14机电一体化系统的机电有机结合分析与设计
机电一体化系统设计
机电一体化系统设计一、概论1、机电一体化：是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，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。
2、对检测传感器的要求：要求检测传感器具有高精度、高灵敏度和高可靠性。
3、检测传感技术的主要难点：提高可靠性、精度和灵敏度。
需要研究的问题有：①提高各种敏感材料和元件灵敏度及可靠性②改进传感器结构，开发温度与湿度、视觉与触觉同时存在的符合传感器③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。
4、自动控制：自动控制是指在没有人参与的情况下，通过控制装置使被控制的对象或控制过程自动的按照预定的规律运行。
5、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、评价和优选的综合应用技术。
6、系统总体技术包括：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。
7、系统总体技术需要研究的问题：①软件开发与应用技术，包括过程参数应用软件、实时精度补偿软件②研究接插件技术，体改可靠性③通过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⑤软件的标准化。
8、机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统五个系统组成。
9、系统的五种内部功能：即主功能、动力功能、计策功能、控制功能、构造功能。
主功能是实现系统“目的功能”直接必须的功能，主要是对物质、能量、信息及其相互结合进行变换、传递和存储。
动力功能的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实时“目的功能”。
而构造功能则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必须的功能。
10、机电一体化系统设计的考虑方法同城有：几点互补法、融合法和组合法。
11、系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。
机电一体化系统的机电有机结合分析与设计
f 2 — 负载的粘性摩擦系数。
3）满足送进系统传动基本要求的选择方法。即满足脉冲当量δ、步距
角α和丝杠基本导程l0之间的匹配关系
i
l0
(360 )
(6.18)
4）对速度和加速度均有一定要求的选择方法。 先按上述1）条选择减速比i，然后验算是否满足iLmax≤ m，式中 的Lmax为负载的最大角速度； m为电动机输出的角速度。
若选用110BF003反应式电动机，其最大静转矩Tjmax=7.84Nm， 当采用三相六拍通电方式，查表3.7可知，Tq/Tjmax=0.87,则
T 0 . 87 T 6 . 82 N m q j m ax
因为 T ，满足式(6.11)，故可选用110BF003反应式电动机 q T
伺服系统基本概念
伺服系统也称之为随动系统，是一种能够跟踪输入的指令进行动作，从 而获得精确的位置、速度或力、力矩输出的自动控制系统。大多数伺服 系统具有检测反馈回路，因而伺服系统是一种反馈控制系统。它是根据 输入的指令值与输出的物理量之间的偏差进行动作控制的，其工作过程 是一个偏差不断产生，又不断消除的动态过渡过程。
控制器 输入指令
调节 元件
输出量 执行元件 被控对象
比较元件
测量、反馈 元件 伺服系统基本结构方框图
电气控制装置
执行元件
机械执行 装置 传 感 器
由两部分组成： 电气控制装置部分 机械执行装置部分
伺服系统组成
在控制信号传递路线上，以执行元件作为接口
在反馈信号传递路线上，以传感器作为接口
许多机电一体化产品需要对输出量进行跟踪控制，因而伺服系统是 机电一体化产品的一个重要组成部分，而且往往是实现某些产品目 的功能的主体。伺服系统离不开机械技术和电子技术的综合运用， 其功能是通过机电结合才得以实现的，因此，它本身就是一个典型
机电控制系统自动控制技术与一体化设计
机电控制系统自动控制技术与一体化设计机电控制系统是一种涵盖机械、电子、信息技术的综合性技术体系。
其主要功能是将机械、电子和信息技术有机结合，实现机械设备的高效稳定工作。
随着科技的不断进步，机电控制系统自动化技术不断更新，而一体化设计成为其中的重要组成部分。
一体化设计指的是在机电控制系统设计中同时考虑机械、电气和信息技术三个方面，使其成为一个统一的系统。
一体化设计可以提高机电控制系统的安全性、可靠性、稳定性和维护性。
因此，在机电控制系统的设计中，一体化设计已成为不可或缺的一环。
一体化设计的实现需要涉及到多个方面，例如在机械设计中考虑机电一体化的要求，制定机电一体化的设计方案，把机械、电气、信息模块优化整合，最终完成整体的机电控制系统设计。
在实际应用中，一体化设计需要在各个方面进行统筹考虑，在满足机械性能的前提下，设计出电气和信息方面的配套控制系统。
机电控制系统的自动控制技术是实现一体化设计的重要手段之一。
自动化技术的应用可以提高机电控制系统的工作效率，减少人为干预，从而提高机械设备的稳定性和可靠性。
机电自动控制技术可以实现多个设备之间的协同工作，使整个机电控制系统具有高度自动化、高效性和稳定性。
在机电自动控制技术应用中，需采用各种传感器、执行器等，将物理量通过电气信号进行传输，再进行处理和控制，从而实现机械设备的自动化控制。
例如，在机械运动控制中，可以通过使用步进电机控制器实现精确控制线性和旋转运动；在流程控制中，可通过采用PLC程序控制器等设备实现系统流程的自动控制和管理。
机电控制系统自动控制技术和一体化设计的结合可以极大地提高机械设备的生产效率和稳定性，实现设备的高效运行和维护。
此外，机电一体化设计同时还能降低机械设备的生产成本和维护成本，提高企业的经济效益，具有非常重要的应用前景。
总之，机电控制系统自动控制技术和一体化设计是目前机械设备制造行业发展的重要趋势，这种技术在机械设备控制系统中的应用已经越来越广泛，是机械设备制造企业不可或缺的重要手段。
机电有机结合之一---机电一体化系统稳态设计考虑方法
机电有机结合之一---机电一体化系统稳态设计考虑方法一、负载分析机电伺服务系统的被控对象作机械运动时，该被控对象就是系统的负载，它与系统执行元件的机械传动联系有多种形式。
负载的运动形式有直线运动、回转运动、间歇运动等，具体的负载往往比较复杂，为便于分析，常将它分解为几种典型负载，结合系统的运动规律再将它们组合起来，使定量设计计算得以顺利进行。
1.典型负载：包括惯性负载、外力负载、弹性负载、摩擦负载（滑动摩擦负载、粘性摩擦负载、滚动摩擦负载）等。
具体系统的负载可能是以上一种或几种典型负载的组合。
2.负载的等效换算在第二章/第三节齿轮传动比分配的“等效转动惯量最小原则”中曾提高过等效转动惯量的计算方法，本节将更详细地讨论。
为使执行元件的额定转矩（或力、功率）、加减速控制等，与被控对象的固有参数（如质量、转动惯量等）相互匹配，需要将被控对象相关部件的固有参数及其所受的负载（力或转矩等）等效换算到执行元件的输出轴上，即计算其输出轴承受的等效转动惯量和等效负载转矩（回转运动）或计算等效质量和等效力（直线运动）。
F面以图示的机床工作台伺服进给系统为例加以说明。
所示系统由一个移动部件和n个转动部件组成。
M、v和F分别为移动部件的质量（kg）、运动速度（m⑸和所受的负载力（N）；Jj、nj（j）和Tj分别为转动部件的转动惯量（kgm2）、转速（r/min或rad/s）和所受负载转矩（N m）。
（1）求等效转动惯量Jeq,根据能量守恒定律有:丄/ 加二丄十驹r r丄亠J J』七£尸】所叭等效转动惯量为:J2 “ — l 歿丿 用工程上常用单佞时，可拓上式改写为血丿J A 血丿 r=—4兀~ 移动部分为丝杠螺母传动时：跟丝杠连接的齿轮是第 n 个齿轮:(2)求等效负载转矩Teq 上述系统在时间t 内克服负载所作功的总和等于执行元件所做功，即:⑴心凤—土巧呼 户!所以*等效贡菽轻矩为：f 廿、寸 丄;*工r；7S 1用工程上常用单位时，可特上式改写为 —F — 2彳”：F tLyr/|^ ■ B 1速比之间的关系参见前面等效转动惯量部分。
机电一体化复习题
第一章绪论1.机电一体化的2个狭义概念、1个广义概念狭义：（1）机电一体化是利用计算机的信息处理功能对机械进行各种控制的技术。
（2）机电一体化是利用电子、信息（包括传感器、控制、计算机等）技术使机械柔性化和智能化的技术。
广义上可以简要概括为“机械工程与电子工程相结合的技术，以及应用这些技术的机械电子装路”。
2.机电一体化系统的基本组成与控制方式（1）机电一体化系统的基本组成①机械部分（机构要素）：像机器人的机械手那样实现目标动作。
②执行装路（能量转换要素）：将信息转换为力和能量，驱动机械部分运动。
③传感器（检测要素）：对机械运动结果进行测量、监控和反馈。
④控制装路（控制要素）：对控制信息和反馈信息进行处理，向执行装路发出动作指令。
（下面的图要求会画）控制器IT ----------- L |11，显示務I1—II卫幫机：—o 一!巾‘一执行養置I—「持动机构］一0—》------------------------- 传感毒＜--------------------------图2.2机电一怵化系统的组成（2）控制方式:开环：系统中无位路反馈，也没有位路检测元件。
②闭环：电动机带有速度反馈装路，被控对象装有位移测量元件。
③半闭环：这类系统的位路检测元件不是直接安装在进给系统的最终运动部件上，而是经过中间机械传动部件的位路转换，称为间接测量。
3.对比分析机械调速器与电子调速器(1)机械式调速器利用了著名的离心力原理，完全由机械零件构成，必须在准确得知各零件的重量和摩擦系数的基础上，通过选择和调整重锤及弹簧来进行精确控制。
优点：简单易制，调整及维护比较方便；但是灵敏度和调节特性较差。
且柔性差；(2)电子调速器：与机械调速器相比，电子调速器调速精度高，灵敏度也高，易实现自动化等优点，只要改变设定值和电路或者改变软件就可以选择采用P、I、D PI、PID，甚至更高级的控制，对于实现最佳控制具有很好的柔性。
机电一体化系统的优化设计与研究
机电一体化系统的优化设计与研究随着科技的发展，机电一体化系统越来越受到人们的关注和重视。
而机电一体化系统的优化设计和研究，是实现其高效运转和自动化的重点之一。
本文将以汽车生产线作为例子，论述机电一体化系统的优化设计和研究，以求更好地提高生产效率和质量。
一、机电一体化系统概述机电一体化系统，是指将电气技术与机械技术相结合，形成一种新型的工业自动化系统。
其主要特征是集成化、智能化、柔性化和高效化。
机电一体化系统将机器人、PLC、传感器、执行器、计算机等各种技术有机结合在一起，形成一个系统性的整体，具有高精度、高速度、高灵活性、高可靠性和高自动化优势。
二、机电一体化系统在汽车生产线中的应用机电一体化系统广泛应用于汽车生产线中，其主要功能是完成汽车零部件的自动组装、检测、焊接、喷涂等工作。
以汽车生产线为例，其主要包括以下几个环节：1.零部件装配线：在汽车生产线上，机电一体化系统主要用于零部件的自动组装。
该系统采用自动化机械及控制设备，对汽车零部件进行自动装配，自动检测及判断装配结果的合格性，确保装配质量和效率的稳定性和持续性。
2.焊接线：在汽车生产线上，机电一体化系统还可以用于焊接。
通过机械手及其他自动化控制设备，自动完成汽车组件的焊接，确保焊接质量和效率的稳定性和持续性。
3.涂装线：在汽车生产线上，机电一体化系统非常重要的一个环节就是涂装。
该系统整合了汽车喷漆机器人、涂料供给设备、自动涂漆喷枪、消毒喷雾器等多种技术，并对这些技术通过程序进行控制，确保完美的涂装质量和效率。
三、机电一体化系统的优化设计和研究机电一体化系统的优化设计和研究是实现其高效运转和自动化的重点之一。
目前，国内外许多企业已经开始针对机电一体化系统的优化设计和研究，以不断提高生产效率和质量。
1.节能设计随着全球能源短缺和环境污染问题的愈加严重，机电一体化系统的节能设计成为趋势。
在汽车生产线中，可采用多种技术和方法，如替代传统液压系统为电气系统，采用高效节能的涂装设备等，以达到节能的效果。
机电一体化系统设计有机结合分析与设计
推动模块的标准化和互换性，降低维护成本和提高系统灵活性。
结合实例分析
实例一
数控机床的机电一体化系统设计， 通过电子系统实现对机床运动的
精确控制，提高加工精度和效率。
实例二
智能机器人的机电一体化系统设计， 集成传感器、控制器和执行器，实 现机器人的自主导航、物体识别和 抓取等功能。
实例三
机床的性能和稳定性。
数控机床的应用范围广泛，可适用于各种复杂零件的 加工，为现代制造业的发展提供了重要的技术支持。
自动化生产线设计
自动化生产线是机电一体化系统设计 的又一重要应用，通过自动化技术实 现生产过程的连续性和高效性。
自动化生产线在汽车、电子产品、食 品等领域得到广泛应用，提高了生产 效率和产品质量，降低了生产成本。
结合原则
确保机电一体化系统的稳定性、可靠性、高效性 和低成本。
接口设计
合理设计机械与电子系统之间的接口，实现数据 和信号的有效传输。
结合策略与实现
策略
采用模块化设计方法，将机电一体化系统划分为若干个功能模块， 分别进行设计、优化和集成。
实现
利用现代计算机辅助设计工具进行建模、仿真和分析，确保各模块 之间的协调性和整体性能的最优化。
风力发电机的机电一体化系统设计， 将机械能转换为电能，同时考虑风 能利用率和系统稳定性。
04
机电一体化系统设计案例
数控机床设计
数控机床是机电一体化系统设计的典型案例，通过将 机械、电子、控制等技术有机结合，实现高精度、高
效率的加工能力。
数控机床设计过程中，需要考虑机床的整体布局、传 动系统、控制系统、冷却系统等方面的设计，以确保
机械系统设计是机电一体化系统 的核心部分，包括机械结构、传
机电的一体化系统设计
机电的一体化系统设计机电一体化系统设计是指将机械、电子、电气、自动化等技术相结合的一种综合性设计。
它通过将机械结构、电气设备、传感器、执行器和控制系统等有机地结合在一起来实现系统的功能。
一体化设计能够提高系统的整体性能和运行效率。
因为机械、电子和自动化等不同专业领域的知识被集成在一起，可以更好地协同工作，提升系统的综合效益。
在机电一体化系统设计中，首先需要进行系统分析和需求分析，明确系统的功能和性能要求。
然后进行系统设计，包括机械结构设计、电气设计、自动化控制设计等方面。
机械结构设计是机电一体化系统设计的重要组成部分。
在设计机械结构时，需要考虑系统的稳定性、刚度和强度等因素。
同时还需要考虑材料的选择和加工工艺的优化，以提高系统的可靠性和寿命。
电气设计是机电一体化系统设计的另一个重要方面。
在电气设计时，需要选择适当的电气设备和元件，并设计电路图和布线图。
同时还需要进行电气参数计算和控制系统设计，以实现对整个系统的控制和监测。
此外，还需要考虑系统的电磁兼容性和安全性等因素。
自动化控制设计是机电一体化系统设计中的关键一环。
通过使用传感器和执行器，可以实现对系统的自动化控制。
在自动化控制设计中，需要选择合适的传感器和执行器，并进行控制算法的设计和优化。
同时还需要进行系统的建模和仿真，以验证设计的正确性和可行性。
在机电一体化系统设计中，还需要考虑系统的可拓展性和模块化设计。
通过模块化设计，可以将整个系统划分为若干个独立的子系统，每个子系统都具有独立的功能和自主控制。
这样可以提高系统的灵活性和可维护性，同时也方便对系统进行拓展和更新。
此外，在机电一体化系统设计中还需要考虑系统的能效和环保性。
通过优化设计和选择节能设备和材料，可以提高系统的能源利用效率和减少对环境的影响。
综上所述，机电一体化系统设计是一项复杂而综合的工作。
它需要综合运用机械、电子、自动化等多个学科的知识，进行系统的分析、设计和优化。
只有通过科学的设计和综合考虑各个方面的因素，才能确保机电一体化系统具有良好的性能和可靠性。