机电一体化系统基本组成
机电一体化复习资料整理总结
第一章1、机电一体化系统的构成要素与功能特征五大功能构成要素：机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机)五个子系统组成。
·2、机电一体化系统（产品）设计的考虑方法：1) 机电互补法机电互补法又称取代法。
该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。
例如：用PLC或计算机取代机械式的变速器、凸轮机构、离合器等。
可简化机械结构、提高性能。
2) 结合(融合)法它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件(子系统)，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。
例如：将电机的转子轴作为扫描镜的转轴。
3) 组合法它是将结合法制成的功能部件(子系统)、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统（产品），故称组合法。
3、机电一体化系统的设计类型1）开发性设计它是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品或系统。
2)适应性设计它是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。
3)变异性设计它是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。
第二章1.机电一体化的机械系统与一般机械系统相比，具有一定的特殊要求：（1）较高的定位精度。
（2）良好的动态响应特性。
——响应快、稳定性好。
（3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。
（4）高的谐振频率、合理的阻尼比。
2.滚珠丝杠副特点具有传动阻力小；传动效率高（92%~98%）；轴向刚度高；传动平稳；传动精度高；不易磨损、使用寿命长等优点；缺点:但不能自锁；因而用于高精度传动和升降传动时，需制动定位装置。
3.消除和减小丝杠轴向间隙的主要方法：双螺母螺纹预紧调整特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方便; 但不能精确定量调整。
机电一体化系统的基本概念和基本构成,共性关键技术,以及发展
黑 箱 法 的 表 达
物料 能量 信息
机电一体化产品 （黑箱）
物料′ 能量′ 信息′
伴生输入
物料：固体、液体、气体等任何物体； 能量：机械能、电能、热能、化学能、光 能等； 信息：数据、指示值、测量值、控制信号、 波形等。 物料的转换指如何将毛坯、半成品转换成 成品； 能量的转换指如何将其它形式的能量转换 成机械能或机械能变成其它形式能量； 信息的传输或转换指将物理量的测量和显 示、控制信号的传递等。 2、黑箱法求解方法 黑箱法求解过程就是黑箱白化的过程，步
一、市场调研
二、原理方案设计
1．产品方案构思 产品方案构思完成后，以方案图的形式将设计方案 表达出来。方案图应尽可能简洁明了，反映机电一 体化系统各组成部分的相互关系，同时应便于后面 的修改。 2．方案的评价对多种构思和多种方案进行筛选， 选择较好的可行方案进行分析组合和评价，从中再 选几个方案按照机电一体化系统设计评价原则和评 价方法进行深入的综合分析评价，最后确定实施方
机电一体化技术发展方向
1、智能化 2、微型化 3、模块化 4、 网络化 5 人格化
6、 绿色化
智能化：智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要方向。 在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、 模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学新思想、新方法，模 拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维和自主决策等能力， 以求得到更高的控制目标。主要体现在诊断过程的智能化，人 机接口的智能化，自动编程的智能化，加工过程的智能化。 模块化：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、环境接口的机电 一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。这需要 制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲 突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建 一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带 来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业 还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企 业带来美好的前程。
机电一体化系统的功能组成
机电一体化系统的功能组成
机电一体化系统是指将机械、电子、控制等多种技术融合在一起，形成一个完整的系统。
它的功能组成包括机械部分、电子部分、控制部分和信息处理部分。
机械部分是机电一体化系统的重要组成部分，它包括各种机械设备、传动装置、执行机构等。
机械部分的主要功能是将电子信号转化为机械运动，实现机械的运动控制。
例如，机械手臂可以根据电子信号的指令，完成各种复杂的动作，如抓取、搬运、装配等。
电子部分是机电一体化系统的核心部分，它包括各种传感器、电机、电子元件等。
电子部分的主要功能是将机械运动转化为电子信号，实现电子的控制。
例如，传感器可以感知环境的变化，将其转化为电子信号，控制电机的运转，实现机械的自动化控制。
控制部分是机电一体化系统的重要组成部分，它包括各种控制器、编程器、人机界面等。
控制部分的主要功能是对机械和电子进行控制和调节，实现机械的精确控制。
例如，控制器可以根据编程指令，控制机械手臂的运动轨迹和速度，实现精确的搬运和装配。
信息处理部分是机电一体化系统的重要组成部分，它包括各种计算机、软件、网络等。
信息处理部分的主要功能是对机械和电子进行数据处理和分析，实现机械的智能化控制。
例如，计算机可以对机
械手臂的运动轨迹和速度进行实时监控和分析，根据数据反馈进行调整和优化，实现机械的智能化控制。
机电一体化系统的功能组成包括机械部分、电子部分、控制部分和信息处理部分。
这些部分相互协作，共同实现机械的自动化、智能化控制，提高生产效率和质量，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
机电一体化系统的基本组成
机电一体化系统的基本组成机电一体化系统是指将机械装置、电气装置和控制系统集成在一起的系统。
它将机械设备和电气设备有机地结合在一起，通过控制系统实现自动化控制和监测，从而提高生产效率和产品质量。
机电一体化系统的基本组成包括机械装置、电气装置和控制系统三个部分。
1. 机械装置：机械装置是机电一体化系统的基础，它包括各种传动装置、执行机构和工作部件。
传动装置可以将电能或其他形式的能量转换为机械能，从而实现机械装置的运动。
执行机构是机械装置的动力输出部分，通过执行机构可以实现各种工作任务，如物料的搬运、产品的加工等。
工作部件是机械装置的功能部分，它们根据具体的工作要求设计和制造，可以实现各种不同的功能。
2. 电气装置：电气装置是机电一体化系统的重要组成部分，它包括电动机、传感器、电控设备等。
电动机是电气装置的动力源，它可以将电能转换为机械能，驱动机械装置的运动。
传感器是电气装置的感知部分，通过感知环境的各种参数，将其转化为电信号，供控制系统使用。
电控设备是电气装置的控制部分，它根据控制系统的指令，控制电动机和其他执行机构的运动，从而实现机械装置的自动化控制。
3. 控制系统：控制系统是机电一体化系统的核心，它负责对机械装置和电气装置进行控制和监测。
控制系统可以根据预设的程序和逻辑，对机械装置和电气装置进行精确的控制，实现各种复杂的工作任务。
控制系统还可以通过传感器获取各种环境参数的信息，根据这些信息进行实时的监测和调节，以保证机械装置和电气装置的正常运行。
除了以上三个基本组成部分，机电一体化系统还可以包括其他辅助设备，如人机界面、通信设备等。
人机界面是机电一体化系统与操作人员之间的接口，通过人机界面，操作人员可以对系统进行监控和操作。
通信设备可以实现机电一体化系统与其他系统之间的信息交换和数据共享，从而进一步提高系统的整体性能。
机电一体化系统是将机械装置、电气装置和控制系统有机地结合在一起的系统。
它通过自动化控制和监测，实现机械装置和电气装置的高效运行，提高生产效率和产品质量。
机电一体化系统的基本概念和基本构成共性关键技术以及发展
机电一体化系统的基本概念和基本构成共性关键技术以及发展机电一体化系统的基本构成包括机械结构、电气系统、控制系统和信息系统。
其中，机械结构是整个系统的物理基础，包括各种机械部件和装置；电气系统则负责提供与机械结构相应的电力能源和能量转换；控制系统通过感知、决策和执行三个过程，实现对机械结构和电气系统的控制；信息系统负责处理和管理系统中产生的各种数据和信息。
1.传感与感知技术：传感器用于感知机械结构和电气系统的状态和参数，并将其转化为可供控制系统处理的信号。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、速度传感器等。
2.信号与信息处理技术：通过对传感器采集到的信号进行采样、滤波、放大、调理等处理，提取有用的信息，并进行信号分析和处理，为控制系统提供准确的输入信号。
3.控制与决策技术：控制系统根据传感器提供的信号和经过信号处理的信息，通过控制算法对机械结构和电气系统进行控制和调节。
决策技术包括对系统当前状态的分析和判断，以及根据系统的要求和约束进行决策的能力。
4.执行与操作技术：执行与操作技术包括执行机构和执行器的设计、选择和控制。
执行机构负责根据控制信号执行相应的动作，执行器则负责将电气信号转化为机械动作。
5.通信与网络技术：通信与网络技术用于实现机械结构、电气系统、控制系统和信息系统之间的数据传输和交互。
常见的通信方式包括有线通信和无线通信。
1.集成化与智能化：随着科技的发展，机电一体化系统越来越趋向于集成化与智能化，即将机械结构、电气系统、控制系统和信息系统集成在一起，并通过智能算法实现对系统的自动控制和优化调节。
2.网络化与远程监控：通过网络技术，可以实现机械设备的远程监控和远程操控。
这样可以提高系统的运行效率，减少维护成本，同时也方便了对系统的管理和维护。
3.精密化与高效化：精密化是指机械结构和电气系统的精度和响应速度不断提高，从而提高系统的定位精度和运行效率。
高效化则是指系统在保证精确性的基础上，通过优化设计和控制算法，实现能源的高效利用和减少能量消耗。
机电一体化系统基本组成ppt课件
测量值
测量值 温度
闭环（反馈）控制系统
• 概念
– 多输入
• 设定值 • 反馈
– 过程控制
• 优点
– 自动化
– 精确
• 缺点
– 昂贵
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
– 更复杂
设定值
控制系统 (自动体温)
测量值
闭环控制系统
• 传感器
– 测量设备输出
• 误差检测
– 检测误差
• 反馈控制系统 • 跟踪误差最小化
计算机
控制
F =kx
最终读数 时间
建模系统
输入 电力
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
水壶
输出 水温
100℃
温 度
20℃
时间
电水壶系统的输入响应
2min
连接（接口）系统
输入 CD
电信号
CD机
更大的电信号
扩音器
喇叭
输出 声音
CD 机
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
测量系统
加法器
(比较单元)
设定值
误差
控制单元
校正单元
过程
测量值
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
测量系统
马桶水箱
• 设定值 - 调整后的浮臂位置
• 比较单元 - 浮臂
机电一体化简介
机电一体化简介工程学院机械设计摘要：本文主要阐述的是关于机电一体化的基本内容。
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。
机电一体化系统由机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）五个子系统组成，具有以下三大“目的功能”，其系统内部必须具备五种内部功能。
机电一体化的发展经历了三个阶段，我国起步较晚，与先进国家相比仍有相当差距。
未来机电一体化将更智能化、模块化、绿色化、网络化、微型化、系统化方向发展。
关键词：机电一体化机械电子模块系统智能一、机电一体化的定义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。
中国机电设计迈入PLM全新阶段，正挑战着了前所未有的，不可预测的难题，一个个久战沙场经久不衰精兵良将正褪去了昨日英雄的光环，唯有CAMEL VIEW 能够胜任军统三国，光复旧业的重任，此时数系科技与德国iXtronics GmbH公司携手共同开拓机电设计领域的新篇章，CAMEL VIEW 作为机电一体化设计系统，从产品的概念设计到产品性能的测试、验证、通过都是一体化的，流程化的、规范化的，在满足用户设计的前提下，数值实验的仿真与结果的验证无不精确化，支持复杂环境下，多工况，多耦合场设计。
研究将电子器件的信息处理和控制功能附加或融合在机械装置中的一种复合化技术。
俗称机电一体化。
机械电子学 (mechatronics)是由机械学(mechanics)和电子学(electronics)两个词结合而成的新词。
其全称为机械电子工程学，英语为mechanical and electronical engineering。
机电专业一体化试题及答案
机电专业一体化试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 机电一体化系统的基本组成包括：A. 机械系统B. 电子系统C. 控制系统D. 所有以上选项答案：D2. 下列哪个不是机电一体化系统的特点？A. 高精度B. 高可靠性C. 低效率D. 集成度高答案：C3. 伺服电机主要用于：A. 精确控制位置B. 产生大扭矩C. 快速启动和停止D. 所有以上选项答案：A4. PLC（可编程逻辑控制器）的主要功能是：A. 数据存储B. 逻辑控制C. 人机交互D. 所有以上选项答案：B5. 传感器在机电一体化系统中的作用是：A. 检测外部信号B. 转换信号C. 执行控制命令D. 所有以上选项答案：A6. 以下哪个不是机械传动元件？A. 齿轮B. 皮带C. 电机D. 轴承答案：C7. 以下哪个是机电一体化系统中常用的传感器类型？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 光敏传感器D. 所有以上选项答案：D8. 以下哪个不是机电一体化系统的执行元件？A. 电机B. 液压缸C. 传感器D. 气动缸答案：C9. 以下哪个是机电一体化系统中常用的控制策略？A. PID控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 所有以上选项答案：D10. 以下哪个是机电一体化系统设计时需要考虑的因素？A. 成本B. 性能C. 可靠性D. 所有以上选项答案：D二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述机电一体化系统与传统机械系统的区别。
答案：机电一体化系统与传统机械系统的主要区别在于，机电一体化系统将机械系统与电子系统、控制系统相结合，实现了高度的集成和自动化。
它通过传感器检测外部信号，利用电子系统进行信号处理，并通过控制系统实现精确的控制，从而提高系统的精度、效率和可靠性。
2. 解释什么是伺服电机，并简述其工作原理。
答案：伺服电机是一种高精度的电机，它能够根据输入的控制信号精确地控制电机的转速和位置。
伺服电机的工作原理是，通过编码器检测电机的实际位置，将位置信号反馈给控制系统，控制系统根据位置误差调整电机的输入，从而实现精确控制。
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• 风，磁盘驱动器的冲振，开门
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
参考输入 rt
(期望速度)
目标:设计F 使v接近r
执行器
ut (风门)
扰动
wt(道路等级)
车型
ut F (rt )
控制器
设备模型
vt
设备(汽车)
vt1 0.7vt 0.5ut wt
vt 1
控制率
ut P rt
系统模型
设定值 误差
控制单元
校正单元
杠杆 过程
进水口 枢轴
测量值
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
测量系统
用于设置参 考值的电位计
D.C. 电源
轴速度控制
放大参考值和反馈值 之间的差异
微分放大器
电机
锥齿轮
旋转轴
参考值
微分放大器
放大器
误差
速度测量
电机
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
与温度相关的信号反馈 (b)
测量装置
图1.9 加热房间：(a)开环系统 (b) 闭环系统
闭环系统组件
• 比较单元
- 至少两个输入，一个输出 – 正/负反馈
• 控制单元 -二进制，比例项，硬连线，可编程 • 校正单元 - 执行器
• 过程 – 与环境连接 • 反馈 - 测量系统，传感器，调节器，数据总线
输入
• 测量系统
– 测量输入变量，输出显示 温度
• 控制系统
– 输入设定值，输出正确的
设定值
温度,设定值
系统 温度计 集中供热系统
输出 显示 检测值
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
建模系统
输入 在0时的力
弹簧
伸
缩
输出
量
伸缩量随时间改变
弹簧输入响应
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
– 飞机高度控制
• 困难
– 干扰：风，道路，轮胎，刹车，打开/关闭门...
机械
– 人机界面：感觉很好，感觉对... 传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
跟踪
速 系度 统、 输温 出度
等
参考输入
系统输出
时间
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
时间
开环控制系统
• 设备 – 被控制的物理系统 • 车, 飞机， 光盘，加热器，...
• 三个要素
待测变量
传感器
– 传感器 – 信号调节器 – 显示，输出
• 课程大纲
– 传感检测系统 - 第3章
信号调节器
显示
测量值
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
控制系统
控制系统是指由控制主体、控制客体和控
制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系
统。
控制系统意味着通过它可以按照所希望的
• 执行器 – 设备控制装置 • 节流阀、气门，盘式电机,…
• 控制器 – 设计产品来控制设备
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
开环控制系统
• 输出
– 我们感兴趣的物理系统方面
• 速度，磁盘位置，温度
• 参考
– 我们希望看到的输出值
• 期望速度，期望位置，期望温度
• 扰动
– 受环境影响的不可控输入
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
et (误差) rt vt
误差检测
ut
rt
ut F (rt )
wt
设备模型
vt
控制器
设备(自动化)
传感器(速度)
车型
vt 1
vt1 0.7vt 0.5ut wt
控制率
ut P rt
系统模型
vt1 (0.7 0.5P)vt 0.5 Prt wt
加法器
(比较单元)
设定值
误差
控制单元
校正单元
过程
测量值
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
测量系统
马桶水箱
• 设定值 - 调整后的浮臂位置
• 比较单元 - 浮臂
• 控制单元 -枢轴
• 校正单位 - 阀门 • 过程 - 流水
空心球
• 反馈- 浮球和杆
• 测量值 - 水位
加法器 (比较单元)
– 多输入多输出
电磁阀 数字显示器 数字传感器 数字执行器
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
RAM
ROM, EPROM, EEPROM (非易失件软件)
串行通信端口
定时器
A/D
D/A
外部EEPROM 其它微控制器 主机
模拟传感器
模拟执行器 模拟显示
模拟和数字控制系统
信 号
0
时间
(a)
vt1 0.7vt 0.5 Prt
开环控制系统
• 概念
– 输入
– 你得到的就是你得到的
• 优点
设定值
– 便宜
– 简单
– 可靠
• 缺点
设定值 变量
(温度\风扇转速)
– 关闭调整需要人为干预
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
热量 控制系统 (体温)
控制系统 (自动控温)
测量值
测量值 温度
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
数字闭环控制系统的组件
控制系统实例
计算机 数控
位置,速度 反馈
位置,速度 检测单元
电机
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
数控机床伺服系统组成
机械 部件
加热房间
输入: 决定开或者关
控制器
手工激活
开关
电力 (a)
输入: 需要的温度
偏差信号
控制器
手工激活
开关
电力
电炉
输出: 温度变化
电炉
输出: 温度不变
机械
传感器
闭环（反馈）控制系统
• 概念
– 多输入
• 设定值 • 反馈
– 过程控制
• 优点
– 自动化
– 精确
• 缺点
– 昂贵
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
– 更复杂
设定值
控制系统 (自动体温)
测量值
闭环控制系统
• 传感器
– 测量设备输出
• 误差检测
– 检测误差
• 反馈控制系统 • 跟踪误差最小化
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
1.3.1机电一体化的关键要素
仿真和建模
机
电 一
自动控制
体
化
优化
信息系统
机电
机械系统
执行器 传感器
电气系统
实时接口
数/模 模/数
计算机系统
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
1.3.2 机电一体化系统搭建
• 系统
– 一个有输入和输出的黑箱
方式保持和改变机器、机构或其他设备内任
何感兴趣或可变的量。控制系统同时是为了
使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。
控制系统主要由：控制器，被控对象，执Βιβλιοθήκη 行机构和传感检测四个环节组成。
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
控制系统
• 控制物理系统的输出
– 通过设置物理系统的输入
• 跟踪
执行器
扰动
• 例如
ut (风门)
wt(道路等级)
车型
– 巡航控制 – 恒温器控制
参考输入 rt
(期望速度)
ut F (rt )
–
磁盘驱动控制
目标:设计F 使v接近r
控制器
设备模型
vt
设备(汽车)
vt1 0.7vt 0.5ut wt
vt 1
控制率
ut P rt
系统模型
vt1 0.7vt 0.5 Prt
信号： (a) 模拟 机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气