机电一体化技术一

1.3 机电一体化的发展概况
1.3.1国内外机电一体化发展状况 机电一体化技术的发展大体上可分为三个阶段。 20世纪60年代以前为第一阶段，也可称其为“萌芽
阶段”。 70年代至80年代为第二阶段。称其为“蓬勃发展阶
1.2.5执行与驱动技术
伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及 其驱动装置。执行元件分为电动、气动、液 压等多种类型，机电一体化产品中多采用电 动式执行元件．驱动装胃要是指各种电动机 的驱动电源电路，目前多采用电力电子器件 及集成化的功能电路构成。
1.2.6机电一体化总体设计技术
系统总体技术是一种从整体目标出发，用系 统工程的观点和力法，将系统总体分解成相 互有机联系的若干功能单元，并以功能单元 为子系统继续分解，直至找到可实现的技术 方案，然后再把功能和技术方案组合成方案 指进行分析、评价和优选的综合应用技术。
1.2.3自动控制技术
自动控制技术就是通过控制器使被控对象或 过程自动地按照预定的规律运行。自动控制 技术范围很广，包括自动控制理论、控制系 统设计、系统仿真、现场调试、可靠运行等 从理论到实践的整个过程。由于被控对象种 类繁多，所以控制技术的内容极其丰富，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、示教再现、检索等控 制技术。
1.2.4传感与检测技术
检测传感技术是机电一体化的关键技术，它 将所测得的各种参量如位移、位置、速度、 加速度、力、温度、酸度和其他形式的信号 等转换为统一规格的电信号输入到信息处理 系统中，并由此产生出相应的控制信号以决 定执行机构的运动形式和动作幅度。传感器 检测的精度、灵敏度和可靠性将直接影响到 机电一体化的性能。
机械技术 （机械学 机构学）
机电一体 化技术领
域
微电子技术 （半导体技 术、计算机
技术）
机电一体化系统由机械本体（机构）、信息 处理与控制部分（计算机）、能源部分（动 力源）、检测部分（传感器）、执行元件部 分（如电动机）等五个子系统组成
信息输入
信息处理与控制
能源部分 驱动部分 检测部分
执行元件
机电一体化技术
袁中凡 主 编 李彬彬 陈 爽 副主编
冼进 审 邮箱：
第一章 概论
知识点： 机电一体化系统的基本概念 机电一体化系统的关键共性技术 机电一体化系统的发展概况
美国《技术评论》认为，有十种新 兴技术在不远的将来会产生巨大影 响：无线传感器网络；可注入组织 工程；纳米太阳能电池；机电一体 化技术；分子成像；纳米印刷刻蚀； 软件保证；糖原组学；量子密码术。
信息 （接口）
控制器 （MC、PC、CNC）
接口 （信息）
传 感 器 （位置 检测）
接口 （智能、信息）
执行元件
接口 （机械）
传 感 器 （位置 检测）
接口 （物理）
运行机构 机械结构
接口 （机械）
接口 （物理）
动力源
接口 （物理）
1.1.3机电一体化产品的分类
一部分机电一体化系统以能量转换为主，输 入能量(或物质)和信息，输出不同能量(或物 质)的系统(或产品)，称为动力机，其中输出 机械能的为原动机。
机械本体
典型闭环控制系统
工作台
传感器
电动机 驱动器
丝杆
动力源
信息处理系统 （计算机）
1.1.2机电一体化系统的结构要素
机电一体化系统是由若干具有特定功能的机 械与微电子要素组成的有机整体，具有满足 人们使用要求的功能(目的功能)。根据不同的 使用目的，要求系统能对输入的物质、能量 和信息(即工业三大要素)进行某一处理，输出 所需要的物质、能量和信息。
因此，系统必须具有以下三大“目的功能”： 变换(加工、处理)功能、传递(移动、输送)功 能和储存(保持、积累、记录)功能。
具有
工业三
物质 大要素 能量
系统
所需 特性
物质 能量
信息
（变换、传递、存储）
信息
控制
不管那类系统（或产品），其系统内部必须 具备如所示的五种内部功能，即主动能、动 力功能、检测功能、控制功能、构造功能。
1.1 机电一体化的基本概念
1.1.1机电一体化系统的功能构成及定义 “机电一体化”一词(Mecharonics)在20世纪 70年代起源于日本。它取英语Mechanics(机 械学)的前半部和Electronics（电子学）的后 半部分拼成一个新词，即机械电子学或机电 一体化。
“机电一体化”是机械技术、微电子技术相互 交叉、融合的产物
干扰
废弃物输出
（原） 物质 能量 信息
输入
主功能 （变换、传递、存储）
计测功能
动力功能
控制功能
（新） 物质 能量 信息
输出
动力输入 （能量）
输入 控制
（信息）
输出 控制
人或其他系统
CNC机床内部功能构成实例
热、振动
热、振动、切屑
毛坯 （物质）
输入
切削加工 （加工机构）
位置检测
电源
控制器
工件 （物质）
产品中的主功能和构造功能，往往是以机械 技术为主实现的。特别是关键部件，如导轨、 滚珠丝杠、轴承、传动部件等的材料、精度 对机电一体化产品的性能、控制精度等多方 向的要求。
1.2.2计算机与信息处理技术
信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、 运算、存储及格出技术，它们大都是依靠计 算机来进行的，因此计算机技术与信息处理 技术是密切相关的。信息处理技术包括信息 的交换、存取、运算、判断和决策等，实现 信息处理的主要工具是计算机。计算机技术 包括计算机硬件技术和软件技术、网络与通 信技术、数据库技术等。
也有机电一体化系统以信息处理为主，输入 信息量，输出各种信息的系统，称为信息机。
机电一体化产品种类繁多，目前还在不断扩 展，但仍可以按产品的功能划分为以下几类。
（1）数控机械类 （2）电子设备类 （3）机电结台类 （4）电液伺服类 （5）信息控制类
1.2 机电一体化的共性关键技术
1.2.1机械设计技术 机械技术是机电一体化的基础。机电一体化
输出
外部电源
CNC程序
输入 （信息） 输出
控制
控制
人（操作）
机电一体化系统（产品）的五大要素及其对 应的五大功能
动力源
动力
传感器
计算机
执行元 件
机构
a)
计测
控制
操作
构造
b)
机电一体化系统内部与外部接口
人
输ห้องสมุดไป่ตู้
自然
入 接
口
系统
工程系统
接口 a
接口 b
接口 c
人
输
出 接
自然
口
系统
机电一体化系统（产品）各构成要素之间的相互联系