機(jī)電一體化課件1

1、機(jī) 電 一 體 化 控 制 系 統(tǒng)湯漾平湯漾平 機(jī)械學(xué)院工藝設(shè)備及自動(dòng)化系機(jī)械學(xué)院工藝設(shè)備及自動(dòng)化系 教授教授 系主任系主任機(jī)電一體化控制系統(tǒng) 參考書參考書機(jī)電一體化控制技術(shù)與系統(tǒng)機(jī)電一體化控制技術(shù)與系統(tǒng) 周祖德周祖德. .唐泳洪唐泳洪. .武漢武漢: :華中理工大學(xué)出版社華中理工大學(xué)出版社,1993.,1993.機(jī)械電子學(xué)機(jī)械電子學(xué) 劉政華劉政華. .何將三何將三. .長沙長沙: :國防科技大學(xué)出版社國防科技大學(xué)出版社,1999.,1999.機(jī)電一體化設(shè)備結(jié)構(gòu)與維修機(jī)電一體化設(shè)備結(jié)構(gòu)與維修 宋福生宋福生. .朱朱 江等江等. .南京南京: :東南大學(xué)出版社東南大學(xué)出版社,2000.,2000

2、. 前期課程及知識(shí) 大學(xué)物理、工程力學(xué)、大學(xué)物理、工程力學(xué)、工程材料、機(jī)械制圖與畫工程材料、機(jī)械制圖與畫法幾何、機(jī)械原理、機(jī)械法幾何、機(jī)械原理、機(jī)械零件、互換性與技術(shù)測量、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、成零件、互換性與技術(shù)測量、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、成型加工工藝、機(jī)械制造過程技術(shù)、機(jī)電傳動(dòng)控制、型加工工藝、機(jī)械制造過程技術(shù)、機(jī)電傳動(dòng)控制、微機(jī)原理等。微機(jī)原理等。 應(yīng)經(jīng)過金工實(shí)習(xí)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，具備應(yīng)經(jīng)過金工實(shí)習(xí)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，具備必要的實(shí)踐知識(shí)。必要的實(shí)踐知識(shí)。 相 關(guān) 課 程 機(jī)械加工自動(dòng)化 機(jī)械制造系統(tǒng) 機(jī)械工藝裝備設(shè)計(jì)本 課 程 的 目 的 從基本知識(shí)入手，結(jié)合典型的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，使從基本知識(shí)入

3、手，結(jié)合典型的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)生1.1.對(duì)對(duì)機(jī)電一體化機(jī)電一體化技技術(shù)與系統(tǒng)術(shù)與系統(tǒng)有較全面有較全面的的認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)， 2.2.基本掌握基本掌握總體設(shè)總體設(shè)計(jì)的計(jì)的理論和方法理論和方法， 3.3.掌握掌握元部件的元部件的選選擇和計(jì)算擇和計(jì)算， 4.4.初步具備初步具備機(jī)電一機(jī)電一體化系統(tǒng)的體化系統(tǒng)的開發(fā)能開發(fā)能力力。 先進(jìn)制造技術(shù)的層次及技術(shù)來源示意圖先進(jìn)制造技術(shù)的層次及技術(shù)來源示意圖第二層第二層新型的制造單元技術(shù)新型的制造單元技術(shù)第三層第三層先進(jìn)制造集成技術(shù)先進(jìn)制造集成技術(shù)第一層第一層基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)制造資源計(jì)劃制造資源計(jì)劃1 11 1 機(jī)電一體化技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)的 產(chǎn)生與發(fā)展產(chǎn)生與發(fā)展1

4、 12 2 機(jī)電一體化的機(jī)電一體化的 概念概念1 13 3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)的 功能構(gòu)成和組成要素功能構(gòu)成和組成要素1 14 4 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)的 共性關(guān)鍵技術(shù)共性關(guān)鍵技術(shù)1 15 5 機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)的機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)的 應(yīng)用和發(fā)展應(yīng)用和發(fā)展第一章 緒 論機(jī)電一體化這個(gè)詞（機(jī)電一體化這個(gè)詞（最早產(chǎn)生于日本）最早產(chǎn)生于日本）（mechatronicsmechatronics= mechanic + electronics= mechanic + electronics）機(jī)械電子學(xué)、我國習(xí)慣稱之為機(jī)械電子學(xué)、我國習(xí)慣稱之為 機(jī)電一體化機(jī)電一體化1.1機(jī)電一體

5、化技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展根本原因根本原因理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)-方法論方法論 技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)1.機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展的根本原因 機(jī)機(jī) 電電 一一 體體 化化 的的 產(chǎn)產(chǎn) 生生 與與 迅迅 速速發(fā)發(fā) 展展 的的 根根 本本 原原 因因 在在 于于 社社 會(huì)會(huì) 的的 發(fā)發(fā) 展展和和 科科 學(xué)學(xué) 的的 進(jìn)進(jìn) 步。步。 機(jī)電一體化是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制機(jī)電一體化是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等技術(shù)有機(jī)結(jié)合的等技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一門復(fù)合技術(shù)一門復(fù)合技術(shù)，其產(chǎn)生與發(fā)展與，其產(chǎn)生與發(fā)展與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。 在工程技術(shù)和科學(xué)的發(fā)展過程中，在工程技術(shù)和科學(xué)的發(fā)展過程中，自動(dòng)化與自

6、自動(dòng)化與自動(dòng)控制技術(shù)動(dòng)控制技術(shù)起著起著極其重要的作用極其重要的作用。 自動(dòng)控制最早、最典型的應(yīng)用自動(dòng)控制最早、最典型的應(yīng)用航天、制導(dǎo)、航天、制導(dǎo)、飛機(jī)駕駛不用說。冶金、電力、化工、練油、軋鋼。飛機(jī)駕駛不用說。冶金、電力、化工、練油、軋鋼。 進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)一步發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械制造、電子化機(jī)械產(chǎn)現(xiàn)代機(jī)械制造、電子化機(jī)械產(chǎn)品。品。鍋爐供水的水位調(diào)節(jié)鍋爐供水的水位調(diào)節(jié) 1818世紀(jì)世紀(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)解器轉(zhuǎn)速調(diào)解器 1919世紀(jì)世紀(jì)單機(jī)、單個(gè)參數(shù)（溫度單機(jī)、單個(gè)參數(shù)（溫度T T、壓力、壓力P P、流量、流量Q Q） 的控制的控制2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代年代復(fù)雜生產(chǎn)過程、工段、車間的控制復(fù)雜生產(chǎn)過程、工段、車間的控

7、制 40-50 40-50年代年代電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用、單機(jī)自電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用、單機(jī)自 動(dòng)化和單個(gè)設(shè)備的自動(dòng)化動(dòng)化和單個(gè)設(shè)備的自動(dòng)化 60 60年代年代系統(tǒng)自動(dòng)化、自動(dòng)生產(chǎn)線系統(tǒng)自動(dòng)化、自動(dòng)生產(chǎn)線 70 70年代年代后來，后來，綜合自動(dòng)化、綜合自動(dòng)化、FMSFMS與機(jī)電一體化產(chǎn)品與機(jī)電一體化產(chǎn)品由此可見，由此可見， 機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)際上實(shí)際上是自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的是自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)一個(gè)階段和必然產(chǎn)物階段和必然產(chǎn)物。 是自動(dòng)化領(lǐng)域中機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)是自動(dòng)化領(lǐng)域中機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)有機(jī)結(jié)合有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生而產(chǎn)生的的新技術(shù)新技術(shù)。2.機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)（方法論） 系統(tǒng)工程

8、系統(tǒng)工程、控制論控制論和和信息論信息論是機(jī)電是機(jī)電一體化的一體化的理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)，也，也是機(jī)電一體化技術(shù)的是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論方法論2.機(jī)電一體化的技術(shù)基礎(chǔ)微電子技術(shù) 微微 電電 子子 技技 術(shù)術(shù) 的的 發(fā)發(fā) 展，展， 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 大大規(guī)規(guī) 模模 和和 超超 大大 規(guī)規(guī) 模模 集集 成成 電電 路路 制制 造造 技技術(shù)術(shù) 的的 發(fā)發(fā) 展展 和和 進(jìn)進(jìn) 步步為為 機(jī)機(jī) 電電 一一 體體 化化 奠奠定定 了了 技技 術(shù)術(shù) 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)。 第一只晶體管的誕生第一只晶體管的誕生 19471947年年 集成電路集成電路 19591959年年 微處理芯片微處理芯片 7070年代年代 微電子技術(shù)獲

9、得驚人的發(fā)展微電子技術(shù)獲得驚人的發(fā)展intelintel 4004 1971 2000 4004 1971 2000器件器件/ /片片 時(shí)鐘時(shí)鐘 1MHz1MHz經(jīng)過經(jīng)過7 7次技術(shù)換代后次技術(shù)換代后8058680586（奔騰）（奔騰） 1995 3001995 300萬器件萬器件/ /片片 時(shí)鐘時(shí)鐘 133MHz133MHz8068680686（高性能奔騰）（高性能奔騰）19951995。1111月月 550550萬器件萬器件/ /片片 時(shí)鐘時(shí)鐘 300MHz300MHz其功能又翻了一番。其功能又翻了一番。 與此同時(shí)，能實(shí)現(xiàn)各種功能的那些專用的大規(guī)模集與此同時(shí)，能實(shí)現(xiàn)各種功能的那些專用的大規(guī)

10、模集 成電路芯片成電路芯片層出不窮層出不窮，大概現(xiàn)在，大概現(xiàn)在每天都有新的問世每天都有新的問世。 MCT 8000 F8 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 控控 制制 器器MC 系系 列列 DSP 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 控控 制制 器器 目前、機(jī)電一體化技術(shù)、產(chǎn)品和系統(tǒng)已經(jīng)滲透目前、機(jī)電一體化技術(shù)、產(chǎn)品和系統(tǒng)已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活的到國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域各個(gè)領(lǐng)域： 大的大的： 機(jī)械制造裝備、汽車、石機(jī)械制造裝備、汽車、石化裝備、冶金裝備、航空航化裝備、冶金裝備、航空航天、現(xiàn)代化武器天、現(xiàn)代化武器 小的小的 ： 辦公自動(dòng)化設(shè)備、家用電器等辦公自動(dòng)化設(shè)備、家用電器等 達(dá)到達(dá)到無孔不入無孔不入的地步。的地步。宇航員與

11、機(jī)械手配合，在航天飛機(jī)上安裝宇航員與機(jī)械手配合，在航天飛機(jī)上安裝“任務(wù)專門儀任務(wù)專門儀”12 機(jī)電一體化的概念 機(jī)電一體化的機(jī)電一體化的 定義定義 機(jī)電一體化的機(jī)電一體化的 研究內(nèi)容研究內(nèi)容 機(jī)電一體化的機(jī)電一體化的 特點(diǎn)和范疇特點(diǎn)和范疇1機(jī)電一體化的定義（1）（1 1）定義）定義1 1 是指在是指在機(jī)械機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息與控制功能上的主功能、動(dòng)力功能、信息與控制功能上引進(jìn)引進(jìn)了了電子電子技術(shù)，并將技術(shù)，并將機(jī)械裝置機(jī)械裝置與與電子設(shè)備電子設(shè)備以及以及軟件軟件等等有機(jī)結(jié)合有機(jī)結(jié)合而成的而成的系統(tǒng)的總稱。系統(tǒng)的總稱。 19811981年，日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所年，日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)

12、濟(jì)研究所（2 2）定義）定義2 2 （系統(tǒng)）是由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成機(jī)械（系統(tǒng)）是由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械機(jī)械和（或）和（或）機(jī)電機(jī)電部件部件相互聯(lián)相互聯(lián)系的系統(tǒng)。系的系統(tǒng)。 19841984年，美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（年，美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASMEASME）（3 3）定義）定義3 3 是指在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)過程的初始階段就考慮將是指在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)過程的初始階段就考慮將精密機(jī)精密機(jī)械技術(shù)械技術(shù)和和電子控制技術(shù)電子控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合的技術(shù)和系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的技術(shù)和系統(tǒng)。 歐洲經(jīng)濟(jì)共同體歐洲經(jīng)濟(jì)共

13、同體1機(jī)電一體化的定義（2） 上述定義不盡相同，但其實(shí)質(zhì)是一致的。上述定義不盡相同，但其實(shí)質(zhì)是一致的。 即：即：機(jī)電一體化是機(jī)電一體化是機(jī)械技術(shù)機(jī)械技術(shù)與與微電子技術(shù)微電子技術(shù)、計(jì)算計(jì)算機(jī)技術(shù)機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一門復(fù)合技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一門復(fù)合技術(shù)。注意：這個(gè)有機(jī)結(jié)合不是簡單的組合、拼合在一起，而是注意：這個(gè)有機(jī)結(jié)合不是簡單的組合、拼合在一起，而是相相互互融合融合。 技術(shù)上：體現(xiàn)為技術(shù)上：體現(xiàn)為機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)的高新技術(shù)的橫向交叉橫向交叉、滲透滲透和和綜合集成綜合集成，從而形成一種新的，從而形成一種新的學(xué)術(shù)思想和技

14、術(shù)手段，各自單項(xiàng)技術(shù)是達(dá)不到的。學(xué)術(shù)思想和技術(shù)手段，各自單項(xiàng)技術(shù)是達(dá)不到的。 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上：機(jī)械裝置與電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)硬件與軟件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上：機(jī)械裝置與電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)硬件與軟件合理配置，形成一個(gè)相互聯(lián)系的合理配置，形成一個(gè)相互聯(lián)系的有機(jī)整體有機(jī)整體。2機(jī)電一體化的研究內(nèi)容機(jī)電一體化機(jī)電一體化的的原理、技術(shù)、原理、技術(shù)、設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)理論和方法方法（1）獨(dú)特的機(jī)電一體化的基本技術(shù)體系（2）高性能的機(jī)電一體化產(chǎn)品（3）最優(yōu)化的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)方法（1）獨(dú)特的機(jī)電一體化的基本技術(shù)體系 （2）高性能的機(jī)電一體化產(chǎn)品1 1）機(jī)電一體化的產(chǎn)品應(yīng)是富含高新技術(shù)的）機(jī)電一體化的產(chǎn)品應(yīng)是富含高新技術(shù)的技術(shù)密集型技術(shù)

15、密集型產(chǎn)產(chǎn)品。應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法來分析、研究機(jī)電一體品。應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法來分析、研究機(jī)電一體化的產(chǎn)品和系統(tǒng)?；漠a(chǎn)品和系統(tǒng)。2 2）在）在功能、性能、質(zhì)量和效率功能、性能、質(zhì)量和效率等方面都有高水平的發(fā)展。等方面都有高水平的發(fā)展。3 3）內(nèi)部合理配置、外部性能最佳內(nèi)部合理配置、外部性能最佳。表現(xiàn)出：表現(xiàn)出： 整體結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)的最佳化最佳化； 系統(tǒng)控制的系統(tǒng)控制的智能化智能化； 操作性能的操作性能的柔性化柔性化數(shù)數(shù) 控控 機(jī)機(jī) 床床工工 業(yè)業(yè) 機(jī)機(jī) 器器 人人 我們最熟悉的家用電器：我們最熟悉的家用電器：電子相機(jī)電子相機(jī)到到數(shù)碼相數(shù)碼相機(jī)（理光）機(jī)（理光） （從測光、測距、調(diào)光、

16、調(diào)焦、曝光、卷片倒（從測光、測距、調(diào)光、調(diào)焦、曝光、卷片倒片、閃光及其他附件的控制）片、閃光及其他附件的控制） 全自動(dòng)洗衣機(jī)全自動(dòng)洗衣機(jī) 微微 波波 爐爐多功能噴墨一體機(jī)多功能噴墨一體機(jī) 打印機(jī)打印機(jī)+ +掃描儀掃描儀 辦公自動(dòng)化（電腦設(shè)備）辦公自動(dòng)化（電腦設(shè)備）打印機(jī)打印機(jī)掃描儀掃描儀（3）最優(yōu)化的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)方法突出體現(xiàn)突出體現(xiàn)： 1 1）當(dāng)產(chǎn)品的某一功能單靠）當(dāng)產(chǎn)品的某一功能單靠某一種技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)某一種技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)時(shí)，時(shí)，必須進(jìn)行機(jī)械與電子及其它多種技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一體必須進(jìn)行機(jī)械與電子及其它多種技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一體化設(shè)計(jì)；化設(shè)計(jì)； 2 2）當(dāng)產(chǎn)品的某一功能）當(dāng)產(chǎn)品的某一功能有多種可行的技

17、術(shù)方案有多種可行的技術(shù)方案時(shí)，時(shí)，必須應(yīng)用機(jī)電必須應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)一體化技術(shù)對(duì)各種技術(shù)方案各種技術(shù)方案進(jìn)行分析和評(píng)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。價(jià)。電電 腦腦 繡繡 花花 機(jī)機(jī)3機(jī)電一體化的特點(diǎn)和范疇（1）（1)1)特點(diǎn)特點(diǎn)從機(jī)電一體化的定義和技術(shù)體系可以看出如下特點(diǎn)：從機(jī)電一體化的定義和技術(shù)體系可以看出如下特點(diǎn)： 機(jī)器的精密定位機(jī)器的精密定位傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)通過提高齒輪和絲桿螺母等穿傳動(dòng)機(jī)通過提高齒輪和絲桿螺母等穿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的加工和安裝精度實(shí)現(xiàn)，定位精度構(gòu)的加工和安裝精度實(shí)現(xiàn)，定位精度受受機(jī)械傳動(dòng)精度機(jī)械傳動(dòng)精度限限制制機(jī)電一體化機(jī)電一體化用傳感器實(shí)時(shí)地對(duì)定位誤差進(jìn)行檢測，用傳感器實(shí)時(shí)地對(duì)定位誤

18、差進(jìn)行檢測，把誤差信號(hào)反饋給具有誤差處理能力的控制器，利用控制手把誤差信號(hào)反饋給具有誤差處理能力的控制器，利用控制手段對(duì)定位誤差進(jìn)行段對(duì)定位誤差進(jìn)行修正和補(bǔ)償修正和補(bǔ)償，達(dá)到提高精度，達(dá)到提高精度。 1 1）機(jī)電機(jī)電 有機(jī)結(jié)合有機(jī)結(jié)合 機(jī)電一體化是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)機(jī)電一體化是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)有機(jī)結(jié)合有機(jī)結(jié)合的的高級(jí)技術(shù)。的的高級(jí)技術(shù)。例如：例如：3機(jī)電一體化的特點(diǎn)和范疇（2）2 2）計(jì)算機(jī)信息處理計(jì)算機(jī)信息處理計(jì)算機(jī)硬件和軟件共同組成的信息處理系統(tǒng)是機(jī)電一體化不可計(jì)算機(jī)硬件和軟件共同組成的信息處理系統(tǒng)是機(jī)電一體化不可缺少的部分。缺少的部分。例如：例如： CNCCNC（計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床）

19、，一種典型的（計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床），一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化產(chǎn)品。 CNCCNC數(shù)控機(jī)床的數(shù)控機(jī)床的CNCCNC數(shù)控系統(tǒng)是其進(jìn)行信息處數(shù)控系統(tǒng)是其進(jìn)行信息處理的核心：理的核心： 其作用：其作用： A A）實(shí)現(xiàn)閉環(huán)）實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制控制和軟件和軟件插補(bǔ)插補(bǔ)，并具有很強(qiáng)的，并具有很強(qiáng)的自診斷自診斷功能；功能； B B）實(shí)現(xiàn)）實(shí)現(xiàn)邏輯控制邏輯控制 C C）系統(tǒng)設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳送）系統(tǒng)設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳送通道和接口通道和接口，可與上位計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，進(jìn)行程序傳，可與上位計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，進(jìn)行程序傳輸和管理，控制信息通信，以便于納入計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。輸和管理，控制信息通信，以便于納入計(jì)算機(jī)集成制

20、造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。 利用控制手段對(duì)定位誤差進(jìn)行修正和補(bǔ)償，達(dá)到利用控制手段對(duì)定位誤差進(jìn)行修正和補(bǔ)償，達(dá)到提高精度提高精度3機(jī)電一體化的特點(diǎn)和范疇（3）3 3）系統(tǒng)工程的方法系統(tǒng)工程的方法 系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法是機(jī)電一體化的基本方法。系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法是機(jī)電一體化的基本方法。系統(tǒng)是典型的高新技術(shù)的。系統(tǒng)是典型的高新技術(shù)的。比較復(fù)雜的工程系統(tǒng)，具有系統(tǒng)的比較復(fù)雜的工程系統(tǒng)，具有系統(tǒng)的 集合性集合性（整體性）、（整體性）、關(guān)聯(lián)性關(guān)聯(lián)性、目的性目的性和和相對(duì)性相對(duì)性等等四個(gè)四個(gè)基本屬性基本屬性。 因此，設(shè)計(jì)開發(fā)機(jī)電一體化系統(tǒng)，一開始就要運(yùn)因此，設(shè)計(jì)開發(fā)機(jī)電一體化系統(tǒng)，一開始就要運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法來進(jìn)

21、行分析。用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法來進(jìn)行分析。3機(jī)電一體化的特點(diǎn)和范疇（4）（2 2）范疇范疇1 1）在工程技術(shù)（學(xué)科譜系）中，機(jī)電一體化屬在工程技術(shù)（學(xué)科譜系）中，機(jī)電一體化屬于于機(jī)械工程機(jī)械工程的范疇，是機(jī)械工程中的范疇，是機(jī)械工程中新興新興的一個(gè)的一個(gè)學(xué)科學(xué)科2 2）按前面的分析，按前面的分析，凡凡是由各種現(xiàn)代高新技術(shù)與是由各種現(xiàn)代高新技術(shù)與機(jī)械和電子技術(shù)相結(jié)合而形成的各種機(jī)械和電子技術(shù)相結(jié)合而形成的各種技術(shù)、產(chǎn)品或技術(shù)、產(chǎn)品或系統(tǒng)系統(tǒng)都屬于機(jī)電一體化的范疇都屬于機(jī)電一體化的范疇 如：如：CNCCNC機(jī)床，機(jī)床，MCMC（加工中心），（加工中心），F(xiàn)MSFMS（柔性制（柔性制 造系造系統(tǒng)），

22、統(tǒng)），CIMSCIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）以及自動(dòng)化生產(chǎn)工程（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）以及自動(dòng)化生產(chǎn)工程等都屬于機(jī)電一體化的范疇。等都屬于機(jī)電一體化的范疇。13 機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成和組成要素 功能構(gòu)成 組成要素1機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成（1）1機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成（2） （1 1）切削加工是）切削加工是CNCCNC機(jī)床的機(jī)床的主功能主功能； （2 2）電源通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床，實(shí)現(xiàn)）電源通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力功能動(dòng)力功能； （3 3）位置檢測和）位置檢測和CNCCNC裝置分別實(shí)現(xiàn)裝置分別實(shí)現(xiàn)計(jì)測功能計(jì)測功能和和控制功控制功能能，其作用是實(shí)時(shí)檢測機(jī)床內(nèi)部和外部信息，據(jù)此對(duì)機(jī)床，其作用是實(shí)

23、時(shí)檢測機(jī)床內(nèi)部和外部信息，據(jù)此對(duì)機(jī)床實(shí)施相應(yīng)的控制。實(shí)施相應(yīng)的控制。 （4 4）機(jī)械結(jié)構(gòu)）機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)功結(jié)構(gòu)功能能，使機(jī)床各功能部，使機(jī)床各功能部件保持規(guī)定的相互位置關(guān)系。件保持規(guī)定的相互位置關(guān)系。 傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品一般不完全具備以上傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品一般不完全具備以上5 5大內(nèi)部功能。大內(nèi)部功能?？梢?，機(jī)電一體化產(chǎn)品功能齊全；可見，機(jī)電一體化產(chǎn)品功能齊全； 而而實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)其功能的其功能的形式形式更靈活，技術(shù)更先進(jìn)，效果更好。更靈活，技術(shù)更先進(jìn)，效果更好。2機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成要素（1）2機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成要素（2）14 機(jī)電一體化系統(tǒng)的共性關(guān)鍵技術(shù)（精密）機(jī)械技術(shù)（精密）機(jī)械技術(shù)計(jì)算機(jī)和信息處理技

24、術(shù)計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)檢測與傳感技術(shù)檢測與傳感技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的共性關(guān)鍵技術(shù)1. （精密）機(jī)械技術(shù)(1) 機(jī)械技術(shù)是一門歷史最久的應(yīng)用技機(jī)械技術(shù)是一門歷史最久的應(yīng)用技術(shù)，是各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)，有一整套術(shù)，是各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)，有一整套完整的理論和實(shí)踐規(guī)范。完整的理論和實(shí)踐規(guī)范。1. （精密）機(jī)械技術(shù)(2)機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)械方面的要求：機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)械方面的要求： （1 1）為了充分發(fā)揮機(jī)電一體化產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。）為了充分發(fā)揮機(jī)電一體化產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。必須使其機(jī)械本體部分具有高精度、輕量化和高必須使其機(jī)械本體部分具有高精度、輕量

25、化和高可靠性；可靠性； （2 2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部造型部局合理、操作）內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部造型部局合理、操作方便、美觀協(xié)調(diào)。方便、美觀協(xié)調(diào)。2.計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)(1) （1 1）計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)包括）計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)包括 高精度定位控制、高精度定位控制、 速度控制、速度控制、 力控制、力控制、 自適應(yīng)控制、自適應(yīng)控制、 以及自診斷、仿真、校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。以及自診斷、仿真、校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。 經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論是自動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)，經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論是自動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)的發(fā)展為控制理論的應(yīng)用和實(shí)施提供了條件。計(jì)算機(jī)的發(fā)展為控制理論的應(yīng)用和實(shí)施提供了條件。

26、 目前在機(jī)電一體化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)有那些：目前在機(jī)電一體化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)有那些： 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）、）、 單片機(jī)（單片微處理機(jī)）、單片機(jī)（單片微處理機(jī)）、 工業(yè)控制機(jī)等。工業(yè)控制機(jī)等。計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù) 目前在機(jī)電一體化系統(tǒng)中目前在機(jī)電一體化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)有那些：廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)有那些： 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）、）、 單片機(jī)（單片微處理機(jī)）、單片機(jī)（單片微處理機(jī)）、 工業(yè)控制機(jī)等。工業(yè)控制機(jī)等。2.計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)(2) （2 2）信息處理技術(shù)包括）信息處理技術(shù)包括 信息輸入、變換（信息輸入、變換（A/DA/D、

27、D/AD/A）、運(yùn)算、儲(chǔ)存、判斷、）、運(yùn)算、儲(chǔ)存、判斷、決策和輸出等技術(shù)。決策和輸出等技術(shù)。 信息處理技術(shù)的硬件包括信息處理技術(shù)的硬件包括 輸入輸入/ /輸出設(shè)備、顯示器、磁盤、計(jì)算輸出設(shè)備、顯示器、磁盤、計(jì)算機(jī)、可編程控制器和數(shù)控裝置等。機(jī)、可編程控制器和數(shù)控裝置等。 信息處理是否及時(shí)，處理結(jié)果是否正確和精確，將信息處理是否及時(shí)，處理結(jié)果是否正確和精確，將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 3.檢測與傳感技術(shù)(1) （如何從（如何從 待測對(duì)象待測對(duì)象 那里獲取能反映那里獲取能反映 待檢待檢測對(duì)象特征與狀態(tài)的測對(duì)象特征與狀態(tài)的 信號(hào)信號(hào) 取決于傳感器技術(shù)；取決于傳感器技術(shù)；

28、而能否有效地利用這些信號(hào)所攜帶的豐富而能否有效地利用這些信號(hào)所攜帶的豐富信息則取決于檢測技術(shù)。信息則取決于檢測技術(shù)。 在實(shí)際的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，前者比后者在實(shí)際的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，前者比后者更為重要。更為重要。3.檢測與傳感技術(shù)(2) 隨著測控技術(shù)的發(fā)展，對(duì)傳感器的檢測速度、隨著測控技術(shù)的發(fā)展，對(duì)傳感器的檢測速度、靈敏度和精度的要求越來越高，并推動(dòng)了傳感器靈敏度和精度的要求越來越高，并推動(dòng)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。技術(shù)的發(fā)展。 傳感器的發(fā)展方向是傳感器的發(fā)展方向是 集成化集成化 智能化智能化3.3.檢測與傳感檢測與傳感技術(shù)技術(shù)(3)(3)集成化的含義集成化的含義 一是指將傳感器、放大器、補(bǔ)償電路、運(yùn)

29、算器等一是指將傳感器、放大器、補(bǔ)償電路、運(yùn)算器等組件集成在一起，形成一體化傳感器；組件集成在一起，形成一體化傳感器； 二是指把一些相同的傳感器裝成一列或矩陣，形二是指把一些相同的傳感器裝成一列或矩陣，形成一維或二維傳感器。成一維或二維傳感器。CCDCCD矩陣矩陣 例如，由一些單個(gè)光傳感器組成的合成光學(xué)傳感例如，由一些單個(gè)光傳感器組成的合成光學(xué)傳感器，用于檢測和顯示不同視野的物體。集成化傳感器器，用于檢測和顯示不同視野的物體。集成化傳感器的性能穩(wěn)定、可靠性高、功能強(qiáng)、成本低，為檢測裝的性能穩(wěn)定、可靠性高、功能強(qiáng)、成本低，為檢測裝置小型化開辟了新路。置小型化開辟了新路。3.檢測與傳感檢測與傳感技術(shù)

30、技術(shù)(4) 智能智能傳感器是指具有傳感器是指具有判斷判斷能力、能力、學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)能力能力和和創(chuàng)造創(chuàng)造能力的傳感器，代表傳感器技術(shù)的發(fā)能力的傳感器，代表傳感器技術(shù)的發(fā)展方向。展方向。 SIMATIC 機(jī)器視覺系統(tǒng)機(jī)器視覺系統(tǒng) 完成所有的工作完成所有的工作- 從零件從零件物流的組織物流的組織, 尺寸測量和外觀檢查尺寸測量和外觀檢查, 完整性檢查完整性檢查, 包裝包裝箱和飲料瓶的排序箱和飲料瓶的排序,當(dāng)然還包括位置檢測、圖案識(shí)別當(dāng)然還包括位置檢測、圖案識(shí)別以及面向電子和半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用的字符和條碼識(shí)別。以及面向電子和半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用的字符和條碼識(shí)別。4.4.伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)(1)(1) 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

31、是是機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要組成伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是是機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等直接執(zhí)行操作功能，部分，包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等直接執(zhí)行操作功能，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響的技術(shù)。對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響的技術(shù)。 它的作用是接受控制系統(tǒng)的指令，經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換它的作用是接受控制系統(tǒng)的指令，經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置（經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置直流伺和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置（經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置直流伺服電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)、服電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)、電液伺服閥電液伺服閥等）等）實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化裝置或系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化裝置或系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)在很大程度上

32、決定了機(jī)電一體化系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)在很大程度上決定了機(jī)電一體化系統(tǒng)的性能的性能4.4.伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)(2)(2)5.5.系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)(1)(1) 是否將以上幾種簡單疊加就構(gòu)成了機(jī)電一體化系統(tǒng)是否將以上幾種簡單疊加就構(gòu)成了機(jī)電一體化系統(tǒng)呢呢? ? 而是要通過系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)使他們形成一個(gè)有機(jī)整體。而是要通過系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)使他們形成一個(gè)有機(jī)整體。系統(tǒng)總體技術(shù)是一種綜合應(yīng)用技術(shù)。具體：系統(tǒng)總體技術(shù)是一種綜合應(yīng)用技術(shù)。具體：（1 1） 從整體的目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方從整體的目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，將總體分解成若干功能單元，找出能完成法，將總體分解成若干功能單元，找出能完成各個(gè)功

33、能的技術(shù)方案，各個(gè)功能的技術(shù)方案，5.5.系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)(2)(2) （2 2） 再將各個(gè)功能與技術(shù)方案組合成方案再將各個(gè)功能與技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)、優(yōu)選組進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)、優(yōu)選 總體技術(shù)內(nèi)容涉及多個(gè)方面：如接插件、接口總體技術(shù)內(nèi)容涉及多個(gè)方面：如接插件、接口轉(zhuǎn)換、軟件開發(fā)、微機(jī)技術(shù)應(yīng)用、控制系統(tǒng)的成轉(zhuǎn)換、軟件開發(fā)、微機(jī)技術(shù)應(yīng)用、控制系統(tǒng)的成套性和成套設(shè)備的自動(dòng)化技術(shù)。套性和成套設(shè)備的自動(dòng)化技術(shù)。 特別強(qiáng)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)能很好的協(xié)調(diào)。特別強(qiáng)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)能很好的協(xié)調(diào)。1 15 5 機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)的機(jī)電一體化技術(shù)與

34、系統(tǒng)的 應(yīng)用應(yīng)用 機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)的機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)的 發(fā)展前景發(fā)展前景1 1機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)的應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)的應(yīng)用（1 1）機(jī)電一體化）機(jī)電一體化 技術(shù)與系統(tǒng)技術(shù)與系統(tǒng) 的應(yīng)用分類的應(yīng)用分類數(shù)控機(jī)械類數(shù)控機(jī)械類電子設(shè)備類電子設(shè)備類機(jī)電結(jié)合類機(jī)電結(jié)合類電液伺服類電液伺服類信息控制類信息控制類1 1）數(shù)控機(jī)械類）數(shù)控機(jī)械類 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械裝置數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人全全自自動(dòng)動(dòng)洗洗衣衣機(jī)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)2 2）電子設(shè)備類）電子設(shè)備類 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電子裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電子裝置電火花機(jī)床電火花機(jī)床超超聲聲波波機(jī)機(jī)械械激光測距儀激光測距儀線

35、切割機(jī)床線切割機(jī)床自自 動(dòng)動(dòng) 探探 傷傷 機(jī)、狀機(jī)、狀 態(tài)態(tài) 識(shí)識(shí) 別別 裝裝 置、置、CT CT 掃掃 描描 儀儀3 3）機(jī)電結(jié)合類）機(jī)電結(jié)合類執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械與電子執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械與電子裝置有機(jī)結(jié)合裝置有機(jī)結(jié)合 CT CT是用是用X X線對(duì)人體作體層掃描線對(duì)人體作體層掃描，對(duì)于軟組織觀察作用最，對(duì)于軟組織觀察作用最大，通過電子計(jì)算機(jī)處理，測得體內(nèi)不同層面；大，通過電子計(jì)算機(jī)處理，測得體內(nèi)不同層面； 除了可以橫斷面觀察病變外，還可以從冠狀面、矢狀面除了可以橫斷面觀察病變外，還可以從冠狀面、矢狀面觀察，組成該體層圖像，更有利于測定病變的部位、長度及觀察，組成該體層圖像，更有利于測定病變的部位、長度及面積，來診斷人體內(nèi)部疾病，尤其在顱腦系統(tǒng)，更具有優(yōu)越面積，來診斷人體內(nèi)部疾病，尤其在顱腦系統(tǒng)，更具有優(yōu)越性。性。 由于由于CTCT掃描具有無創(chuàng)傷性，高度分辨率，定位準(zhǔn)確和迅掃描具有無創(chuàng)傷性，高度分辨率，定位準(zhǔn)確和迅速安