机电系统设计与分析引言1

1、学习本课程的目的学习本课程的目的本课程的主要内容本课程的主要内容教学方法教学方法现代机械工业发展对机械设计类人才的要求现代机械工业发展对机械设计类人才的要求学习本课程的作用学习本课程的作用 自从二十世纪中期以来，也就是从自从二十世纪中期以来，也就是从1950年以来，年以来，随着工业控制系统、工程材料科学以及计算机技术的随着工业控制系统、工程材料科学以及计算机技术的发展，机械设备的研究重点转向了大型复杂系统以及发展，机械设备的研究重点转向了大型复杂系统以及“三高一化三高一化”的方向上，其特点是各个学科在自身发的方向上，其特点是各个学科在自身发展基础上相互交叉和综合，由此引起了新学科的产生展基础上

2、相互交叉和综合，由此引起了新学科的产生和新技术的进步，这里最明显的标志是机械科技与微和新技术的进步，这里最明显的标志是机械科技与微电子技术、计算机技术、信息处理技术的紧密融合，电子技术、计算机技术、信息处理技术的紧密融合，向机电一体化的方向发展。向机电一体化的方向发展。 机电一体化的含义机电一体化的含义 机电一体化：机械、电子、计算机、自动控制机电一体化：机械、电子、计算机、自动控制等技术有机结合的综合技术。等技术有机结合的综合技术。机电一体化的分类机电一体化的分类 它按照尺寸大小来分：微机电一体化产品和机电它按照尺寸大小来分：微机电一体化产品和机电一体化产品。微机电一体化产品泛指几何尺寸不超

3、过一体化产品。微机电一体化产品泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，最小体积大小的远期目标的机电一体化产品，最小体积大小的远期目标向纳米、微米范畴定位。向纳米、微米范畴定位。 微机电一体化研究的兴起，标志着人类对微观领域探索研微机电一体化研究的兴起，标志着人类对微观领域探索研究迈出了新的一步，早在究迈出了新的一步，早在1987年，美国加利福尼亚大学伯克年，美国加利福尼亚大学伯克利分校两名中国留学生采用单晶硅制成了转子直径利分校两名中国留学生采用单晶硅制成了转子直径150微米的微米的微型电机，在全世界引起轰动，并因此奠定了微电子机械这微型电机，在全世界引起轰动，并因此奠定了微电子机械这门学

4、科。我国从门学科。我国从1990年开始，微机电一体化研究从早期的单年开始，微机电一体化研究从早期的单件静止产品，继而向单件可动型产品发展。件静止产品，继而向单件可动型产品发展。 单件静止产品：微机电一体化的静止产品有各类微型滑块、单件静止产品：微机电一体化的静止产品有各类微型滑块、微型气缸、微型涡轮、微型剪刀、分子扳手、分子夹具、微微型气缸、微型涡轮、微型剪刀、分子扳手、分子夹具、微光学器件、微型通道冷却器，微齿轮机件、微型传感器、微光学器件、微型通道冷却器，微齿轮机件、微型传感器、微接口器件。其中上海交大研制成功的微型摄子控制精度小于接口器件。其中上海交大研制成功的微型摄子控制精度小于1微米

5、，可摄取分子团。微金属齿轮直径只有微米，可摄取分子团。微金属齿轮直径只有100微米，微型微米，微型弹簧长度仅有弹簧长度仅有45微米。微米。单件可动产品：有各种组件式微型阀门，微型开关、微机械泵、毫米单件可动产品：有各种组件式微型阀门，微型开关、微机械泵、毫米级钟表机械和空气透平。一张普通邮票大小的面积可容纳级钟表机械和空气透平。一张普通邮票大小的面积可容纳6万件齿轮及万件齿轮及其它活动装置，其中微型轴承直径其它活动装置，其中微型轴承直径0.06mm，金属微静电马达，转子直，金属微静电马达，转子直径径100微米。微米。整机动能产品：有各类机电一体化医疗产品，微机电数控装置、智能整机动能产品：有各

6、类机电一体化医疗产品，微机电数控装置、智能检测装置、仿生产品和食品加工产品，其中微型机器人也是攻坚产品。检测装置、仿生产品和食品加工产品，其中微型机器人也是攻坚产品。据报道，世界上现今最小的机器人由日本精工爱普生公司推出，外形尺据报道，世界上现今最小的机器人由日本精工爱普生公司推出，外形尺寸寸10.3mm*8.5mm*8.6mm，体积为，体积为0.5cm3，重量为，重量为3.5克，小小机器人克，小小机器人配有超微型驱动芯片，其眼部装有光传感器，体内由配有超微型驱动芯片，其眼部装有光传感器，体内由98个微型机械元件个微型机械元件组成，当它受到光照后，会象虫子一样以组成，当它受到光照后，会象虫子一

7、样以2.116.8mm/s的速度向着光源的速度向着光源方向爬行。方向爬行。2007年年7月月20日，在日本首都东京，日本一玩日，在日本首都东京，日本一玩具公司的职员操作该公司推出的人形步行机器具公司的职员操作该公司推出的人形步行机器人人i-SOBOT。该机器人在中国东莞生产，身高该机器人在中国东莞生产，身高16.5厘米，重厘米，重约约350克，可行走，跳舞，接收克，可行走，跳舞，接收10种语言的命令，种语言的命令，做出做出200多种动作，说出约多种动作，说出约180个短语，搭载有个短语，搭载有约约90种背景音乐，并于种背景音乐，并于2007年年6月被吉尼斯世界月被吉尼斯世界纪录认定为目前世界上

8、最小的量产化人形步行纪录认定为目前世界上最小的量产化人形步行机器人。机器人。l世界上最小的机器人世界上最小的机器人 一大群被遥控的蟑螂般大小的机器坦克，蜂拥着一大群被遥控的蟑螂般大小的机器坦克，蜂拥着从下水管道和通风口进入一幢办公楼，你能想象出这样的情景吗？只从下水管道和通风口进入一幢办公楼，你能想象出这样的情景吗？只要给它们安装上合适的传感器、摄像头和通讯装置，这些微型坦克就要给它们安装上合适的传感器、摄像头和通讯装置，这些微型坦克就可以在人类难以亲临的地方搜寻出化学武器、地雷或是炸弹。它们也可以在人类难以亲临的地方搜寻出化学武器、地雷或是炸弹。它们也可被用来寻找某一场事故后的幸存者或者跟踪

9、人的活动。可被用来寻找某一场事故后的幸存者或者跟踪人的活动。l 这些构想很可能将变成现实，而这一切都要归功于美国桑迪亚国这些构想很可能将变成现实，而这一切都要归功于美国桑迪亚国家实验室的埃德家实验室的埃德海勒和他的同事们。这个研究小组最近向人们展示了海勒和他的同事们。这个研究小组最近向人们展示了可能是迄今为止世界上最小的机器人，他们说它可能是迄今为止世界上最小的机器人，他们说它“可以在五分的硬币可以在五分的硬币上停靠，而在一角的硬币上转弯。这种机器人是桑迪亚实验室研制的上停靠，而在一角的硬币上转弯。这种机器人是桑迪亚实验室研制的微型机器人系列中最新的。为了使它比它的前辈们更小，科学家们采微型机

10、器人系列中最新的。为了使它比它的前辈们更小，科学家们采取了一种新的技术来把各种电子元件组装在一起，这包括重新设计轮取了一种新的技术来把各种电子元件组装在一起，这包括重新设计轮子和使用不同的机身材料。这样造出的机器人体积只有四分之一立方子和使用不同的机身材料。这样造出的机器人体积只有四分之一立方英寸，重量也不超过一盎司。英寸，重量也不超过一盎司。 l 由于采用了像坦克一样的履带，所以机器人的两侧各配有一个马由于采用了像坦克一样的履带，所以机器人的两侧各配有一个马达，由三粒钮扣电池供电，以便它能自由移动。它还装有一个带达，由三粒钮扣电池供电，以便它能自由移动。它还装有一个带8K只只读内存的处理器和

11、一只温度传感器，这也是它与众不同之处。在测试读内存的处理器和一只温度传感器，这也是它与众不同之处。在测试中，这种微型机器人以每分钟大约中，这种微型机器人以每分钟大约20英寸的速度，成功的在遥控下通英寸的速度，成功的在遥控下通过了用零钱搭起的障碍路段。科学家们还计划进一步提高它的性能，过了用零钱搭起的障碍路段。科学家们还计划进一步提高它的性能，比如考虑为它安上微型的摄像头、麦克风、通讯装置和微型化学物质比如考虑为它安上微型的摄像头、麦克风、通讯装置和微型化学物质感应器。感应器。 l机器人直径机器人直径1毫米、长毫米、长4毫米，体形是目前世界上最小的。毫米，体形是目前世界上最小的。这种机器人可以进

12、入人的血管并将药物送往人体各处。这种机器人可以进入人的血管并将药物送往人体各处。这种机器人在血管中运动时是在这种机器人在血管中运动时是在“爬行爬行”而不是在而不是在“游游泳泳”，这也让它在血管中的运动更容易控制。，这也让它在血管中的运动更容易控制。l机器人自身并不携带电池，其动力来源于外部磁场激发机器人自身并不携带电池，其动力来源于外部磁场激发的振动。正因为其能量全部来自外部，这种机器人不仅的振动。正因为其能量全部来自外部，这种机器人不仅能够在人的控制下无时限地在人体内工作，而且这样的能够在人的控制下无时限地在人体内工作，而且这样的设计还让科学家得以最大限度缩小机器人的尺寸。设计还让科学家得以

13、最大限度缩小机器人的尺寸。 l在微创手术以及治疗癌症用的近接疗法中，这种机器人在微创手术以及治疗癌症用的近接疗法中，这种机器人可以作为投送药物的工具，解决如何将药物精确施于需可以作为投送药物的工具，解决如何将药物精确施于需要治疗部位的问题。要治疗部位的问题。 l美国：迄今最小的机器人苍蝇首次试飞美国：迄今最小的机器人苍蝇首次试飞 l2002年年11月，美国加州大学伯克利分校的科学家们宣称，他们已月，美国加州大学伯克利分校的科学家们宣称，他们已经利用仿生学原理制造出了世界上第一只能飞翔的经利用仿生学原理制造出了世界上第一只能飞翔的“机器蝇机器蝇”。苍蝇个头虽小，却能以苍蝇个头虽小，却能以40公里

14、的时速飞行；如果发现情况，公里的时速飞行；如果发现情况，能在能在3秒的瞬间迅速起飞；苍蝇飞行一整天却只消耗食物秒的瞬间迅速起飞；苍蝇飞行一整天却只消耗食物1/10克。克。加州大学伯克利分校的一位生物学家说：加州大学伯克利分校的一位生物学家说：“苍蝇在所有飞虫中，苍蝇在所有飞虫中，飞行最稳定，机动性能最佳的。在动物世界，苍蝇就是喷气式战飞行最稳定，机动性能最佳的。在动物世界，苍蝇就是喷气式战斗机。斗机。”l加州大学展示的这只机器蝇名叫加州大学展示的这只机器蝇名叫“黑寡妇黑寡妇”，重量只有，重量只有100毫克，毫克，身高不到身高不到3厘米。该项目负责人马特厘米。该项目负责人马特金侬介绍说：金侬介绍

15、说：“它在它在100米上米上空飞行，人们用肉眼几乎发现不了它，而它却可以拍出极为清晰空飞行，人们用肉眼几乎发现不了它，而它却可以拍出极为清晰的照片传回。的照片传回。”不过科学家表示，目前这只机器蝇飞得太快，不不过科学家表示，目前这只机器蝇飞得太快，不能自行控制方向。而他们理想中的机器蝇则应该飞得快慢自如，能自行控制方向。而他们理想中的机器蝇则应该飞得快慢自如，可以随时变换方向，而且会自行判断周围情况，躲在不为人知的可以随时变换方向，而且会自行判断周围情况，躲在不为人知的角落。角落。lMEMS技术的应用范围广泛，技术的应用范围广泛，MEMS技术是一种典型技术是一种典型的多学科交叉的前沿研究领域，

16、几乎涉及到自然科学的多学科交叉的前沿研究领域，几乎涉及到自然科学及工程技术的所有领域，如电子技术、机械技术、物及工程技术的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学和能源科学等。与理学、化学、生物医学、材料科学和能源科学等。与不同的技术结合，往往便会产生一种新型的不同的技术结合，往往便会产生一种新型的MEMS 器器件。件。l目前，除了进行信号处理的集成电路部件以外，微机电系统的应用目前，除了进行信号处理的集成电路部件以外，微机电系统的应用主要有以下几大类：主要有以下几大类：（1）微传感器。）微传感器。 传感器是应用最广泛也是最成熟的传感器是应用最广泛也是最成熟的MEMS，

17、包括敏感和检测力，包括敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量等的传感器。每一类又可学量、磁学量、热学量、化学量和生物量等的传感器。每一类又可以细分为多种，例如微加速度计等传感器。以细分为多种，例如微加速度计等传感器。 （2）微执行器。）微执行器。 主要包括微电机、微陀螺、微泵、微进给装置等主要包括微电机、微陀螺、微泵、微进给装置等 （3）微型构件。）微型构件。 三维微型构件主要包括微膜、微梁、微探针、微齿轮、微弹簧、三维微型构件主要包括微膜、微梁、微探针、微齿轮、微弹簧、微腔、微沟道、微锥体、微轴、微连杆等。微腔、微沟道、微锥体、微轴、微连杆等。 l4）微机械光学器件。）微机械光学器

18、件。 即利用即利用MEMS技术制作的光学元件及器件，主要有微镜阵列、微光扫描器、微技术制作的光学元件及器件，主要有微镜阵列、微光扫描器、微光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微可变焦透镜、微外腔激光器、光编码器光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微可变焦透镜、微外腔激光器、光编码器等。等。 （5）真空微电子器件。）真空微电子器件。 它是微电子技术、它是微电子技术、MEMS技术和真空电子学发展的产物，具有极快的开关速度、技术和真空电子学发展的产物，具有极快的开关速度、非常好的抗辐照能力和极佳的温度特性。目前主要应用如场发射显示器、场发射照非常好的抗辐照能力和极佳的温度特性。目前主要应用如场发射显

19、示器、场发射照明器件、真空微电子毫米波器件、真空微电子传感器等。明器件、真空微电子毫米波器件、真空微电子传感器等。 （6）电力电子器件。）电力电子器件。 主要包括主要包括MEMS技术制作的垂直导电型技术制作的垂直导电型MOS（VMOS）器件、）器件、V型槽垂直导电型槽垂直导电型型MOS（VVMOS）器件等各类高压大电流器件）器件等各类高压大电流器件（7）微小型机器人。）微小型机器人。 微机电一体化的应用前景还有，在生物医疗中，将带有特种传感微机电一体化的应用前景还有，在生物医疗中，将带有特种传感器的微型机器人，用口服或皮下注射法送入人体，就可把体内的五脏器的微型机器人，用口服或皮下注射法送入人

20、体，就可把体内的五脏六腑进行直接有效的监测，进行体内摄像及电视图像传递。在食品加六腑进行直接有效的监测，进行体内摄像及电视图像传递。在食品加工中把微型机器人放入鱼体，可把鱼体上骨头全面清除。工中把微型机器人放入鱼体，可把鱼体上骨头全面清除。 以上介绍了微机电一体化产品信息，大家可能会问：这么小的产以上介绍了微机电一体化产品信息，大家可能会问：这么小的产品是如何加工出来的？这主要是靠微机械制造技术，微机械制造技术品是如何加工出来的？这主要是靠微机械制造技术，微机械制造技术并不是简单地将大尺寸的机械按比例缩小。它是具有创新内涵的机械并不是简单地将大尺寸的机械按比例缩小。它是具有创新内涵的机械加工尖

21、端技术，它超越传统机械领域，其加工工艺与传统的机械加工加工尖端技术，它超越传统机械领域，其加工工艺与传统的机械加工截然不同，传统的机械加工采用车、钳、铣等加工手段，而微型机械截然不同，传统的机械加工采用车、钳、铣等加工手段，而微型机械本体的制造必须采用高精度特殊加工，其特点和要求有：本体的制造必须采用高精度特殊加工，其特点和要求有：特种材料特种材料 微机械加工机理基于从半导体集成电路微细加工工艺中发展起来的平面微机械加工机理基于从半导体集成电路微细加工工艺中发展起来的平面加工技术和三维立体加工技术。其加工用材主要有各种硅体（单晶硅、多晶加工技术和三维立体加工技术。其加工用材主要有各种硅体（单晶

22、硅、多晶硅）、石英、金刚石、压电陶瓷、记忆合金和稀有金属等。硅）、石英、金刚石、压电陶瓷、记忆合金和稀有金属等。基底集成基底集成 微机械装置经加工后和微电子电路集成，如：把微电子芯片、微型传感微机械装置经加工后和微电子电路集成，如：把微电子芯片、微型传感器、微接口装置和微型执行机构等都集成作在一微小机板上，实现机电一体器、微接口装置和微型执行机构等都集成作在一微小机板上，实现机电一体化。化。特殊工艺特殊工艺 采用超精密技术，它包括光刻技术和刻蚀技术两大部分，其中光刻技术采用超精密技术，它包括光刻技术和刻蚀技术两大部分，其中光刻技术是微细加工技术的核心，通常采用聚焦是微细加工技术的核心，通常采用

23、聚焦X射线集束射在覆有抗涂层的加工硅射线集束射在覆有抗涂层的加工硅基表面，经爆光生成微机械零部件的几何外形。然后再腐蚀成型、淀积外延、基表面，经爆光生成微机械零部件的几何外形。然后再腐蚀成型、淀积外延、链合连接等手段加工。此外，在微型机械特殊加工还有电子束、电火花、激链合连接等手段加工。此外，在微型机械特殊加工还有电子束、电火花、激光技术等。光技术等。机电一体化的共性关键技术机电一体化的共性关键技术检测传感技术检测传感技术信息处理技术信息处理技术自动控制技术自动控制技术伺服驱动技术伺服驱动技术精密机械技术精密机械技术系统总体技术系统总体技术检测传感技术检测传感技术 检测传感器的检测对象有温度、

24、压力、位移、速度、加速检测传感器的检测对象有温度、压力、位移、速度、加速度、力和力矩等物理量及物品的几何参数等，其检测精度的高度、力和力矩等物理量及物品的几何参数等，其检测精度的高低直接影响到机电一体化产品的性能好坏。因此，要求检测传低直接影响到机电一体化产品的性能好坏。因此，要求检测传感器具有高精度、高灵敏度和高可靠性。需研究的问题有：感器具有高精度、高灵敏度和高可靠性。需研究的问题有：（1）提高各种敏感材料和元件的灵敏度及可靠度；）提高各种敏感材料和元件的灵敏度及可靠度；（2）改进传感器结构，开发温度与湿度、视觉与触觉同时存）改进传感器结构，开发温度与湿度、视觉与触觉同时存在的复合传感器等

25、；在的复合传感器等；（3）研究在线检测技术，提高抗干扰能力；）研究在线检测技术，提高抗干扰能力；（4）研究具有自动诊断与自动补偿功能的传感器等。）研究具有自动诊断与自动补偿功能的传感器等。 包括信息的输入、变换、运算、存储和输出技术。信息包括信息的输入、变换、运算、存储和输出技术。信息处理的硬件包括输入处理的硬件包括输入/输出设备、显示器、磁盘、计算机、可输出设备、显示器、磁盘、计算机、可编程控制器和数控装置等。信息处理是否正确及时，直接影编程控制器和数控装置等。信息处理是否正确及时，直接影响机电一体化产品的效率和质量，因而成为机电一体化产品响机电一体化产品的效率和质量，因而成为机电一体化产品

26、的关键技术。的关键技术。 信息处理技术信息处理技术 需研究的问题有需研究的问题有（1）提高大规模集成电路（包括微机芯片和专用集成电路）的制造工艺）提高大规模集成电路（包括微机芯片和专用集成电路）的制造工艺水平，保证产品的可靠性，降低成本；水平，保证产品的可靠性，降低成本；（2）提高）提高I/O、A/D、D/A转换的速度和可靠性；转换的速度和可靠性；（3）开发高速处理技术（如开发高速运算的微处理器和高速处理图像技）开发高速处理技术（如开发高速运算的微处理器和高速处理图像技术）；术）；（4）通信与传递（包括联机、信道分配、传递速率等）；）通信与传递（包括联机、信道分配、传递速率等）；（5）加速软盘

27、机、可编程控制器、微机的标准化，提高维修性；）加速软盘机、可编程控制器、微机的标准化，提高维修性；（6）在信息处理部分加上自动诊断功能，在人机接口设备上，利用声音）在信息处理部分加上自动诊断功能，在人机接口设备上，利用声音或图像识别等方式实现信息处理的智能化，柔性自动化仿真技术。或图像识别等方式实现信息处理的智能化，柔性自动化仿真技术。自动控制技术自动控制技术 包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、再现、检索等技术。这些都是机电一体化技术校正、补偿、再现、检索等技术。这些都是机电一体化技术中十分重要的关键技术。其技术难点

28、是现代控制理论的工程中十分重要的关键技术。其技术难点是现代控制理论的工程化与实用化，以及优化控制模型的建立等。需研究的问题有：化与实用化，以及优化控制模型的建立等。需研究的问题有：（1）多功能、全功能数控技术与装置（包括多轴联动）多功能、全功能数控技术与装置（包括多轴联动CNC等）；等）；（2）分级控制系统；）分级控制系统；（3）复杂控制系统的模拟仿真；）复杂控制系统的模拟仿真；（4）智能控制技术；）智能控制技术；（5）自诊断监控技术及容错技术等。）自诊断监控技术及容错技术等。伺服驱动技术伺服驱动技术 伺服驱动技术主要是执行元件中的一些技术问题伺服驱动技术主要是执行元件中的一些技术问题,，伺服

29、驱动包括电动、，伺服驱动包括电动、气动、液动等各种类型。伺服驱动技术对产品质量产生直接影响。气动、液动等各种类型。伺服驱动技术对产品质量产生直接影响。 在机电一体化产品（系统）中，对机电转换部件，如电磁螺旋管、电在机电一体化产品（系统）中，对机电转换部件，如电磁螺旋管、电动机、液压马达等执行元件的精度要求更高、可靠性更好，响应速度更快；动机、液压马达等执行元件的精度要求更高、可靠性更好，响应速度更快；对直流伺服电动机，要求控制性能更好（高分辨率、高灵敏度）、速度和对直流伺服电动机，要求控制性能更好（高分辨率、高灵敏度）、速度和扭矩特性更稳定，交流调速系统的难点在于变频调速、电子逆变技术、矢扭矩

30、特性更稳定，交流调速系统的难点在于变频调速、电子逆变技术、矢量变换技术等。气动和液动中，各元件都存在提高性能、可靠性、标准化量变换技术等。气动和液动中，各元件都存在提高性能、可靠性、标准化以及减轻重量、小型化等方面的问题。以及减轻重量、小型化等方面的问题。 此外，希望执行元件满足小型、重量轻和输出功率大等三个方面的要此外，希望执行元件满足小型、重量轻和输出功率大等三个方面的要求，以及提高其对环境的适应性和可靠性。求，以及提高其对环境的适应性和可靠性。 研究的问题研究的问题（1）提高机电转换部件的精度、可靠性及快速响应性；）提高机电转换部件的精度、可靠性及快速响应性；（2）提高直流伺服电机的性能

31、（高分辨率、高灵敏度）；）提高直流伺服电机的性能（高分辨率、高灵敏度）；（3）对交流调速系统的研究（包括变频调速、电子逆变、矢）对交流调速系统的研究（包括变频调速、电子逆变、矢量控制等技术）；量控制等技术）；（4）大功率晶体管（）大功率晶体管（GTR）和晶闸管（）和晶闸管（SCR、GTO）等功）等功率器件的研制；率器件的研制；（5）中、小惯量伺服电动机的研制；）中、小惯量伺服电动机的研制；（6）伺服驱动技术；）伺服驱动技术；（7）微型电磁离合器的研制等。）微型电磁离合器的研制等。精密机械技术精密机械技术 机电一体化产品对精密机械提出新的要求：减轻重量、机电一体化产品对精密机械提出新的要求：减轻

32、重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善动态性能等。减轻重缩小体积、提高精度、提高刚度、改善动态性能等。减轻重量、缩小体积不能降低机械的刚度，除考虑静态、动态的刚量、缩小体积不能降低机械的刚度，除考虑静态、动态的刚度及热变形的问题外，还要提高导轨面的刚度。因此，在设度及热变形的问题外，还要提高导轨面的刚度。因此，在设计时，要考虑采用新型复合材料和新型结构。为便于维修，计时，要考虑采用新型复合材料和新型结构。为便于维修，要使零件模块化、标准化、规格化。要使零件模块化、标准化、规格化。精密机械技术精密机械技术 需研究的问题有需研究的问题有（1）研究机械零部件的静态、动态刚性和热变形问题（既要求重量

33、轻、）研究机械零部件的静态、动态刚性和热变形问题（既要求重量轻、体积小、又要求刚性好。如对结构进行优化设计、采用新型复合材料等）；体积小、又要求刚性好。如对结构进行优化设计、采用新型复合材料等）；（2）提高关键零部件的精度（包括高精度导轨、精密滚珠丝杠、高精度）提高关键零部件的精度（包括高精度导轨、精密滚珠丝杠、高精度主轴轴承和高精度齿轮等）并使之能批量生产，提高可靠性、降低成本；主轴轴承和高精度齿轮等）并使之能批量生产，提高可靠性、降低成本；（3）超精加工与精密测量技术；）超精加工与精密测量技术；（4）提高刀具、磨具质量，改进材质（高性能、超硬、复合刀具材料的）提高刀具、磨具质量，改进材质（

34、高性能、超硬、复合刀具材料的开发和生产等）；开发和生产等）；（5）摩擦、磨损与润滑问题；）摩擦、磨损与润滑问题；（6）零部件的模块化、标准经、规格化（提高互换性、保证维修方便）。）零部件的模块化、标准经、规格化（提高互换性、保证维修方便）。系统总体技术系统总体技术 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和方法，将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的方法，将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能与技术方案组合成方案组进行分析、评技术方案，再把功能与技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。系统总

35、体技术包括的内容很多，价和优选的综合应用技术。系统总体技术包括的内容很多，例如接插件、接口转换、软件开发、微机应用技术、控制系例如接插件、接口转换、软件开发、微机应用技术、控制系统的成套性和成套设备自动化技术等。即使各个部分的性能、统的成套性和成套设备自动化技术等。即使各个部分的性能、可靠性都很好，如果整个系统不能很好协调，系统与产品也可靠性都很好，如果整个系统不能很好协调，系统与产品也难保证正常运行。难保证正常运行。系统总体技术系统总体技术 需要研究的问题：需要研究的问题：（1）软件开发与应用技术，包括过程参数应用软件，实适时）软件开发与应用技术，包括过程参数应用软件，实适时精度补偿软件，精

36、度补偿软件，CAD/CAM及及FMS软件，各种专用语言（如软件，各种专用语言（如机器人语言），实时控制语言，人机器人语言），实时控制语言，人机对话编程技术，专用机对话编程技术，专用数据库的建立等；数据库的建立等；（2）研究接插件技术，提高可靠性；）研究接插件技术，提高可靠性；（3）通用接口和数据总线标准化；）通用接口和数据总线标准化；（4）控制系统成套性和成套设备自动化；）控制系统成套性和成套设备自动化；（5）系统的标准化问题等。）系统的标准化问题等。机机电电一一体体化化优优先先发发展展领领域域及及条条件件 机械工业实现信息化、柔性化和智能化已迫在眉睫，各种机械工业实现信息化、柔性化和智能化已

37、迫在眉睫，各种自动化控制技术和智能化机器的广泛应用已经成为现代机械工自动化控制技术和智能化机器的广泛应用已经成为现代机械工业发展的一种必然趋势，现在不仅对传统机械工业的高、大、业发展的一种必然趋势，现在不仅对传统机械工业的高、大、精、尖设备的生产离不开机电一体化技术，成套机械设备的自精、尖设备的生产离不开机电一体化技术，成套机械设备的自动化、柔性化离不开机电一体化技术，而且就是对已有的关键动化、柔性化离不开机电一体化技术，而且就是对已有的关键的机械设备的更新和改造也离不开机电一体化技术。的机械设备的更新和改造也离不开机电一体化技术。 由此可见：机电一体化技术已成为实现机械工业高效、自由此可见：

38、机电一体化技术已成为实现机械工业高效、自动化和柔性化的关键所在。动化和柔性化的关键所在。 目前由于国际上机电一体化产品的大量涌现，这就使得目前由于国际上机电一体化产品的大量涌现，这就使得了机械产品的性能发生了质的飞跃，从而也使人机关系发生了机械产品的性能发生了质的飞跃，从而也使人机关系发生了根本性的变化。机械设备由原来的功能单一主要靠人工操了根本性的变化。机械设备由原来的功能单一主要靠人工操作已经发展到了现在能够自动检测有关参数、自动进行数据作已经发展到了现在能够自动检测有关参数、自动进行数据处理、自动显示、自动保护、故障诊断以及自行调节和自动处理、自动显示、自动保护、故障诊断以及自行调节和自

39、动控制等多功能和全自动的操作。控制等多功能和全自动的操作。 因此，这就对于我们这些从事机械设备设计的工程技术因此，这就对于我们这些从事机械设备设计的工程技术人员提出了更高的要求，除了具备机械结构设计这一基本的人员提出了更高的要求，除了具备机械结构设计这一基本的技能外，还必须要对机电一体化的一些共性关键技术，如检技能外，还必须要对机电一体化的一些共性关键技术，如检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、精密机械技术、系统总体技术等有所了解。也就是说，在某精密机械技术、系统总体技术等有所了解。也就是说，在某种条件下，机械设备的电气

40、设计和电气安装等工作应该由机种条件下，机械设备的电气设计和电气安装等工作应该由机械设计人员来完成，换句话说：我们从事机械设备设计人员械设计人员来完成，换句话说：我们从事机械设备设计人员应成为机电一体化的人才。因此，我们的这门课程是在这样应成为机电一体化的人才。因此，我们的这门课程是在这样的背景下开设的。的背景下开设的。传统观点传统观点 机电系统就是指以电动机（交流电机、直流电机）为原动机，通过传机电系统就是指以电动机（交流电机、直流电机）为原动机，通过传动机构带动工作机构（或执行机构）完成一定生产任务的系统。动机构带动工作机构（或执行机构）完成一定生产任务的系统。现代观点现代观点 它是指系统中

41、的动力部分是电气的，经过电气系统与工艺过程或被控它是指系统中的动力部分是电气的，经过电气系统与工艺过程或被控对象相联系的是机械。机械与电气动力相结合的系统是机电系统。当这一对象相联系的是机械。机械与电气动力相结合的系统是机电系统。当这一系统中融合了检测显示、自动控制等技术后自然成为了机电一体化系统。系统中融合了检测显示、自动控制等技术后自然成为了机电一体化系统。 因此，从广泛的意义上说，现代的机电系统，必然将是一个机电因此，从广泛的意义上说，现代的机电系统，必然将是一个机电一体化系统，现代的机电产品也应该成为机电一体化产品。一体化系统，现代的机电产品也应该成为机电一体化产品。机电一体化的含义、

42、机电一体化技术及机电一体化产品的基本概念和机电一体化的含义、机电一体化技术及机电一体化产品的基本概念和组成组成。机械系统设计机械系统设计机械系统构成、传动机构及执行机械的选型与设计和机械结构设计与分析机电系统的动态模型及传递函数机电系统的动态模型及传递函数 如何绘制机电系统原理图？如何建立机电系统动力学方程及传递函数等。机电传动控制系统设计机电传动控制系统设计 检测传感知识检测传感知识 人机与机电接口知识人机与机电接口知识 连续性生产系统的计算机控制连续性生产系统的计算机控制 电液伺服系统的动态分析与仿真电液伺服系统的动态分析与仿真 液压伺服控制系统的动态分析与仿真，重点研究动态分析与仿真的意义方法、模型建立、基于MATLAB仿真工具箱SIMULINK的实现和实际科研例子。 机电传动