第一章机电传动控制.ppt

* 第1章 总 论 机电一体化系统设计 第1章 总 论 本章学习内容： 第一节 概述 第二节 机电一体化系统构成要素及功能构成 第三节 机电一体化系统构成要素的相互联接 第四节 机电一体化系统的设计流程 第五节 机电一体化系统的评价 第六节 机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型 第七节 机电一体化系统的设计流程 第八节?? 机电一体化工程与系统工程 第九节 机电一体化系统的设计程序、准则与规律 第十节 机电一体化系统的开发工程与现代设计方法 1.1 概 述 机械学 电子学 信息 科学 机电 一体化 关于“机电一体化”(Mechatronics)这个名词的起源，说法很多，早在197l年，日本?机械设计?杂志副刊就提出了“Mechatronics”这一名词，1976年以广告为主的日本杂志Mechatronics design news开始使用。 Mechatronics Mechanics Electronics 日本机械振兴经济研究所提出的解释：机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 机电一体化不是机械与电子简单的叠加，而是在相互交叉、融合的基础上建立起来的应用技术，一般包含机电一体化技术和机电一体化产品(系统)两层含义。 机电一体化技术主要包括技术原理使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术； 机电一体化“产品 ”主要是机械系统与微电子系统相互置换或有机结合而构成的新“系统”，且赋予其新的功能和性能的新一代产品。 典型的机电一体化产品： 典型的机电一体化产品： 以微型计算机为代表的微电子技术逐步向机械领域渗透，并与机械技术有机地结合，为机械增添了“头脑”，增加了新的功能和性能，从而进入以机电有机结合为特征的“机电一体化时代”。 机电一体化的目的是使系统高附加价值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展，不断满足人们生活的多样化需求和生产的省力化、自动化需求。 1.2 机电一体化系统的构成要素及功能构成 机电一体化系统 信息处理 系统 动力系统 传感与检测 系统 机械系统 执行系统 机械系统：起支承和联接作用； 动力系统：提供动力输入； 传感检测系统：将机械模块的状态和性能参数转换为电的 信号，并进行必要的信息处理后送计算机； 执行系统：根据控制系统的指令完成相应的动作； 信息处理系统：对来自传感器与检测部分的信息进行理， 使之符合控制要求。 位置,速度检测单元 电机 机械 部件 位置,速度反馈 CNC 数控机床伺服系统组成 系统目的功能 机电一体化系统的五大要素及其相应 的五大功能 （a） （b） 1.3 机电一体化系统构成要素的相互联接 机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利进行物质、能量和信息的传递与交换。为此，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件就可称为接口（interface）。 接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。 广义的接口功能有两种，一种是输入/输出；另一种是变换、调整。 1)零接口：不进行任何变换和调整、输出即为输入等，仅起连接作用的接口，称为零接口。例如输送管、接插头、接插座、接线柱、传动轴、导线、电缆等。 2）无源接口：只用无源要素进行变换、调整的接口，称为无源接口。例如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻器以及透镜等。 3)有源接口：含有有源要素、主动进行匹配的接口，称为有源接口。例如电磁离合器、放大器、光电耦合器、D/A转换器、A/D转换器以及力矩变换器等。 4)智能接口：含有微处理器，可进行程序编制或可适应性地改变接口条件的接口，称为智能接口。 例如自动变速装置， 通用输入／输出LSI(8255等通用I/O)、GP-IB总线、STD总线等。 根据接口的变换、调整功能，可将接口分成以下四种： 根据接口的输入／输出功能，可将接口分成以下四种： 1）机械接口：根据输入/输出部位的形状、尺寸精度、配合、规格等进行机械联接，如联轴节、管接头、法兰盘、万能插口、接线柱等。 2）物理接口 ：受通过接口部位的物质、能量与信息的具体形态和物理条件约束，如受电压、频率、电容、电流等约束的接口。 3）信息接口 ：受规格、