《機(jī)電一體化》課件

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計

張建民編著北京理工大學(xué)出版社講授：張麗秀沈陽建筑大學(xué)交通與機(jī)械工程學(xué)院1編輯ppt機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計張建民編著1編輯ppt本課程基本情況參考理論學(xué)時：26+6（實(shí)驗）參考學(xué)分：2.5先修課程：《機(jī)械設(shè)計》、《單片微機(jī)原理》、《機(jī)械原理》、《金屬切削機(jī)床》等選用教材：《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》張建民編著，北京理工大學(xué)出版社。主要參考書：1《機(jī)電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計》趙松年主編，機(jī)械工業(yè)出版社2《傳感器原理及工程應(yīng)用》郁有文主編，西安電子科技大學(xué)出版社。3可編程控制器編程手冊。日本松下電工株式會社。4《機(jī)電一體化》[日]高森年編著?？茖W(xué)出版社5《機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》黃筱調(diào)編著2編輯ppt本課程基本情況參考理論學(xué)時：26+6（實(shí)驗）2編輯ppt本課程學(xué)時安排及考核方式1.考查:考試成績（50%）、平時出勤（15%）、作業(yè)（15%）和實(shí)驗成績（20%）2.考試:考試改革（兩次階段考試（20%）+實(shí)驗成績（20%）+期末考試（50%）+作業(yè)（10%））章內(nèi)容學(xué)時1總論22機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計63機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計44機(jī)電一體化系統(tǒng)的微機(jī)控制系統(tǒng)選擇及接口設(shè)計125機(jī)動2總計263編輯ppt本課程學(xué)時安排及考核方式1.考查:考試成績（50第一章

總

論

第1.1節(jié)機(jī)電一體化涵義1.1.1機(jī)電一體化的定義和主要目的

定義：在機(jī)械的主功能、動力功能、信息功能、控制功能基礎(chǔ)上引入微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)地結(jié)合所構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。(日本機(jī)械振興協(xié)會，1981）

主要目的：增加機(jī)械系統(tǒng)或裝置的附加值和自動化程度。（多功能、高效、高可靠性等）機(jī)械學(xué)（Mechanics）+電子學(xué)（Electronics）=機(jī)電一體化或機(jī)械電子工程（Mechatronics）4編輯ppt第一章總論第1.1節(jié)機(jī)電一體化涵義4編輯ppt機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械傳動部分減少，因而使機(jī)械磨損，配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減少，同時由于采用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動檢測，控制，補(bǔ)償和校正因各種干擾因素造成的誤差，從而提高精度。機(jī)電一體化的三大效果：省能、省資源、智能化為什么采用機(jī)電一體化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度？5編輯ppt機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械傳動部分減少，因而使機(jī)械磨損，配合間隙及1.1.2機(jī)電一體化技術(shù)主要研究方向

·機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)的原創(chuàng)性研究與設(shè)計——原創(chuàng)性設(shè)計?！C(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)（或部件）與微電子系統(tǒng)（或部件）相互轉(zhuǎn)換或有機(jī)結(jié)合研究與設(shè)計——變異性設(shè)計。機(jī)電一體化技術(shù)研究的主要內(nèi)容

主要研究“省能源、省資源、智能化”三大基本要素，形成交叉學(xué)科的基礎(chǔ)理論知識，解決機(jī)電一體化（技術(shù)）設(shè)計中的核心技術(shù)問題——接口技術(shù)。6編輯ppt1.1.2機(jī)電一體化技術(shù)主要研究方向·機(jī)電一體化產(chǎn)品或系1.1.3機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷史（1）基礎(chǔ)設(shè)計理論、研究方法的形成（二次世界大戰(zhàn)前）（2）電子技術(shù)的時代（二次世界大戰(zhàn)以來）（3）微電子技術(shù)時代（工業(yè)自動化的大量應(yīng)用）（4）機(jī)電一體化技術(shù)理論體系的初步形成（智能化產(chǎn)品或裝置的出現(xiàn)）（5）計算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制軟件的應(yīng)用（智能化—省能源—省資源）（6）工業(yè)自動化和產(chǎn)品自動化（智能化—

自動化—增加附加值）（7）未來發(fā)展方向（高度智能化和

自動化）7編輯ppt1.1.3機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷史（1）基礎(chǔ)設(shè)計理論、研究1.1.3機(jī)電一體化典型產(chǎn)品8編輯ppt1.1.3機(jī)電一體化典型產(chǎn)品8編輯ppt第1.2節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素與功能構(gòu)成

1.2.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素與功能特征五大功能構(gòu)成要素：機(jī)械系統(tǒng)、電子信息處理系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、執(zhí)行控制系統(tǒng)（元件）組成及其定義與作用。9編輯ppt第1.2節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素與功能構(gòu)成1.2.1機(jī)械本體：用于支撐和連接其它要素，并把這些要素合理地結(jié)合起來，形成有機(jī)的整體。必要的組成部分，沒有它，系統(tǒng)的各部件就支離破碎。動力系統(tǒng)。為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供能量和動力功能，去驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能，包括電、液、氣等多種動力源。傳感與檢測系統(tǒng)。將機(jī)電一體化產(chǎn)品在運(yùn)行過程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統(tǒng)的功能對這些物理量進(jìn)行測定，為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供運(yùn)行控制所需的各種信息。10編輯ppt機(jī)械本體：用于支撐和連接其它要素，并把這些要素合理地結(jié)合起來信息處理及控制系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感器與檢測系統(tǒng)的反饋信息，并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理，運(yùn)算和決策，以對產(chǎn)品的運(yùn)行實(shí)施按要求的控制。執(zhí)行部件。在控制信息的作用下完成要求的動作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。執(zhí)行部件一般是運(yùn)動部件，常采用機(jī)械、電液、氣動等機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品目的功能的直接執(zhí)行者，其性能的好壞決定著整個產(chǎn)品的性能。11編輯ppt信息處理及控制系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息NC指令位置控制速度控制電機(jī)工作臺比較器測速機(jī)旋變12編輯pptNC指令位置控制速度控制電機(jī)工作臺比較器測速機(jī)旋變12編輯p1.2.2機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)13編輯ppt1.2.2機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)13編輯ppt14編輯ppt14編輯ppt15編輯ppt15編輯ppt16編輯ppt16編輯ppt17編輯ppt17編輯ppt18編輯ppt18編輯ppt19編輯ppt19編輯ppt三大目的功能：——變換功能（加工處理）；——傳遞功能（移動、輸送）；——儲存功能（保持、積蓄、記錄）?？刂品绞剑骸€性控制方式；——非線性控制方式；——智能控制方式。20編輯ppt三大目的功能：——變換功能（加工處理）；20編輯ppt1.2.3機(jī)電一體化系統(tǒng)具有的主要功能要素

主功能、信息功能、控制功能、動力功能、構(gòu)造功能。以及各子系統(tǒng)的匹配技術(shù)（核心）——接口技術(shù)。

機(jī)電系統(tǒng)五種內(nèi)部功能構(gòu)成CNC機(jī)床內(nèi)部功能構(gòu)成21編輯ppt1.2.3機(jī)電一體化系統(tǒng)具有的主要功能要素主功能、信息接口技術(shù)的作用：

實(shí)現(xiàn)機(jī)械、電子、信息等各種技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的物質(zhì)、能源、信息的傳遞與轉(zhuǎn)換，達(dá)到系統(tǒng)所需目的。接口技術(shù)的功能：

系統(tǒng)輸入/輸出接口信息的匹配。系統(tǒng)信息的轉(zhuǎn)換、調(diào)整，能源信息匹配。

第1.3節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素相互聯(lián)系問題——接口技術(shù)

22編輯ppt接口技術(shù)的作用：第1.3節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要接口技術(shù)的分類：·按變換調(diào)整功能分類：零接口（導(dǎo)線）：不進(jìn)行任何變換和調(diào)整無源接口（齒輪減速器）：只用無源要素進(jìn)行變換、調(diào)整有源接口:（電磁離合器、放大器、A/D等）含有有源要素、主動進(jìn)行匹配的接口智能接口:·按輸入輸出功能分類：機(jī)械接口、物理接口、信息接口、環(huán)境接口（對周圍環(huán)境有保護(hù)作用）。

實(shí)際上，機(jī)電一體化技術(shù)研究的核心問題就是接口技術(shù)問題。23編輯ppt接口技術(shù)的分類：·按變換調(diào)整功能分類：23編輯ppt24編輯ppt24編輯ppt第1.4節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計流程

設(shè)計內(nèi)容：（1）確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo)——運(yùn)動參數(shù)、動力參數(shù)、品質(zhì)參數(shù)。（2）系統(tǒng)功能部件要素的劃分——功能部件選擇、設(shè)計和與系統(tǒng)主功能的匹配。（3）接口設(shè)計——機(jī)械接口、物理接口、信息接口、環(huán)境接口25編輯ppt第1.4節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計流程設(shè)計內(nèi)容：25編輯p（4）綜合評價或系統(tǒng)評價——系統(tǒng)性能、結(jié)構(gòu)質(zhì)量的各種定量指標(biāo)和參數(shù)，系統(tǒng)的附加價值，滿足設(shè)計或用戶需求的功能性產(chǎn)品或系統(tǒng)為前提。評價方法依據(jù)產(chǎn)品要求有所不同。（5）可靠性復(fù)查（6）試制與調(diào)試——樣機(jī)制造與調(diào)試、試驗。（7）最終產(chǎn)品結(jié)果評價——是否達(dá)到設(shè)計或用戶要求26編輯ppt（4）綜合評價或系統(tǒng)評價——系統(tǒng)性能、結(jié)構(gòu)質(zhì)量的各種定量指第1.5節(jié)

機(jī)電一體化系統(tǒng)的評價體系

依據(jù)提高機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)附加價值的各項綜合指標(biāo)作為評價體系的制定標(biāo)準(zhǔn)，即五大內(nèi)部功能要素指標(biāo)。系統(tǒng)（產(chǎn)品）內(nèi)部功能

評

價

參

數(shù)

系統(tǒng)（產(chǎn)品價值）高低主功能

系統(tǒng)誤差抗干擾能力廢棄物輸出變換效率小強(qiáng)少高大弱多低動力功能

輸入能量能源少內(nèi)裝多外裝控制功能可控輸入輸出接口數(shù)操作動作數(shù)多少少多構(gòu)造功能尺寸、重量強(qiáng)度小、輕高大、重低計測功能或信息獲取精度靈敏度高響應(yīng)快低響應(yīng)慢27編輯ppt第1.5節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的評價體系依據(jù)提高機(jī)圖1-7系統(tǒng)內(nèi)部功能的發(fā)展方向及評價內(nèi)容

28編輯ppt圖1-7系統(tǒng)內(nèi)部功能的發(fā)展方向及評價內(nèi)容28編輯ppt第1.6節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法與類型

1.6.1

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的一般原則原則：從規(guī)范性、通用性、耐環(huán)境性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等多方面綜合分析，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計方法和手段，達(dá)到機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的三大目的省能源、省資源、智能化，提高機(jī)電產(chǎn)品的附加值和自動化程度。常用的設(shè)計方法：機(jī)電互補(bǔ)法機(jī)電結(jié)合（融合）法機(jī)電組合法常見的設(shè)計類型：開發(fā)性設(shè)計適應(yīng)性設(shè)計變異性設(shè)計

29編輯ppt第1.6節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法與類型1.6.1機(jī)第1.8節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計程序、準(zhǔn)則與規(guī)律30編輯ppt第1.8節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計程序、準(zhǔn)則與規(guī)律30編輯pp本章小結(jié)

本章節(jié)應(yīng)重點(diǎn)掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)涵、作用、目標(biāo)以及研究的主要核心技術(shù)問題，機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的構(gòu)成要素和功能要素，以及它們之間的相互聯(lián)系；機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的一般設(shè)計設(shè)計工作流程；應(yīng)考慮的方法和設(shè)計類型；了解機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計的基本程序、準(zhǔn)則與規(guī)律；現(xiàn)代設(shè)計方法在機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）中的應(yīng)用。31編輯ppt本章小結(jié)本章