机电系统工程学第1章绪论ok

机电系统工程学机电系统工程学主讲人：主讲人： 郑海明郑海明E-mail: QQ:870736608华北电力大学机械系华北电力大学机械系*网络资源 国际机电一体化项目资源 / 国际机电一体化课程资源 / 国际机器人网站 /category/robots/ 中国机电一体化网 / 机电系统工程学这门课程是多学科的交叉和综合，涉及相关专业知识较多，讲授的 主要内容包括： 机电一体化系统基本知识； 机电系统总体设计； 机电系统机械设计技术； 控制系统设计技术； 伺服系统设计技术。 检测技术； 机电一体化技术的应用。第一章 绪 论机电一体化相关学科关系1.1 机电一体化系统的基本概念1、定义：日本在 20世纪 70年代提出 ,是机械与电子的集成技术 ,用 Mechatronics表示.MechatronicsMechanics Electronics1.1 基本概念机电一体化技术：从系统的观点出发，将机械技术 、微电子技术、信息技术、控制技术等在 系统工程 基础上 有机 地加以综合，以实现整个系统最佳化 的一门新科学技术。机电一体化不是机械与电子简单的叠加，而是在 信息论、控制论和系统论 等基础上建立起来的 应用技术 . 机电一 体化信息科学机械学电子学基本概念理解：基本概念理解： Mechatronics是在机械的主功能、动是在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能的基础上引进力功能、信息功能、控制功能的基础上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相微电子技术，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。关软件有机结合而构成系统的总称。 按照按照 Mechatronics思想，凡是由各种思想，凡是由各种现代高新技术与机械、电子技术相结合而形现代高新技术与机械、电子技术相结合而形成的技术、产品均应属于机电一体化范畴。成的技术、产品均应属于机电一体化范畴。故目前的机电液、光机电、机电仪、机电信故目前的机电液、光机电、机电仪、机电信一体化都可归结为一体化都可归结为 Mechatronics。 Mechatronics是一个综合的概念，包含是一个综合的概念，包含技术技术 和和 产品产品 两方面。两方面。机电一体化机电一体化 技术技术 指包括技术基础、技术原指包括技术基础、技术原理在内的使机电一体化产品得以实现、使用和理在内的使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术。机电一体化发展的技术。机电一体化 产品产品 指采用机电一体指采用机电一体化技术，在机械产品基础上创建出来的新一代化技术，在机械产品基础上创建出来的新一代机电产品。机电产品。典型的机电一体化产品典型的机电一体化产品 (系统系统 )有：数控有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、器仪表、电子排版印刷系统、 CAD CAM系统系统等。等。2、特点1)综合性和系统性 2)层次性和广泛性 3)小型化、轻量化、微型化 4)高精度、多功能、高可靠性 5)柔性化、智能化 6)知识密集 1.2 系统的基本组成机电一体化系统控制与信息处理动力与驱动装置传感与检测部分机械本体执行机构1.2 机电一体化系统构成要素与功能构成位置位置 ,速度速度检测单元检测单元电机电机机械机械部件部件位置位置 ,速速度反馈度反馈CNC数控机床伺服系统组成数控机床伺服系统组成1.2 机电一体化系统的构成执行器执行器控制控制信息信息电子控制单元电子控制单元 动力源动力源检测传检测传感部分感部分机械本体机械本体参数变参数变化信息化信息驱驱动动力力能能 量量检测检测参数参数机械本体： 起支承和联接作用；动力部分： 提供动力输入；传感与检测部分： 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；执行机构： 根据控制系统的指令完成相应的动作；信息处理与控制： 对来自传感器与检测部分的信息进行处理，使之符合控制要求。1.机械本体 机电一体化系统的机械本体包括机身、框架、连接等。 是机电一体化技术的基础，对系统的结构、重量、体积刚性、耐用性等有重要影响。强调精密机械设计技术的运用，即利用高、新技术手段，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足： 减轻重量，减小体积； 提高刚度； 实现标准化、通用化、系列化； 提高系统整体的可靠性。 2.动力与驱动 (能源能源 )动力部分的功能是按照系统控制要求 ,为系统提供能量和动力 ,使系统正常运行。用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出 ,是机电一体化产品的显著特征之一。驱动部分的功能是在控制信息作用下提供动力 ,驱动各执行机构完成各种动作和功能 。 3. 传感测试部分 传感测试部分的功能是对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测 ,生成相应的可识别信号 ,传输到信息处理单元 ,经过分析、处理后产生相应的控制信息。这一功能一般由 专门的传感器及 转换电路 完成。 4.执 行机构 执 行机构的功能是根据控制信息和指令 ,完成要求的 动 作。 执 行机构是运 动 部件 ,一般采用机械、 电磁、 电液等机构。 5. 控制及信息单元 控制及信息单元的功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工 ,根据信息处 理结果 ,按照一定的程序和节奏发出相应的指令 ,控制整个系统有目的地运行。 6.接口耦合与能量转换 （ 1） 变换： 两个需要进行信息交换和传输的环节之间 ,由于信息的模式不同（数字量与模拟量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等等） ,无法直接实现信息或能量的交流 ,需要通过接口完成信息或能量的统一。 （ 2）放大： 在两个信号强度相差悬殊的环节间 ,经接口放大 ,达到能量的匹配。 （ 3）耦合： 变换和放大后的信号在各环节间能可靠、快速、准确地交换 ,必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范。接口具有保证信息的逻辑控制功能 ,使信息按规定模式进行传递。 （ 4）能量转换：其执行元件包含了执行器和驱动器。该转换涉及到不同类型能量间的最优转换方法与原理。 1.3 机电一体化技术的分类生产过程的机电一体化产品的机电一体化一、 生产过程的机电一体化 离散生产过程 连续生产过程经济型 CIM系统加工过程顺序控制