机电一体化系统设计报告

机电一体化系统设计报告

院系：机电学院

专业：机械电子1202班

指导教师：史丽晨

小组成员：蒋友列 120740216

景军军 120740217

刘琪 120740219

卢科峰 120740220

目录

§1.机电一体化系统概述

§2.机电一体化的系统构成

一、动力能源单元

二、传感与检测单元

三、机械本体

四、执行与驱动单元

五、控制与信息处理单元

任务分配

●蒋友列——汇总、传感与检测单元

●景军军——执行与驱动单元、控制与信息处理单元●刘琪——动力能源单元

●卢科峰——机械本体

机电一体化系统设计报告

——家用全自动洗衣机的系统设计分析§1.机电一体化系统概述

“机电一体化”的英文名词是“mechatronics”，20世纪70年代初起源于日本，由机械学（mechanics）和电子学（electronics）两个次组合而成，表示机械学与电子学两种学科的综合。

机电一体化含有产品与技术两个方面的内容。机电一体化技术是指其技术原理，即机电一体化系统（产品）得以实现、使用和发展的技术。其次是机电一体化产品，该产品主要是机械系统与电子系统用相关软件有机结合而构成的新的系统，且赋予其新的功能和性能的新一代产品。

机电一体化系统（或产品）的形式多种多样，功能也各不相同。一个较完善的机电一体化系统，包括以下几个基本要素：机械本体、动力能源、传感与检测、执行与驱动、控制与信息处理等，各要素之间通过接口相联系，也可以说这些基本要素构成了机电一体化系统的多个子系统。这些基本要素的功能实例如下图：

机电一体化的关键技术有：机械技术、计算机信息处理技术、传感检测技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总成技术。机电一体化技术与相关学科、技术、行业的结合关系图如下：

§2.机电一体化的系统构成

一．动力能源单元

（一）机电一体化系统中的动力源概述

机械运动是将其他形式的能量转换成机械能，动力能源单元的功能是按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力，克服各种载荷去驱动执行机构，完成信息处理使系统正常运行，能源包括电能、气能以及液能等。例如，数

控机床的动力主要来自于电能。机电一体化产品的动力部分，就像人体的内脏产生能量来维持人的生命、思维和运动一样。机电一体化系统的显著特征之一，是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出，不但要求驱动效率高、反应速度快，而且要求对环境适应性强、可靠性高、方便维修和回收等。

（二）全自动洗衣机的动力源

常用全自动洗衣机（如：小天鹅、海尔、西门子等），额定参数为：额定电压--交流220V；额定频率--50HZ；额定功率--300W；洗衣重量--5-7kg。二．传感与检测单元：

（一）机电一体化系统中的传感器概述

机电一体化系统中，传感器与检测单元的功能是对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到控制信息处理单元，经过分析、处理产生相应的控制信息。测试传感部分的功能一般由专门的传感器和仪表来完成，再通过相应的信号检测装置将其反馈给信息处理与控制单元。检测传感装置相当于人体的感受器官，将外界信息传输给大脑，因此，传感器的精度决定了系统精度的上限，传感器的技术水平制约着整个机电一体化技术的发展。

（二）传感器的性能指标

1.静态特性：是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。

2.动态特性：是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和

频率响应来表示。

3.线性度：通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。

4.迟滞特性：表征传感器在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程间输出-输入特性曲线不一致的程度，通常用这两条曲线之间的最大差值△MAX与满量程输出F·S的百分比表示。迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成。

5.灵敏度：是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度 S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。

6.分辨力：是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。

（三）全自动洗衣机中的传感器

1.水位传感器

水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。对于模糊控制的洗衣机,要求水位的检测必须是连续的,故常采用谐振式水位传感器。谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件,将被测物体的变化转变为LC参数的变化,最终以频率参数输出。其工作原理是:将水位的高低通过