運動和動力，具有傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長等特點。機械傳動類型及特點分析氣壓傳動原理利用氣體的壓力能傳遞動力和信號，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、環(huán)保無污染等特點。液壓與氣壓傳動的應用在機床、汽車、航空航天等領(lǐng)域廣泛應用，如液壓缸、液壓馬達、氣壓缸等執(zhí)行元件。液壓傳動原理利用液體的壓力能傳遞動力和信號，具有傳動力大、響應快、易于實現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點。液壓與氣壓傳動原理及應用ABCD直流電機驅(qū)動通過直流電源供電，利用電樞反應和換向器實現(xiàn)電機的旋轉(zhuǎn)運動，具有調(diào)速范圍廣、啟動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點。永磁同步電機驅(qū)動采用永磁體提供磁場，通過控制電流實現(xiàn)電機的旋轉(zhuǎn)運動，具有高效率、高功率密度等優(yōu)點。步進電機驅(qū)動通過脈沖信號控制電機的旋轉(zhuǎn)角度和速度，具有定位精度高、控制靈活等特點。交流電機驅(qū)動通過交流電源供電，利用電磁感應原理實現(xiàn)電機的旋轉(zhuǎn)運動，具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便等特點。電機驅(qū)動技術(shù)探討05計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)CAD軟件介紹CAD（計算機輔助設(shè)計）軟件是一種專業(yè)的設(shè)計工具，用于創(chuàng)建、修改、分析和優(yōu)化設(shè)計方案。常見的CAD軟件有AutoCAD、SolidWorks等。CAM軟件介紹CAM（計算機輔助制造）軟件是用于將CAD設(shè)計轉(zhuǎn)化為制造指令的工具，可生成數(shù)控加工代碼、機器人程序等。常見的CAM軟件有Mastercam、UG等。CAD/CAM軟件使用技巧熟練掌握CAD/CAM軟件的基本操作、快捷鍵使用、高級功能應用等，可提高設(shè)計效率和質(zhì)量。010203CAD/CAM軟件介紹及使用技巧數(shù)控加工是一種利用計算機控制機床進行加工的方法，具有高精度、高效率等優(yōu)點。數(shù)控加工概述數(shù)控編程基礎(chǔ)數(shù)控編程實例數(shù)控編程是編寫控制機床運動的程序，包括加工工藝分析、刀具選擇、切削參數(shù)設(shè)置等。通過實例學習數(shù)控編程的方法和技巧，如車削、銑削、鉆孔等加工工藝的編程實現(xiàn)。030201數(shù)控加工編程基礎(chǔ)1233D打印技術(shù)是一種通過逐層堆積材料來制造物體的方法，具有快速成型、個性化定制等優(yōu)點。3D打印技術(shù)概述3D打印技術(shù)可用于制造機械零件、電子元器件、傳感器等，實現(xiàn)機電一體化的快速原型制作和個性化定制。3D打印在機電一體化中的應用隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，其在機電一體化領(lǐng)域的應用將越來越廣泛，如生物醫(yī)療、航空航天等高端制造領(lǐng)域。3D打印技術(shù)發(fā)展趨勢3D打印技術(shù)在機電一體化中應用06嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機電一體化中應用嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計算機系統(tǒng)，它被嵌入到另一個設(shè)備中，用于控制、監(jiān)視或輔助該設(shè)備的操作。嵌入式系統(tǒng)組成嵌入式系統(tǒng)通常由微處理器、存儲器、輸入輸出接口和嵌入式軟件等組成。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程包括需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)集成和測試等階段。嵌入式系統(tǒng)概述及開發(fā)流程物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)定義01物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，對任何物體進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機電一體化中應用02物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)機電一體化設(shè)備的遠程監(jiān)控、故障診斷和預測性維護等功能，提高設(shè)備的運行效率和管理水平。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用前景03隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和應用，其在機電一體化領(lǐng)域的應用前景將更加廣闊，包括工業(yè)4.0、智能制造、智慧城市等領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡介及在機電一體化中應用前景智能終端在機電一體化中作用和挑戰(zhàn)智能終端在機電一體化應用中面臨著安全性、穩(wěn)定性和兼容性等挑戰(zhàn)，需要采取相應的技術(shù)和管理措施加以解決。智能終端在機電一體化中挑戰(zhàn)智能終端是指具有數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信和人機交互等功能的智能設(shè)備，如智能手機、平板電腦等。智能終端定義智能終端可以作為機電一體化設(shè)備的遠程監(jiān)控和管理平臺，實現(xiàn)設(shè)備的遠程控制和數(shù)據(jù)采集等功能，提高設(shè)備的智能化水平。智能終端在機電一體化中作用07實驗與案例分析掌握傳感器和執(zhí)行器的基本工作原理和性能測試方法。實驗目的搭建傳感器與執(zhí)行器測試平臺，進行性能測試并記錄實驗數(shù)據(jù)。實驗內(nèi)容連接傳感器和執(zhí)行器，設(shè)置測試參數(shù)，啟動測試并記錄數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果。實驗步驟確保測試平臺搭建正確，選擇合適的測試參數(shù)，避免損壞設(shè)備。注意事項實驗一：傳感器與執(zhí)行器性能測試實驗ABCD實驗二：控制系統(tǒng)設(shè)計實驗實驗目的掌握控制系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和步驟。實驗步驟確定控制目標，選擇合適的控制器和執(zhí)行器，設(shè)計控制算法，搭建控制系統(tǒng)并進行調(diào)試。實驗內(nèi)容設(shè)計并實現(xiàn)一個簡單的控制系統(tǒng)，如溫度控制或電機轉(zhuǎn)速控制。注意事項確?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計合理，選擇合適的控制器和執(zhí)行器，注意調(diào)試過程中的安全問題。實驗目的掌握機械傳動系統(tǒng)性能測試的基本方法和步驟。實驗內(nèi)容搭建機械傳動系統(tǒng)測試平臺，進行性能測試并記錄實驗數(shù)據(jù)。實驗步驟連接機械傳動系統(tǒng)各部件，設(shè)置測試參數(shù)，啟動測試并記錄數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果。注意事項確保測試平臺搭建正確，選擇合適的測試參數(shù)，避免損壞設(shè)備。實驗三：機械傳動性能測試實驗案例分析：典型機