机电一体化技术基础第一章.ppt

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1、机电一体化技术与系统机电一体化技术与系统l l 绪论绪论预备知识预备知识 （1 1）具有电路分析、电子技术的基本知识；）具有电路分析、电子技术的基本知识；（2 2）具有机械基础、机械加工、机械设计的基础知识；）具有机械基础、机械加工、机械设计的基础知识；（3 3）具有常用机电设备、机电产品结构、工作原理的知识；）具有常用机电设备、机电产品结构、工作原理的知识；（4 4）具有常用机电一体化系统安装、使用、维护的基本知识；）具有常用机电一体化系统安装、使用、维护的基本知识；（5 5）具有设计中等复杂程度的机电一体化系统的基本知识；）具有设计中等复杂程度的机电一体化系统的基本知识；第一章第一章 绪论

2、绪论l l 绪论绪论学习目标学习目标 重点重点:掌握机电一体化的概念掌握机电一体化的概念 掌握机电一体化相关技术及其内容掌握机电一体化相关技术及其内容;掌握机电一体化技术方向掌握机电一体化技术方向难点难点:机电一体化相关技术及其内容机电一体化相关技术及其内容 机电一体化系统开发的工程路线机电一体化系统开发的工程路线l l 绪论绪论老式英文打字机与激光打印机对比老式英文打字机与激光打印机对比 纯机械结构。最早是英国研制出用打纯机械结构。最早是英国研制出用打字机代替手书的机器，通过按键可输入各字机代替手书的机器，通过按键可输入各个字母及各种标点符号等，这在当时实在个字母及各种标点符号等，这在当时实

3、在是一个巧妙的书写工具。打出的字体规范是一个巧妙的书写工具。打出的字体规范整洁，一目了然。键盘字母的排列也是独整洁，一目了然。键盘字母的排列也是独具匠心的。当时将常用的字母置于方便位具匠心的。当时将常用的字母置于方便位置，不常用的字母置于偏僻处。这种排列置，不常用的字母置于偏僻处。这种排列方法直至今日电脑键盘仍然沿袭下来，可方法直至今日电脑键盘仍然沿袭下来，可见其合理性。见其合理性。后期的打字机，只是在体积上缩小，后期的打字机，只是在体积上缩小，其原理结构几乎与原始机器无异，只是形其原理结构几乎与原始机器无异，只是形成便携式而已，直到成便携式而已，直到2020多年前，才逐渐被多年前，才逐渐被电

4、脑所取代，在书写历史上打字机功不可电脑所取代，在书写历史上打字机功不可没。没。老式英文打字机老式英文打字机l l 绪论绪论老式英文打字机与激光打印机对比老式英文打字机与激光打印机对比 典型机、电、光一体化产品，激光打典型机、电、光一体化产品，激光打印机是由激光器、声光调制器、高频驱动、印机是由激光器、声光调制器、高频驱动、扫描器、同步器及光偏转器等组成，其作扫描器、同步器及光偏转器等组成，其作用是把接口电路送来的二进制点阵信息调用是把接口电路送来的二进制点阵信息调制在激光束上，之后扫描到感光体上。感制在激光束上，之后扫描到感光体上。感光体与照相机构组成电子照相转印系统，光体与照相机构组成电子照

5、相转印系统，把射到感光鼓上的图文映像转印到打印纸把射到感光鼓上的图文映像转印到打印纸上，其原理与复印机相同。激光打印机是上，其原理与复印机相同。激光打印机是将激光扫描技术和电子显像技术相结合的将激光扫描技术和电子显像技术相结合的非击打输出设备。非击打输出设备。随着半导体技术趋向成熟。以美国、随着半导体技术趋向成熟。以美国、日本为代表的科研人员，相继研制出半导日本为代表的科研人员，相继研制出半导体激光打印机。这种类型打印机的打印质体激光打印机。这种类型打印机的打印质量好、速度快、无噪音，所以很快得到了量好、速度快、无噪音，所以很快得到了广泛应用。广泛应用。激光打印机激光打印机l l 绪论绪论1.

6、1 机电一体化的定义机电一体化的定义 机电一体化是机电一体化技术及其产品的统称，它是以机电一体化是机电一体化技术及其产品的统称，它是以机械机械学学、电子学电子学和和信息科学信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程为主的多门技术学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。中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。机电一体化的三重含义：机电一体化的三重含义：l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 ；l是一个发展中的概念是一个发展中的概念 ；l表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术

7、在机电产表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产品中的相互协调，以达到系统总体最优。品中的相互协调，以达到系统总体最优。l l 绪论绪论1.2 机电一体化系统的基本功能要素机电一体化系统的基本功能要素 一个完善的机电一体化系统通常应该包含以下几方面基本要一个完善的机电一体化系统通常应该包含以下几方面基本要素：素：机械本体、动力部分、传感检测部分、执行部分、驱动部分、机械本体、动力部分、传感检测部分、执行部分、驱动部分、控制及信息处理部分控制及信息处理部分与与接口部分接口部分。l l 绪论绪论1.2 机电一体化系统的基本功能要素机电一体化系统的基本功能要素机械本体机械本体(基础基础

8、)包括包括机械传动装置机械传动装置和和机械结构装置机械结构装置，将系统各部分零件和子系统，将系统各部分零件和子系统按照一定的空间和时间关系安置在一定位置上。实现机电一体化产品按照一定的空间和时间关系安置在一定位置上。实现机电一体化产品的主功能和构造功能，影响系统的结构、重量、体积、刚性、可靠性的主功能和构造功能，影响系统的结构、重量、体积、刚性、可靠性等。等。动力部分动力部分(能源部分能源部分)按照系统控制要求为系统提供能量和动力，应尽可能实现按照系统控制要求为系统提供能量和动力，应尽可能实现较小的较小的动力输入获得较大的功能输出动力输入获得较大的功能输出。l l 绪论绪论1.2 机电一体化系

9、统的基本功能要素机电一体化系统的基本功能要素传感检测部分传感检测部分 对运行过程中所需要的对运行过程中所需要的系统自身系统自身和和外界环境各种参数外界环境各种参数及及运行状态运行状态进行检测，并产生相应的反馈控制信息进行检测，并产生相应的反馈控制信息传感器传感器和专用仪器仪表。和专用仪器仪表。研究对象：传感器及其信号检测装置（即变送器）研究对象：传感器及其信号检测装置（即变送器）作作 用：感受器官、反馈环节。用：感受器官、反馈环节。要要 求求：快速：快速、精确获得精确获得信息并在相应的应用环境中具有高可靠性。信息并在相应的应用环境中具有高可靠性。执行部分执行部分 由机械、电磁、电液等机构由机械

10、、电磁、电液等机构组成，组成，根据控制信息和指令完成系统根据控制信息和指令完成系统需求的动作，实现需求的动作，实现输入能量输入能量向机械能的转换。向机械能的转换。l l 绪论绪论1.2 机电一体化系统的基本功能要素机电一体化系统的基本功能要素驱动部分驱动部分 在控制信息的作用下驱动各种执行机构完成各种动作和功能。在控制信息的作用下驱动各种执行机构完成各种动作和功能。研究研究对象：执行元件及其驱动装置对象：执行元件及其驱动装置 执行执行元件种类：电动、液压、气压元件种类：电动、液压、气压 驱动装置驱动装置：各种电动机的驱动电源电路：各种电动机的驱动电源电路控制与信息处理部分控制与信息处理部分 是

11、机电一体化系统的是机电一体化系统的核心部分核心部分，完成对来自各，完成对来自各传感器检测信号传感器检测信号和和外外部命令部命令的的集中集中、存储存储、分析分析和和处理处理，并发出相应的控制信号。一般由，并发出相应的控制信号。一般由计算机、计算机、PLC、数控装置、逻辑电路、数控装置、逻辑电路、A/D或或D/A转换、转换、I/O接口等组接口等组成。成。l l 绪论绪论什么叫接口，接口有哪些作用？什么叫接口，接口有哪些作用？机机电电一一体体化化系系统统由由许许多多要要素素或或子子系系统统组组成成，各各子子系系统统之之间间必必须须能能够够顺顺利利地地进进行行物物质质、能能量量和和信信息息的的交交换换

12、，为为此此，各各要要素素或或各各子子系系统统相相接处必须具备一定的连接部件，这个部件就称为接口。接处必须具备一定的连接部件，这个部件就称为接口。主主要要功功能能包包括括：信信息息交交换换、信信号号放放大大、信信号号传传递递。接接口口包包括括电电气气接口、机械接口、人机接口。接口、机械接口、人机接口。l l 绪论绪论1.2 机电一体化系统的基本功能要素机电一体化系统的基本功能要素接口接口 将将各各部部分分子子系系统统连连接接为为一一个个有有机机整整体体，使使各各功功能能环环节节有有目目的的地地协协调调一一致致运运动动，主主要要功功能能包包括括：信信息息交交换换、信信号号放放大大、信信号号传传递递

13、。接接口口包括电气接口、机械接口、人机接口。包括电气接口、机械接口、人机接口。在在机机械械本本体体的的支支持持下下，由由传传感感器器检检测测产产品品的的运运行行状状态态及及环环境境变变化化，将将信信息息反反馈馈给给控控制制及及信信息息处处理理单单元元，控控制制及及信信息息处处理理单单元元对对各各种种信信息息进进行行处处理理，并并按按要要求求控控制制驱驱动动部部分分，在在驱驱动动部部分分的的动动力力作作用用下下，执执行行机构完成要求的动作。机构完成要求的动作。l l 绪论绪论1.3 机电一体化系统的相关技术机电一体化系统的相关技术机电一体化系统主要包括六方面相关技术：机电一体化系统主要包括六方面

14、相关技术：机电一体机电一体化技术化技术机械技术机械技术传感检测技术传感检测技术信息处理技术信息处理技术自动控制技术自动控制技术伺服传动技术伺服传动技术系统总体技术系统总体技术l l 绪论绪论机电一体机电一体化技术化技术机械技术机械技术传感检测技术传感检测技术信息处理技术信息处理技术自动控制技术自动控制技术伺服传动技术伺服传动技术系统总体技术系统总体技术机械技术机械技术 机电一体化的基础机电一体化的基础，具有，具有结构简单、功能更强、性能优结构简单、功能更强、性能优越等特点，在越等特点，在刚度刚度、精度精度和和动动态性能态性能方面有更高的要求。方面有更高的要求。1.3 机电一体化系统的相关技术机

15、电一体化系统的相关技术机电一体化系统主要包括六方面相关技术：机电一体化系统主要包括六方面相关技术：l l 绪论绪论传感检测技术传感检测技术 是机电一体化系统的是机电一体化系统的感觉器官感觉器官，实现自动控制、自动调节等功能，其实现自动控制、自动调节等功能，其功能强弱表征了系统自动化程度的高功能强弱表征了系统自动化程度的高低。研究内容包括：低。研究内容包括：l 将被测量按比例转换为电量；将被测量按比例转换为电量；l 电信号的处理加工。电信号的处理加工。在在快速快速、准确准确、可靠性可靠性等方面有等方面有较高要求。较高要求。机电一体机电一体化技术化技术机械技术机械技术传感检测技术传感检测技术信息处

16、理技术信息处理技术自动控制技术自动控制技术伺服传动技术伺服传动技术系统总体技术系统总体技术1.3 机电一体化系统的相关技术机电一体化系统的相关技术机电一体化系统主要包括六方面相关技术：机电一体化系统主要包括六方面相关技术：l l 绪论绪论信息处理技术信息处理技术 实实现现信信息息的的交交换换、存存取取、运运算算、判判断断和和决决策策等等处处理理过过程程，与与计算机技术计算机技术密切相关。密切相关。信信息息处处理理发发展展方方向向：提提高高信信息息处处理理速速度度、可可靠靠性性和和智智能能化程度化程度。机电一体机电一体化技术化技术机械技术机械技术传感检测技术传感检测技术信息处理技术信息处理技术自

17、动控制技术自动控制技术伺服传动技术伺服传动技术系统总体技术系统总体技术1.3 机电一体化系统的相关技术机电一体化系统的相关技术机电一体化系统主要包括六方面相关技术：机电一体化系统主要包括六方面相关技术：l l 绪论绪论自动控制技术自动控制技术 其其目目的的在在于于实实现现机机电电一一体体化化系系统统的的目目标标最最优优化化，主主要要包包括括位位置置控控制制、速速度度控控制制、最最优优控控制制、自自适适应应控控制制和和智智能能控控制制，其其与与计计算算机机技技术术的的也也有有密密切切联联系。系。机电一体机电一体化技术化技术机械技术机械技术传感检测技术传感检测技术信息处理技术信息处理技术自动控制技

18、术自动控制技术伺服传动技术伺服传动技术系统总体技术系统总体技术1.3 机电一体化系统的相关技术机电一体化系统的相关技术机电一体化系统主要包括六方面相关技术：机电一体化系统主要包括六方面相关技术：l l 绪论绪论伺服传动技术伺服传动技术 是是实实现现电电信信号号到到机机械械动动作作的的转转化化装装置置或或部部件件，决决定定了了系系统统动动态态性性能能、控控制制质质量量和和功功能能，主要包括主要包括电气伺服电气伺服和和液压伺服液压伺服。机电一体机电一体化技术化技术机械技术机械技术传感检测技术传感检测技术信息处理技术信息处理技术自动控制技术自动控制技术伺服传动技术伺服传动技术系统总体技术系统总体技术

19、1.3 机电一体化系统的相关技术机电一体化系统的相关技术机电一体化系统主要包括六方面相关技术：机电一体化系统主要包括六方面相关技术：l l 绪论绪论系统总体技术系统总体技术 以整体的概念组织应用各以整体的概念组织应用各种相关技术，使整体系统实现种相关技术，使整体系统实现最佳化。最佳化。机电一体机电一体化技术化技术机械技术机械技术传感检测技术传感检测技术信息处理技术信息处理技术自动控制技术自动控制技术伺服传动技术伺服传动技术系统总体技术系统总体技术1.3 机电一体化系统的相关技术机电一体化系统的相关技术机电一体化系统主要包括六方面相关技术：机电一体化系统主要包括六方面相关技术：l l 绪论绪论1

20、.4 现代机电一体化方法现代机电一体化方法 机电一体化产品和系统分类：机电一体化产品和系统分类：机电一体机电一体化产品和化产品和系统系统生产类生产类运输、运输、包装及包装及工程类工程类贮存销贮存销售类售类社会服社会服务类务类家庭实家庭实用类用类科研及科研及过程控过程控制类制类农林牧农林牧渔类渔类航空航航空航天与国天与国防类防类l l 绪论绪论1.4 现代机电一体化方法现代机电一体化方法 机电一体化产品和系统分类：机电一体化产品和系统分类：汽车自动装配生产线汽车自动装配生产线纸箱包装生产线纸箱包装生产线l l 绪论绪论1.4 现代机电一体化方法现代机电一体化方法 机电一体化产品和系统分类：机电一

21、体化产品和系统分类：立体车库立体车库健身器材健身器材l l 绪论绪论1.4 现代机电一体化方法现代机电一体化方法 机电一体化产品和系统分类：机电一体化产品和系统分类：全全自自动动洗洗衣衣机机三三坐坐标标测测量量仪仪l l 绪论绪论1.4 现代机电一体化方法现代机电一体化方法 机电一体化产品和系统分类：机电一体化产品和系统分类：农用机械农用机械防爆机器人防爆机器人l l 绪论绪论1.4 现代机电一体化方法现代机电一体化方法机机电电一一体体化化的的目目标标提高精度提高精度增强功能增强功能提高生产效率提高生产效率节约能源、降低能耗节约能源、降低能耗提高安全性、可靠性提高安全性、可靠性改善操作性和实用

22、性改善操作性和实用性减轻劳动强度减轻劳动强度简化结构、减轻重量简化结构、减轻重量降低价格降低价格增强柔性应用功能增强柔性应用功能发发展展方方向向高速化、精密化、高效率、高可靠性、智能化、轻量化、高速化、精密化、高效率、高可靠性、智能化、轻量化、微型化微型化l l 绪论绪论试分析机电一体化系统设计与传统的机电产品设计的区别试分析机电一体化系统设计与传统的机电产品设计的区别 机电一体化系统设计方法与用经验公式、图表和手册为设计依据机电一体化系统设计方法与用经验公式、图表和手册为设计依据的传统方法不同，它是以的传统方法不同，它是以计算机为手段计算机为手段，其设计步骤通常如下：设计，其设计步骤通常如下

23、：设计预测一预测一信号分析一信号分析一科学类比一科学类比一系统分析设计一系统分析设计一创造设计一创造设计一选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元法、可靠性设计法、动态分析法、优化设计法、模糊设计法等）一法、可靠性设计法、动态分析法、优化设计法、模糊设计法等）一机电一体化系统设计质量的综合评价机电一体化系统设计质量的综合评价市场市场调研调研总体方总体方案设计案设计详细详细设计设计样机试样机试制与试制与试验验小批小批生产生产正常正常生产生产l l 绪论绪论1.4 现代机电一体化方法现代机电一体化方法 机电一体化产品的开发过程：机电一体化产品的开发过程：l l 绪论绪论思考思考 根据机电一体化技术的发展历史，你认为未来该根据机电一体化技术的发展历史，你认为未来该领域的发展方向？领域的发展方向？l l 绪论绪论作业作业：1 1、什么是机电一体化？、什么是机电一体化？2 2、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素,它它们之间的组成关系是什么？们之间的组成关系是什么？l l 绪论绪论新奥迪新奥迪Q3汽车生产线汽车生产线 谢谢 谢！谢！