简述机电一体化产品在日常生活中的应用.doc

天 津 建 筑 工 程 职 工 大 学毕 业 论 文题 目：简述机电一体化产品在日常生活中的应用姓 名：陈龙专 业：机电安装工程年 级：08级完成日期：2010年04月30日目录摘要1一、机电一体化的生产过程1二、机电一体化技术五大组成要素与四大原则2三、机电一体化产品日常应用实例3四、我国机电一体化产品发展现状与前景6五、结束语8参考文献9简述机电一体化产品在日常生活中的应用摘要：当前,新兴的微电子技术和计算机技术的飞速发展给传统的机械工业带来新的生机,它们之间的有机结合,将使传统的机械行业日益趋向智能化、最佳化、节能化和成套化。其结果不仅为传统的机械工业找到了新的出路,而且还使新兴的电子工业找到了进入国民经济装备的通道,因此,机电一体化已成为机械电子工业发展的必然趋势。关键词：机电一体化 日常生活 应用机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。一、机电一体化的生产过程机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备（一）模型阶段模型阶段，所有的系统组件都能够被最优化；在仿真计算的帮助下，可以测试和分析这些组件的适用性；监测响应频率； 对模型进行分析。此外，还能够生成一个物理/拓扑系统模型，包括机械、液压和控制导向组件。有必要有一个模型工具，这个工具支持机电一体化系统的物理模型，即当有实物和节点时，这些模型能够以1：1来测试，并且原型设计研究阶段可以在严酷的实时条件下进行。 （二）测试阶段在系统运行完模型阶段之后，所产生的具体的性能数据可以通过试验台验证。这样就可以测试和检验该系统有关参数波动的鲁棒性，功率储备及连续运行的特征。这样做的话，用户可以进行测试或者使用CAMeL-View TestRig进行硬件在回路（的测试）。要进行硬件在回路测试，相关装置的物理特性需要详细确认，这些装置必须是建立在测试平台的基础之上。识别经过测试平台上测试过的组件，容许这些组件在模型中被识别，并确保整个以系统为基础的仿真分析布局。（三）原型阶段成功的测试之后，就会建立一个原型。这里要特别关注的是模型特性，这些特性特指通过特别费力的仿真所决定的特性，比如组件损耗（性能）。这些数据结果，为模型基础性分析提供服务，同时为进一步研发提供知识基础。二、机电一体化技术五大组成要素与四大原则：（一）五大组成要素：一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素五大组成要素有机结合而成。（请参考机电之家机电一体化频道）机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分（职能组成要素）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。执行机构（运动组成要素）根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。（二）机电一体化四大原则构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。接口耦合：两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。能量转换：两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。信息控制：在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。运动传递：运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。 三、机电一体化产品日常应用实例我国八十年代曾经引进松下、夏普、优田等名牌电磁炉产品，当时全国诸多厂家一哄而上，在上海及各大城市电磁炉曾一度成为抢手货，可时隔不长逐渐退出市场，受到格外的冷落。究其原因就是电磁炉可靠性差，大功率管常常烧坏，维修成本高、难度大。进入九十年代末期，高速、低压降功率元件IGBT的出现使电磁炉在可靠性方面有了很大的提高。由于驱动采用电压控制，固定脉宽触发方式，这种方式在停电或开关通断中只会减小功率，可以完全保证电磁炉工作在零电压导通、零电压截止的最佳准谐振状态，工作可靠且效率也得到一定程度的提高。此外采用微电脑控制技术，产品技术性能有一定的改进。生活中的机电一体化产品随处可见，下文以美的 EP208电磁炉为例简要介绍机电一体化产品在日常生产生活中的应用。（一）电磁炉工作原理 电磁炉的工作原理是采用磁场感应涡流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内的磁力线通过铁质锅底时，会产生无数的涡流，从而令锅的本身自行高速发热，然后再作用于锅内食物。 （二）电磁炉的主要构成 电磁炉主要有两大部分构成：电子线路部分及结构性包装部分。 1.电子线路部分包括：功率板、主机板、灯板、线圈盘及热敏支架、风扇马达等。 2.结构性包装部分包括：瓷板、塑胶上下盖、风扇叶、风扇支架、电源线、说明书、功率贴纸、操作胶片、合格证、塑胶袋、防震泡沫、彩盒、条码、卡通箱。与其它炉灶相比，美的 EP208电磁炉采用合资微晶玻璃面板，比较耐用。它的最大功率范围为2000W，额定电压为220V/50Hz，符合普通家庭的使用。这款电磁炉采用了电脑数码控制系统，具有10-120分钟定时功能。(三)电磁炉的主要优点有下面几个方面：1.热效率高：由于电磁炉将锅体作为热源并对自身进行直接加热，因此没有传统炉灶由传导和辐射带来的较大的热损失。电磁炉的热效率可达80%90%，比较好的甚至可以高达93%，而一般的煤气灶仅为40%，电炉为52%。2.安全可靠：电磁炉采用的加热方式没有明火产生，并且灶面板不是发热源，同时也不会产生如一氧化碳之类的有毒气体，因此不会引起火灾、烫伤或中毒等。3.清洁卫生：电磁炉在使用过程中不易产生油烟，没有污染，有益于健康，并且易于对炉灶的清洁。4.控温准确：电磁炉多采用微电脑控制，便于准确的控制温度。能准确调节烹饪温度，实现不同的烹饪需求。5.使用方便：电磁炉操作非常简单，一般情况下按说明书操作，使用各档功率、功能就可以了，不存在传统灶具的火候问题，让复杂的炒菜变得非常简单。重量轻，体积小，使用方便：随着技术的发展，现代的电磁炉变得越来越薄，重量越来越轻，嵌入式电磁炉也是一个发展的方向。四、我国机电一体化产品发展现状与前景机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手。 （一）机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。 （二）传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。 （三）信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。 （四）驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 （五）接口技术 为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。 （六）软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展。 （七）智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。 （八）系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意的剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强，一般除RS232等常用通信方式外，实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物系统化方向发展。 （九）微型化 微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3，并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 （十）模块化 模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。 （十一）网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。 （十二）绿色化工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少，生态环境受到严重污染，于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对生态环境无危害或危害极小，资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。五、结束语机电一体化是众多