机电一体化技术及设计

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机电一体化技术及设计

【摘要】当前，从传统的机械产品向机电一体化系统或产品过渡，已经在各个领域逐渐出现，这种过渡主要由复杂的机械系统到简单的电子控制技术，其范围包括监控、开环控制、闭环控制、自适应控制、模糊控制以及智能控制等。

其实机电一体化技术伴随着机械系统的再设计，以获得微处理机能够提供的附加功能的全部优点。

由机电一体化到电子系统简化过程，从而产生更加简单的机械系统。

机电一体化技术这个名词乃是集主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术，并将机械装置与电子设备以及软件等有机结合而成的系统总称。

【关键字】机电一体化技术要求设计原则

一、机电一体化系统设计技术要求

机电一体化系统设计要达到各项技术指标，力求做到系统功能相对齐全，性能指标比较合理，实用性强，安全可靠性高，经济效益好。

同时，在开发新产品时，还应该与世界同类产品比较，注意他们的技术特点、先进性(费效比、节能节材、工作柔性等)以及社会效益等。

二、机电一体化系统设计原则

(一)首先确定一系列的设计指标，在进行机电一体化系统的设计，也就是说，对所设计的系统提出必须满足的技术要求，然后才能着手具体系统的设计。

机械系统与微电子系统协同组合的原则。

在采用机电一体化技术新概念进行工程设计时，为了提高系统的性能和柔性，要求广泛的物质和信息的集成。

在整个机电一体化系统的设计过程中，都必须考虑机械技术与电子控制技术的集成，创造出机械、电子以及软件等有机结合的新产品。

机电一体化系统设计往往伴随着机械系统的再设计，而且机械系统的再设计还不是全部。

许多现代的机电一体化工程设计不是被动的依靠机遇来革新机电产品，而是预先精心计划应用，并充分集成电子技术和机械技术，有目的地创造出最优的新产品，以达到新的系统比它们的原有产品更便宜、更简单、更可靠以及更具有工作柔性。

机电一体化技术方法将给产品设计带来各种发展机会。

在进行机电一体化系统设计时，通常应遵循如下原则来处理机与电的关系：1.在极端情况下，机械的功能可以完全由微处理机和执行器取代，从而使电子产品替代机械产品。

2.机械系统可采用机电一体化技术方法加以简化。

依靠微处理机和执行器可以提供诸如轮廓、速度以及定位控制任务的功能。

3.将正常设计的机械与闭环控制回路相结合，可以实现增强机械系统的运动速度、精度以及柔性。

在闭环回路中，固有的比例控制在部件上的应力，与终点急刹车的执行器相比较，要小得多，因此，有关的部件可以做得更轻、惯量更小。

4.机电一体化技术设汁方法应在一开始就注意充分发挥机械和电子的综合优势，通过机电互补和集成，以求达到设计出最优的新产品，适应竞争日益激烈的世界市场。

三、机电一体化系统构成

机电一体化系统主要由传感器、调理电路、测量系统、系统动态响应、系统频率响应、控制器等等。

(一)传感器

传感器在机电一体化系统中起着重要作用。

如果没有传感器对各种参数进行精确而可靠的自动检测，那么信号转换、信息处理、控制器的最佳控制等，都是无法进行和实现的。

在机电一体化系统中常用的位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力、扭矩和压力传感器以及温度传感器。

(二)调理电路

传感元件将被测物理变化过程的信号转化成为各种电路性参数(如电阻、电容、电感等)或电源性参数(如电压、电荷等)形式的信号、但这些信号在种类和强度上一般不能直接地为后面的数据处理和显示等所利用，需要经调理电路进行中间处理。

例如将电路性参数转换为电压、电流信号;弱小信号放大;减小噪声或选出有用信号等。

主要讨论调理电路中常用的电桥电路、调制与解调、放大电路、滤波器电路。

(三)测量系统的组成

测量系统或测量仪器是一种具有标定特性并用于测量的装置，它的输出量能够反映测量信息并直接通过显示装置力操作者所接受，它由若干个测量装置与辅助装置所组成。

测量系统是由若干个测量变换单元所组成的，各个单元是以其在测量系统中所起的作用来划分的，所以这些单元可统称为功能单元。

在对具体的测量系统进行分析时，常常可以将系统分解为按一定顺序连接起来的功能单元，各种不同用途的系统有白己所特有的功能单元和排列顺序。

(四)系统动态响应

机电控制系统的运行在时域中最为直观。

当系统输入某些典型信号时，利用拉氏变换中的终值定理，我们可以了解当t时系统的输出情况，即稳态状况;但对动态系统来说，更重要的是要了解系统加上输入信号后其输出随时间变化的情况，我们希望系统响应满足稳、准、快。

(五)系统频率响应

时域瞬态响应法是分析控制系统的直接方法，比较直观，但是不借助计算机时，分析高阶系统非常繁琐。

因此，发展了其他一些分析控制系统的方法。

其中频域法是一种工程上广为采用的分析和综合系统的间接方法。

另外，存机械工程中机械振动均频率特性有着密切的关系。

(六)控制器

所谓自动控制，就是指应用控制装置自动地、有目的地控制或操纵机器设备和过程，使之具备一定的状态和性能。

自动控制的任务是控制某此物理量按照预先确定的规律进行变化。

控制系统由控制器和控制对象组成，其中控制对象足指被控制的机器设备或物体，而所采用的控制装置就称力拧制器。

四、结语

机电一体化技术已经进一步开辟设计和生产新一代高技术产品。

在科学技术飞速发展的今天，了解电子系统与机械系统并加以全面推广和发展的国家，将处于新一代技术革命的前列，机电一体化技术是随着现代科学技术的发展而逐步形成的。

机电一体化的产品正以惊人的速度不断涌向市场，其中有些是老产品的更新换代，精密机械与微电子的协同组合，并且在某种程度上，电子系统取代了精密机械系统的功能，由复杂精密机械系统到简单的电子系统简化过程。

可见机电一体化技术毕将带给人们不一样的明天。

凡积极进行机电一体化技术研究未来就会属于他们。

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