2022年机电一体化发展趋势 .pdf
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1、目录摘要 1Abstract2第一章绪论 3第二章机电一体化的概论42.1机电一体化基本概念42.2机电一体化系统的构成52.3机电一体化共性关键技术6第三章机电一体化技术的发展历程83.1萌芽阶段 83.2快速发展阶段 83.3智能化阶段 9第四章机电一体化产品的发展趋势104.1机电一体化产品的概述104.2数控机床 104.3数控机床的伺服系统114.4数控机床的发展趋势12第五章机电一体化技术的发展趋势135.1智能化 135.2模块化 135.3微型化 135.4人性化 14精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 18
2、 页5.5带源化 14结论 15结束语 16参考文献 16精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 18 页摘要机电一体化技术是一个技术群(族)的总称,包括检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、机械技术及系统总体技术等。机电一体化产品是由机械系统(或部件)与电子系统(或部件)及信息处理单元(硬件和软件)有机结合、而赋予了新功能和新性能的高科技产品。一般而言,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,检测传感部分、电子控制单元、执行器和动力源,各要素之间通过接口相联系(见图2-2)。本文介绍了,检测
3、传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术,系统总体技术在机电一体化中的应用及构成。也概述了机电一体化的三个发展阶段“萌芽阶段”,“快速发展阶段”,“智能化阶段”。并且对每个阶段,都做了详细的描述。随着微电子技术的高速发展,机电一体化的产品不断涌现出来,其中的典型是数控机床。其中,数控机床大概,可以分为两类。数控机床是典型的机电一体化产品,是集现代机械制造技术、自动控制技术、检测技术、计算机信息技术于一体的高效率、高精度、高柔性和高自动化的现代机械加工设备,也是由机械本体、动力源、电子控制单元、检测传感部分和执行机器(伺服系统)组成。另外,机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、
4、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此,机电一体化的主要发展方向如下:智能化、模块化、微型化、人性化,带源化。关键词 机电一体化;机电一体化技术;数控机床;精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 18 页Abstract Mechatronics is a technical group (family) in general, including the detection sensor technology, information processing technology, servo
5、 drive technology, automatic control technology, mechanical technology and overall system technology. Mechatronic products by mechanical systems (or parts) and the electronic system (or parts) and information processing unit (hardware and software) combination, and given the new features and perform
6、ance of high-tech products. In general, a more complete mechatronic system include the following basic elements: mechanical body, detection sensor part of the electronic control unit, actuators and power sources, all linked through the interface between the elements (see Figure 1 - 2). This article
7、describes the detection sensor technology, information processing technology, automatic control technology, servo drive technology, system technology in the mechanical and electrical integration of the overall application and composition. And for each stage of a detailed description. With the rapid
8、development of microelectronics technology, electromechanical integration products continue to emerge, which is a typical CNC machine tools. Among them, the CNC machine probably can be divided into two categories. CNC machine tools is a typical mechatronic product, is a modern manufacturing technolo
9、gy, automation technology, detection technology, computer information technology in one high efficiency, high precision, highly flexible and highly automated modern machinery processing equipment, but also by mechanical body, power source, electronic control unit, testing and implementation of sensi
10、ng part of the machine (servo system) component. In addition, mechatronics is a mechanical, electronic, optical, control, computer, information and other disciplinary integration, development and progress of its dependence and to promote development and progress of related technologies. Therefore, t
11、he mechanical and electrical integration of the main development direction is as follows: intelligent, modular, network, miniaturization, green, and systematic. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 18 页KeywordsMechatronics。mechanical and electrical integration technologies。CNC machin
12、e tools。第一章绪论人类将进入一个新的世纪21 世纪。人类的经济和科学技术发展成果超过了过去所有世纪的总和。传统科学技术正在脱胎换骨,新的科学技术不断问世。机电一体化技术产生于这一背景下,自然符合科技发展的规律,也是机械学科发展的必然结果。机电一体化又称机械电子学,英文称为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。我国通常称为机电一体化或机械电子学。机电一体化的产生与迅速发展的根本原因在于社会的发展和科学技术的进步。然而,机电一体化的迅速发展,也离不开各种技术相互渗透。其主要相关技术可以归纳为六个方面;机械
13、技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、系统总技术。本文主要讲述了,机电一体化的概念。机电一体化技术的发展历程,机电一体化产品的发展趋势,以及机电一体化技术的发展趋势,尤其是对数控机床的介绍。关于数控机床的组成,伺服系统,都作了详细的说明。机电一体化是集机械、电子 、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。机电一体化的发展趋势可以分为以下三个方面;性能上,功能上,层次上的发展。机电一体化的优势,在于它吸收了各相关学科之长,且综合利用各学科并加以整体优化。所以机电一体化必将以崭新的姿态进入21世纪并继续发展。精选学习资料 -
14、 - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 18 页第二章 机电一体化的概论2.1 机电一体化基本概念机电一体化又称机械电子学,英文称为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。1996 年出版的WEBSTER 大词典收录了这个日本造的英文单词,这不仅意味着“Mechatronics”这个单词得到了世界各国学术界和企业界的认可,而且还意味着“机电一体化”的哲理和思想为世人所接受。那么,什么是机电一体化呢?一般认为,机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学
15、科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科。图2-1 形象地表达了机电一体化与机械学、电子学和信息科学之间的相互关系。机电一体化包括机电一体化技术和机电一体化产品两个方面。机电一体化技术是一个技术群(族)的总称,包括检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、机械技术及系统总体技术等。机电一体化产品有时也称为机电一体化系统,它们是两个相近的概念,通常机机电一体化信息科学机械学电子学图 2-1 机电一体化与其它学科的关系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -
16、 - - - -第 6 页,共 18 页电一体化产品指独立存在的机电结合产品,而机电一体化系统主要指依附于主产品的部件系统,这样的系统实际上也是机电一体化产品。机电一体化产品是由机械系统(或部件)与电子系统(或部件)及信息处理单元(硬件和软件)有机结合、而赋予了新功能和新性能的高科技产品。2.2 机电一体化系统的构成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,检测传感部分、电子控制单元、执行器和动力源,各要素之间通过接口相联系(见图2-2)。(1)机械本体机械本体包括机架、机械连接、机械传动等。所有的机电一体化系统都含有机械部分,它是机电一体化系统的基础,起着支撑系统中其它功能单
17、元,传递运动和动力的作用。(2)检测传感部分检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路,其作用就是监测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化,并将信息传递给电子控制单元,电子控制单元根据检测到的信息向执行器发出相应的控制指令。(3)电子控制单元电子控制单元又称ECU(Electrical Control Unit), 是机电一体化系统的核心,负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析,根据信息处理结果,按照一定的程序和节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的地运行。电子控制单元由硬件和软件组成,系统硬件一般由计算机、可编程控制器 (PLC)、数控装置以及逻
18、辑电路、AD 与 DA 转换、 I 0 接口和计算机外部设备等组成;系统软件为固化在计算机存储器内的信息处理和控制程序,根据系统正常工作的要求编写。(4)执行器执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运图 2-2 机电一体化系统的构成执行器控制信息电子控制单元动力源检测传感部分机械本体参数变化信息驱动力能 量检测参数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 18 页动。执行器是运动部件,通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动几种方式。机电一体化系统一方面要求执行器效率高、响应速度快,同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的
19、适应性好,可靠性高。(5)动力源动力源是机电一体化产品能量供应部分,其作用就是按照系统控制要求向机器系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能,以电能为主。机电一体化产品的五个基本组成要素之间并非彼此无关或简单拼凑、叠加在一起,工作中它们各司其职,互相补充、互相协调,共同完成所规定的功能,即在机械本体的支持下,由传感器检测产品的运行状态及环境变化,将信息反馈给电子控制单元,电子控制单元对各种信息进行处理,并按要求控制执行器的运动,执行器的能源则由动力部分提供。在结构上,各组成要素通过各种接口及相关软件有机地结合在一起,构成一个内部合理匹配、外部效能最佳的完整产品。2
20、.3 机电一体化共性关键技术2.3.1 检测传感技术检测与传感技术指与传感器及其信号检测装置相关的技术。在机电一体化产品中,传感器就像人体的感觉器官一样,将各种内、外部信息通过相应的信号检测装置感知并反馈给控制及信息处理装置。因此检测与传感是实现自动控制的关键环节。机电一体化要求传感器能快速、精确地获取信息并经受各种严酷环境的考验。2.3.2 信息处理技术信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策等,实现信息处理的主要工具是计算机 , 因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。计算机技术包括计算机硬件技术和软件技术、网络与通信技术、数据库技术等。在机电一体化产品中,计算机与信息处理装置
21、指挥整个产品的运行,信息处理是否正确、及时,直接影响到产品工作的质量和效率。2.3.3 自动控制技术自动控制技术范围很广,包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可靠运行等从理论到实践的整个过程。由于被控对象种类繁多,所以控制技术的内容极其丰富,包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等控制技术,自动控制技术的难点在于自动控制理论的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 18 页工程化与实用化,这是由于现实世界中的被控对象往往与理论上的控制模型之间存在较大差距,使得从控制设计到控制
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