2022年机电一体化系统方案大学设计方案.docx

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1、精品学习资源浅谈机电一体化系统设计专业：机电一体化层次：专科学号； 20211416611姓名；苟小龙摘要：机电一体化是现代科学技术进展的必定结果 ,本文简述了机电一体化技术的基本概要和进展背景；综述了国内外机电一体化技术的现状，分析了机电一体化技术的进展趋势；作为机电系的一名同学，将来工作学习都会以机电为主，所以必需把握好各种机电的专业学问；我会本着仔细的态度对待专业课的学习，提高自己的专业素养 .接下来我将介绍一下我对电动机的熟悉；关键词：机电一体化；技术；应用引言现代科学技术的不断进展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造；在机械工程领域，由于微电子技术和运算

2、机技术的快速进展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及治理体系发生了庞大变化，使工业生产由“机械电气化 ”迈入了 “机电一体化 ”为特点的进展阶段；第一章机电一体化概要机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和掌握功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称；机电一体化进展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但进展，仍将被给予新的内容；但其基本特点可概括为：机电一体化是从系统的观点动身，综合运用机械技术、微电子技术、自动掌握技术、运算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术

3、、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，依据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高牢靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术；由此而产生的功能系统，就成 为 一 个 机 电 一 体 化 系 统 或 机 电 一 体 化 产 品 ；因此， “机电一体化 ”涵盖 “技术”和“产品 ”两个方面；只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简洁组合、拼凑；这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区分；机械工程技术有纯技术进展到机械电气化，仍属传统机械

4、，其主要功能依旧是代替和放大的体力；但是进展到机电一体化后， 其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，仍能给予很多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调剂与掌握自动诊断与欢迎下载精品学习资源爱护等；即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延长，仍是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特点是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区分；其次章机电一体化技术进展“机电一体化 ”这个词是日本安川电机公司在上世纪60 岁月末作商业注册时最先创用的；当时及 70 岁月，人们始终把机电一体化看作是机械与电子的结合；国内早期将 “机电一体化技术 ”与“机械电子学 ”并用，近年来 “机电一体

5、化 ”更流行使用；80 岁月，信息技术崭露头角；微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产品所采纳，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子掌握系统等；微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械 电子系统在高度 控 制 、 排 气 控 制 、 振 动 控 制 和 保 险 气 袋 等 方 面 获 得 广 泛 应 用 ；信息技术促使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统；这样，对机电一体化的系统设计方法的探究、成型和系统集成以及并行工程设计和掌握的实施日显重要；此外，光学也进入了机电 一 体 化 ， 产 生 了 “ 光 机 电 一 体 化 ” 的

6、新 领 域 ；进入 90 岁月，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的运算机掌握的网络化机电一体化日益普 及；有些机电一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，特别是微传感器和执行器技术的进展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合，开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支 “微机电一体化 ”；虽然微加工方法尚未成熟，但将逐步成为集成掌握系统的一个组成部分；之后，机电一体化随着自动化技术的进展而日益进展，稳步进入了 21 世纪；机电一体化是机械、微电子、掌握、 运算机、信息处理等多学科的交叉融合，其进展和进步

7、有赖于相关技术的进步与进展，其主要进展方向有数字化、智能化、模块化、 网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化1. 数字化微掌握器及其进展奠定了机电产品数字化的基础，如不断进展的数控机床和机器人；而运算机网络的快速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、运算机集成制造等；数字化要求机电一体化产品的软件具有高牢靠 性、易操作性、可爱护性、自诊断才能以及友好人机界面；数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复；欢迎下载精品学习资源2. 智能化智能化是 21 世纪机电一体化技术进展的一个重要进展方向；人工智能在机电一体化建设者的讨论日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应 用；这里

8、所说的 “智能化 ”是对机器行为的描述，是在掌握理论的基础上，吸取人工智能、运筹学、运算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等 新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判定推理、规律思维、自主决策等 才能，以求得到更高的掌握目标；诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同 的智能，是不行能的，也是不必要的；但是，高性能、高速的微处理器使机电 一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，就是完全可能而又必要的；3. 模块化模块化是一项重要而艰难的工程；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特别复杂但又是特别重要的事；如

9、研制集减速、智能调 速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的掌握单元，以及各种能完成典型操作的机械装置；这样，可利用标准单元快速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模；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步形成；明显，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以确定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业仍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；4. 网络化20 世纪 90 岁月，运算机技术等的突出成就是网络技术；网络技术的兴起和飞速进展给科学技术、工业生产、

10、政治、军事、训练义举人么日常生活都带 来了庞大的变革；各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全 球化；机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量牢靠，很快就 会畅销全球；由于网络的普及，基于网络的各种远程掌握和监视技术方兴未艾，而远程掌握的终端设备本身就是机电一体化产品；现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络home net将各种家用电器连接成以运算机 为中心的运算机集成家 电系统 computer integrated appliance system,CIAS ，使人们在家里共享各种高技术带来的便利与欢乐；因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向进展；

11、5. 人性化机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品给予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，仍要求在颜色、造型等方面与环境相和谐，使用这些产品，对人来说仍是一种艺术享受，如家用机器人的最高境域就是人机一体化；欢迎下载精品学习资源6. 微型化微型化是精细加工技术进展的必定，也是提高效率的需要；微机电系统Micro Electronic Mechanical Systems，简称 MEMS 是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和掌握电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统；自1986 年美国斯坦福高校研制出第一个医

12、用微探针， 1988 年美国加州高校 Berkeley 分校研制出第一个微电机以来，国内外在 MEMS 工艺、材料以及微观机理讨论方面取得了很大进展，开发出各种MEMS 器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）；7. 集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、治理等多种工序；为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔 性；第一可将系统分解为如干层次，使系统功能分散，并使各部分和谐

13、而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强；8. 带源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池；由于在很多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有特殊的好处；带源化是机电一体化产品的进展方向之一；9. 绿色化科学技术的进展给人们的生活带来庞大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果；所以，人们呼吁爱护环境，回来自然，实现可连续进展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生；绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒服、和谐而可再生利用的产品；在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电

14、一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命终止时，产品可分解和再生利用；第三章 典型机电一体化产品的进展趋势1、数控机床目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近320 万台），但数控机床只欢迎下载精品学习资源占约 5且大多数是一般数控（发达国家数控机床占10）；近些年来数控机床为适应加工技术的进展，在以下几个技术领域都有庞大进步；（1） ）高速化由于高速加工技术普及，机床普遍提高了各方面的速度；车床主轴转速有30004000r/min 提高到 800010000r/min；铣床和加工中心主轴转速由40008000r/min 提高到 12000 40000r/min 以上；快速

15、移动速度由过去的10 20m/min 提高到 48m/min ，60m/mni，80m/min，120m/min ；在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到 1.5G2G，最高可达 15G；直线电机在机床上开头使用，主轴上大量采纳内装式主轴电机；（2） ）高精度化数控机床的定位精度已由一般的0.010.02mm 提高到 0.008 左右；亚微 M 级机床达到 0.0005mm 左右；纳 M 级机床达到 0.005 0.01um；最小辨论率为1nm（0.000001mm） 的数 控 系 统和 机床 已问 世；数控中两轴以上插补技术大大提高，纳M

16、级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到 1u 的圆度，插补前多程序预读，大大提高了插补质量，并可进行自动拐角处理等；（3） ）复合加工，新结构机床大量显现如 5 轴 5 面体复合加工机床， 5 轴 5 联动加工各类异形零件；同时派生出各种新奇的机床结构，包括6 轴虚拟轴机床，串并联绞链机床等，采纳特别机械结构，数控的特别运算方式，特别编程要求；（4） ）使用各种高效特别功能的刀具使数控机床“如虎添翼如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深孔时 大大 提高 效 率； 加 工 刚件 切 削 速度 能 达 1000m/min ， 加工 铝件 能达5000m/min；（5） ）数控机

17、床的开放性和联网治理数控机床的开放性和联网治理已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、正确化利用这些制造手段的方法；因此，运算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等各种新技术都在数控机床基础上进展起来，这必定成为 21 世纪制造业进展的一个主要潮流；2. 自动机与自动生产线在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自欢迎下载精品学习资源动化设备，是当前机电一体化技术应用的又一详细表达；如：2000 80000 瓶/h 的啤酒自动生产线； 18000120000 瓶/h 的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产线

18、；各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生产线； FEBOPP 型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术；如可编程序掌握器，变频调速 器，人机界面掌握装置与光电掌握系统等；我国的自动机与生产线产品的水 平，比 10 多年前跃升了一大步，其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪80 岁月后期的水平；使用这些自动机和生产线的企业越来越多，对爱护和治理这些设备的相关人员的需求也越来越多；3. 机电一体化技术的进展趋势以微电子技术、软件技术、运算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响

19、着全球的科技、经济、社会和军事的进展，而且也深刻影响着机电一体化的进展趋势；专家猜测，机电一体化技术将向以下几个方向进展：（1） ）光机电一体化方向一般机电一体化系统是由传感系统、能源（下转第80 页）（上接第81页）（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成；引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统；（2） ）柔性化方向将来机电一体化产品，掌握和执行系统有足够的“冗余度 ”，有较强的 “柔性”，能较好地应对突发大事，被设计成“自律安排系统 ”；在这系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性 ”，

20、可依据不同环境条件做出不同反应；其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具有 “行动 ”是可以转变的；这样，既明显地增加了系统的才能（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统；（3） ）智能化方向今后的机电一体化产品“全息 ”特点越来越明显，智能化水平越来越高；这主要得益于模糊技术与信息技术（特别是软件及芯片技术）的进展；欢迎下载精品学习资源第四章机电一体化技术在钢铁企业中应用在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、外表等技术有机的结合起来，采纳组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化制造有力条件，增强系统掌握精度、质量和牢

21、靠 性；机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：1. 智能化掌握技术 IC由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的掌握技术遇到了难以克服的困难，因此特别有必要采纳智能掌握技术；智能掌握技术主要包括专家系统、模糊掌握和神经网络等，智能掌握技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、掌握、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉掌握系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢 连铸 轧钢综合调度系统、冷连轧等；2. 分布式掌握系统 DCS分布式掌握系统采纳一台中心 运算机指挥如干台面对掌握的现场测控运算机和智能掌握单元；分布式掌握系统可以是两级的、三级的或更多级的；利用运算机对生产过程进行集

22、中监视、操作、治理和分散掌握；随着测控技术的进展，分布式掌握系统的功能越来越多；不仅可以实现生产过程掌握，而且仍可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产方案统计治理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统； CS 具有特点掌握功能多样化、操作简便、系统可以扩展、爱护便利、牢靠性高等特点；CS 是监视集中掌握分散，故障影响面小，而且系统具有连锁爱护功能，采纳了系统故障人工手动掌握操作措施，使系统牢靠性高；分布式掌握系统与集中型掌握系统相比，其功能更强， 具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流；3. 开放式掌握系统 OCS开放掌握系统 Open Control System是目前运

23、算机技术进展所引出的新的结构体系概念； “开放 ”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享；开放掌握系统 通过工业通信网络使各种掌握设备、治理运算机互联，实现掌握与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场外表与掌握室的掌握设备互联，实现测量与掌握一体化；4. 运算机集成制造系统 CIMS钢铁企业的 CIMS 是将人与生产经营、生产治理以及过程掌握连成一体， 用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化掌握；目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种 “自动化孤岛 ”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生

24、产过程的统一治理，难以适应 现代钢铁生产的要求；将来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，准时交货；为了提高生产率、节能降耗、削减人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、治理整体优化，关键就是加强治理，猎取必需的经济效益，提高欢迎下载精品学习资源了企业的竞争力；美国、日本等一些大型钢铁企业在20 世纪 80 岁月已广泛实现 CIMS 化；5. 现场总线技术 FBT现场总线技术是对自动化领域的一场变革；由于现场总线简洁、牢靠、经 济有用，已成为当今自动化领域进展的热点之；目前，新建的连铸机已经开头使用现场总线技术；现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、 双向传输、多分

25、支结构的通信网络；现场总线的含义主要表达在以下几个方面：(1) 现场通信网络传统的分散型掌握系统 DCS通信网络截止于掌握站或输入输出单元，现场外表仍旧是一对一模拟信号传输；现场总线是用于过程自动化和制造自动化 的现场设备或现场外表互联的现场通信网络，把通信线始终延长到生产现场或 生产设备；(2) 互操作性互操作性的含义是来自不同制造厂的现场设备，不仅可以相互通信，而且可以统一组态，构成所需的掌握回路，共同实现掌握策略；(3) 分散功能块现场总线掌握系统 FCS废弃了分散型掌握系统 DCS 的输入输出单元和掌握站，把 DCS 掌握站的功能块分散给现场外表，从而构成虚拟掌握站；例如流量变送器不仅

26、具有流量信号变换、补偿和累加输入功能块，而且有PID 掌握和运算功能块；(4) 通信线供电现场总线的常用传输线是双绞线，通信线供电方式答应现场外表直接从通信线上摄取能量；这种低功耗现场外表可以用于安全环境，与之配套的仍有安全栅；有的企业生产现场有可燃性物质，全部现场设备必需严格遵守安全防爆标准，现场总线也不例外；6. 流传动技术传动技术在钢铁工业中起至关重要的作用；随着电力 电子技术和微电子技术的进展，沟通调速技术的进展特别快速；由于沟通传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由沟通传动全面取代直流传动，数字技术的进展，使复杂的矢量掌握技术有用化得以实现，沟通调速系统的调速性能已达到和超过直流调

27、速水平；现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速；沟通传动系统在轧钢生产中一显现就受到用户的欢迎，应用不断扩大；终止语综上所述 ,经过 20 多年的进展，机电一体化技术已经成为当今世界最热欢迎下载精品学习资源门、最重要的技术进展方向之一，并影响到几乎全部的工业行业；我国从80 岁月初对机电一体化技术和产品开头予以重视，先后在国家科技攻关方案、863高科技方案和国家自然科学基金中列专项对机电一体技术加以讨论，并取得了 一系列重大科技成果； 1990 年，国家将用电子技术改造传统产业列为“八五” 及本世纪后十年进展全民经济的重要战略技术措施，机电一体化技术的推广应 用已取得相当进展；参考文献机电一体化系统设计摸拟. 数字及电力电子技术成人高等训练毕业论文（设计）欢迎下载精品学习资源学院重庆理工高校林园教案区专业 机电一体化年级 2021 级学习形式 业余层次专科学号姓名苟小龙指导老师 黄丽题 目浅谈机电一体化系统设计2021 年 5 月 3 日欢迎下载