第4章机电一体化设计基本原理及方法
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。
机电一体化系统设计 学习指南
机电一体化系统设计学习指南一、理论教学第一章绪论[教学目的与要求]：1．掌握机电一体化的基本涵义。
2．掌握机电一体化系统及其组成。
3．了解机电一体化控制系统。
[本章主要内容]：1.1 什么是机电一体化?1.2 机电一体化实例—机器人介绍1.3 机电一体化系统基本组成1.4 机电一体化设计方法[本章重点]：1．机电一体化系统基本概念2．机电一体化系统基本组成[本章难点]：1．机电一体化系统基本组成第二章机电一体化系统总体设计[教学目的与要求]：1．了解机电一体化系统的总体设计方法2．掌握机电一体化产品的工程路线3．掌握几种典型机电一体化装置的基本组成[本章主要内容]：2.1 机电一体化产品设计过程2.2 机电一体化系统设计方法2.3 机电一体化产品设计实例[本章重点]：1．机电一体化总体设计的内容及方法2．典型机电装置的系统组成以及软、硬件结构[本章难点]：1．机电一体化系统设计的方法2．典型机电一体化装置数控机床或工业机器人的基本组成及设计方法第三章传感检测系统[教学目的与要求]：1．了解传感检测系统的基本组成和传感器的基本评价指标。
2．掌握机电一体化系统中常用传感器的基本原理与适用场合。
3．了解传感检测系统中常用信号预处理技术的基本原理。
[本章主要内容]：3.1 检测的基本概念3.2 传感器概述3.3 常见传感器原理及应用3.4 信号处理[本章重点]：1．各类传感器的工作原理2．传感器的功用和特性3．信号调理电路（滤波、相关、调制、解调）4．信号变换技术(传感器接口电路、放大电路、模数转换、数模转换)[本章难点]：1．各类传感器的工作原理2．传感器的功用和特性3．信号调理电路（滤波、相关、调制、解调）第四章机械系统设计[教学目的与要求]：1．掌握机电一体化系统中传动机构的种类、特点、基本要求。
2．了解常用工业机器人的基本构型。
3．掌握机电一体化系统常用精密传动机构的基本原理与设计方法。
[本章主要内容]：4.1 机电一体化系统典型机构4.2 机器人机构4.3 精密齿轮传动4.4 同步带传动4.5 滚珠丝杠传动4.6 导轨设计4.7 机械系统设计综合应用实例[本章重点]：1．滚珠丝杠副传动机构[本章难点]：1．传动机构的设计方法2．滚珠丝杠副传动机构3．谐波齿轮传动第五章伺服驱动系统[教学目的与要求]：1．了解伺服系统的一般组成、分类和基本组成形式。
机电一体化系统设计
1. 机电一体化技术（或产品）的定义定义：在机械的主功能，动力功能，信息功能，控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机的结合所构成的系统的总称。
2. 机电一体化系统或产品设计的目的是什么？主要目的：增加机械系统或产品的附加值和自动化程度3. 机电一体化系统（产品）的主要构成单元或组成部分有哪些？机械系统，电子信息处理系统，动力系统，传感系统，执行控制系统4、简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。
机电结合设计方法是将个组成要素有机的结合为一体而构成专用或通用的功能部件，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分5、简述机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法，特点是什么？。
机电一体化系统的机电组合设计方法是将用结合法制成的功能部件，功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统，特点是可以缩短设计与研制周期，节约工装设备费用，且有利于生产管理，使用和维修。
6. 机械传动系统在机电一体化系统（产品）中的基本功能和作用是什么？机械传动系统在机电一体化系统中的基本功能是传递力/转矩和速度/转速。
实质上是一种转矩，转速变换器。
作用是使执行原件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。
7. 简答机电一体化机械传动的主要功能，目的，基本要求。
功能：传递力/转矩和速度/转速目的：使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。
基固本要求：转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。
8. 机电一体化系统（产品）的机械部分与一般机械系统相比，应具备哪些特殊要求？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，收敛时间合理。
3。
无间隙，低摩擦，低惯量，大刚度。
4。
高的消振频率，合理的阻尼比。
9. 简述滚珠丝杠传动装置的组成，结构和应用特点。
滚珠丝杠传动装置的组成由带螺旋槽的丝杆，螺母，滚动元件，回珠装置组成。
结构：丝杆轻动时，带动滚珠螺纹滚道滚动，为阻止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端没有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠滚动的闭合通路。
机电一体化系统设计教学大纲 张建民版 第四版
《机电一体化系统设计》教学大纲一、课程名称1、中文名称：机电一体化系统设计2、英文名称：Mechatronics System Design二、学时总学时：90学时，其中，理论学时：72学时，实践学时：18学时学分：4学分三、开课学期第7学期四、课程考核要求考查，平时成绩占总成绩的30％，实验成绩占总成绩的20％，考试成绩占总成绩的50％。
五、课程概述本课程是机械电子工程专业的专业必修课。
本课程从系统的观点出发，利用机械技术和电子技术，通过机电有机结合构造最佳的机电系统。
课程性质：机械电子工程专业必修课。
六、适用专业机械电子工程、机械制造及其自动化等。
先行、后续课程情况：先行课：机械原理，机械设计，电工学，数字电子技术，模拟电子技术，控制工程基础，微机原理，电气控制技术，数控技术；后续课：无。
七、课程的目的与任务1、课程目的本课程是机械电子工程专业的专业必修课，通过本课程的学习，使学生建立机电产品的一体化设计思想，把电子技术、传感器技术，自动控制技术、计算机技术和机械技术有机地结合起来，了解各项技术之间的接口关系，能运用所学知识对机电一体化产品进行分析或设计，使学生具备解决生产过程中机电设备的运行、管理、维护和改造等实际问题的初步能力。
培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力。
2、课程的基本要求1）学习机电一体化基本概念，理解机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系，初步建立机电产品的系统化设计思想。
2）了解机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统种类和特点。
3）熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，能够针对具体的机电一体化产品确定产品开发技术路线。
4）掌握机电一体化系统中机械、传感检测、动力、控制等基本结构要素的技术特点，掌握典型装置的技术原理和使用方法。
5）了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。
3、课程教学内容第1章概述（6学时）1．基本要求：了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。
机电一体化技术课程设计
机电一体化技术课程设计引言机电一体化技术是一种新兴的技术，已经得到广泛的应用。
机电一体化技术能够有效解决机械工程的自动化问题，并且有效降低了生产成本。
在当前工业中，机电一体化技术已经成为了制造业的基础。
本文将详细介绍机电一体化技术的课程设计。
课程目标本课程设计旨在培养学生对机电一体化技术的理解，学生在本课程中将会了解机电一体化技术的原理、应用、以及实现方法。
此外，本课程还旨在培养学生解决机械制造过程中自动化问题的能力，以及掌握机电一体化控制系统的设计、实现、和维护技术。
课程内容第一部分：机电一体化技术原理本部分将会介绍机电一体化技术的原理，包括机电一体化系统的构成、自动化技术、传感器和执行器、以及机电一体化系统的硬件和软件架构等等。
学生需要掌握机电一体化技术的原理，以及机电一体化系统的构成和工作原理。
第二部分：机电一体化技术应用本部分将会介绍机电一体化技术的应用，包括机床、自动化生产线、以及工业机器人等等。
学生需要掌握机电一体化技术在实际应用中的情况。
第三部分：机电一体化控制系统本部分将会介绍机电一体化控制系统的设计、实现、和维护技术。
学生需要掌握机电一体化控制系统的设计方法、控制方法、软件和硬件平台等等。
课程作业学生将会数次完成小组课程作业。
学生需要组成小组，根据实际问题设计和实现机电一体化控制系统，例如控制一台简单的继电器控制电机的系统，或者控制一台工业机器人的系统，或者控制一条自动化生产线的系统等等。
期末项目学生将会在本学期结束时完成期末项目。
学生可以自选实现一个机电一体化控制系统，包括问题定义、方案设计、系统实现、以及系统测试和优化等等。
课程评估学生的评估将会根据学生在课堂作业和期末项目中的表现来评估。
学生需要达到一定的水平才能获得课程学分，在学生的评估中学生的主动学习和创造性的应用将会得到充分的认可。
结论本文介绍了机电一体化技术的课程设计内容和评估方式。
希望通过本课程的学习，学生将能够掌握机电一体化技术的原理、应用和控制系统的设计、实现、和维护技术，为未来从事机械工程、控制工程和自动化工程等等方面的研究和应用奠定基础。
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。
机电一体化技术ppt
高附加值化
主功能
计测、控制功能
动力功能 构造功能
高性能化 低价格化 高可靠性化
智能化 省能化 轻薄短小化
1）评价内容
2）系统（产品）内部功能价值评价的方法
系统（产品）内部功 能
并行工程将上述各项技术尽量在各自范围内齐 头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通 过简单叠加完成整体装置。
3、机电一体化技术与自动控制技术的区别
自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制 规律、分析方法和自动系统的构造等。
机电一体化技术将自动控制原理及方法作为重 要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件，应用 自动控制原理和方法，对机电一体化装置进行分析 和性能测算。
进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分 析、处理后产生相应的控制信息。
4）执行机构
接收控制系统的控制信息和指令，完成要求的动作。
5）驱动部分
在控制信息作用下，提供动力并实现功率匹配，驱动 各执行机构完成各种动作和功能。
6）控制及信息处理单元 将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集
“机电一体化”是机械技术、微电子技术相互交叉、 融合的产物。
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）
机电一体化技术发展史
机电一体化技术的发以前为第一阶段。 ——“萌芽阶段”
20世纪70年代至80年代为第二阶段。 ——“蓬勃发展阶段”
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）
机电一体化教学大纲
机电一体化教学大纲引言：机电一体化是一门综合性学科，是机械工程与电气工程的交叉学科。
它涵盖了机械、电气、电子、计算机控制等多个领域，将传统机械与电气相结合，为现代工业与制造业的发展提供了重要的支撑。
为了有序进行机电一体化的教学，制定一份全面且有效的教学大纲是至关重要的。
本文将按照合同的格式，详细介绍机电一体化教学大纲。
第一章课程概述1.1 课程名称：机电一体化1.2 课程代码：MEEMG1011.3 课程学时：72学时1.4 先修课程：机械基础、电工基础、电子技术基础等1.5 课程目标：通过本课程的学习，学生应能够理解机电一体化的基本概念，熟悉相关技术原理，并能够进行机电一体化系统的设计与应用。
第二章教学内容和教学要求2.1 教学内容2.1.1 机电一体化的基本概念和发展历程2.1.1.1 机械、电气、电子三个领域的关系与交叉2.1.1.2 机电一体化的应用领域和发展前景2.1.2 机电一体化系统的组成和结构2.1.2.1 传感器与执行器的选择与应用2.1.2.2 信号采集与处理技术2.1.2.3 控制算法与控制策略2.1.3 机电一体化系统的设计方法2.1.3.1 系统建模与仿真技术2.1.3.2 优化设计与性能评估2.1.3.3 可靠性分析与故障诊断2.1.4 机电一体化系统的应用实例2.1.4.1 工业自动化与智能制造2.1.4.2 机器人技术与自动控制应用2.1.4.3 智能交通与汽车电子2.2 教学要求2.2.1 理论知识要求学生应理解并掌握机电一体化的基本概念及相关原理，了解机电一体化系统的组成和结构，并具备基本的设计方法和技能。
2.2.2 实践能力要求学生应具备一定的实验技能，能够运用相关工具软件进行机电一体化的系统建模、仿真与设计，并具备简单的实验操作能力。
第三章教学方法和评价方式3.1 教学方法3.1.1 理论教学采用大课堂讲授、互动讨论等方式，注重理论知识的讲解，引导学生进行思考和探索。