《机电系统绪论》PPT课件.ppt

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1、机电系统及其控制授课教师：赵建文授课教师：赵建文所在单位：船舶工程学院所在单位：船舶工程学院 机械工程系机械工程系绪论绪论什么是机电系统？（什么是机电系统？（什么是机电系统？（什么是机电系统？（定义定义定义定义）哪些系统属于机电系统？（哪些系统属于机电系统？（哪些系统属于机电系统？（哪些系统属于机电系统？（分类分类分类分类）机电系统包括哪些部分？（机电系统包括哪些部分？（机电系统包括哪些部分？（机电系统包括哪些部分？（构成构成构成构成）所有机电系统都包括这些部分吗？（所有机电系统都包括这些部分吗？（所有机电系统都包括这些部分吗？（所有机电系统都包括这些部分吗？（剖析剖析剖析剖析）研究哪些内容？

2、（研究哪些内容？（研究哪些内容？（研究哪些内容？（关键技术、设计方法关键技术、设计方法关键技术、设计方法关键技术、设计方法）怎样展开设计？（怎样展开设计？（怎样展开设计？（怎样展开设计？（设计流程设计流程设计流程设计流程）l机电一体化技术：从系统的观点出发，将机械技机电一体化技术：从系统的观点出发，将机械技术术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。佳化的一门新科学技术。机电一体化信息科学信息科学机机械械学学电子学电子学为为为为使使使使机机机机械械械

3、械系系系系统统统统更更更更好好好好的的的的完完完完成成成成预预预预期期期期功功功功能能能能，在在在在系系系系统统统统中中中中引引引引入入入入微微微微电电电电子子子子技技技技术术术术，并并并并用用用用软软软软件件件件将将将将二二二二者者者者有有有有机机机机结结结结合合合合起起起起来来来来的的的的系系系系统统统统。概概概概括括括括：以以以以机机机机为主，电为机用。为主，电为机用。为主，电为机用。为主，电为机用。1-11-1 机电系统的定义机电系统的定义1-21-2 机电系统的分类机电系统的分类军事军事工业工业医疗医疗服务服务1-21-2 机电系统的分类机电系统的分类军事军事工业工业医疗医疗服务服务

4、焊接机器人焊接机器人焊接机器人焊接机器人数控铣床数控铣床数控铣床数控铣床1-21-2 机电系统的分类机电系统的分类军事军事工业工业医疗医疗服务服务外科手术机器人外科手术机器人外科手术机器人外科手术机器人智能假肢智能假肢智能假肢智能假肢1-21-2 机电系统的分类机电系统的分类军事军事工业工业医疗医疗服务服务送餐机器人送餐机器人送餐机器人送餐机器人1-31-3 机电系统的构成机电系统的构成控制系统控制系统控制系统控制系统系统及外部环系统及外部环系统及外部环系统及外部环境信息境信息境信息境信息 检测系统检测系统检测系统检测系统 传动系统传动系统传动系统传动系统运动信息运动信息运动信息运动信息驱动系

5、统驱动系统驱动系统驱动系统 执行器执行器执行器执行器机械联系机械联系机械联系机械联系位位位位姿姿姿姿信信信信息息息息机电系统的信息流机电系统的信息流机电系统的信息流机电系统的信息流1 1 1 1、检测传感系统、检测传感系统、检测传感系统、检测传感系统检测产品内部状态和外部环境，实现检测产品内部状态和外部环境，实现检测产品内部状态和外部环境，实现检测产品内部状态和外部环境，实现测量、感知测量、感知测量、感知测量、感知功能功能功能功能2 2 2 2、控制系统、控制系统、控制系统、控制系统处理、运算、决策，实现处理、运算、决策，实现处理、运算、决策，实现处理、运算、决策，实现控制功能控制功能控制功能

6、控制功能。1-4 1-4 机电系统各部分的功能机电系统各部分的功能1.31.3机电系统构成机电系统构成机电系统构成机电系统构成3 3 3 3、驱动系统、驱动系统、驱动系统、驱动系统提供能量，转换成需要的形式，实现提供能量，转换成需要的形式，实现提供能量，转换成需要的形式，实现提供能量，转换成需要的形式，实现动力供给。动力供给。动力供给。动力供给。4 4 4 4、传动系统、机械本体、传动系统、机械本体、传动系统、机械本体、传动系统、机械本体力矩力矩力矩力矩传递传递传递传递、运动传递；实现各器件的、运动传递；实现各器件的、运动传递；实现各器件的、运动传递；实现各器件的支撑、连接支撑、连接支撑、连接

7、支撑、连接（机身、框架、机械连接零件）。（机身、框架、机械连接零件）。（机身、框架、机械连接零件）。（机身、框架、机械连接零件）。5 5 5 5、执行机构、执行机构、执行机构、执行机构 操作器，接收控制信息，完成要求的动作，操作器，接收控制信息，完成要求的动作，操作器，接收控制信息，完成要求的动作，操作器，接收控制信息，完成要求的动作，实现实现实现实现主功能。主功能。主功能。主功能。1-4 1-4 机电系统各部分的功能机电系统各部分的功能龙门式高速加工中心龙门式高速加工中心龙门式高速加工中心龙门式高速加工中心数控铣床数控铣床数控铣床数控铣床1-41-4 典型机电系统的解剖典型机电系统的解剖电机

8、电机电机电机机械机械机械机械部件部件部件部件位置位置位置位置,速度速度速度速度检测单元检测单元检测单元检测单元位置位置位置位置,速速速速度反馈度反馈度反馈度反馈CNCCNC数控机床伺服系统组成数控机床伺服系统组成数控机床伺服系统组成数控机床伺服系统组成切削力检测切削力检测冷却液温度检测冷却液温度检测冷却液压力检测冷却液压力检测步进电机、步进电机、伺服电机伺服电机或伺服液或伺服液压缸压缸丝杠丝母丝杠丝母PLC或或(IPC)工控工控机机控制：控制：驱动：驱动：光栅光栅位移检测：位移检测：传动：传动：1-41-4 典型机电系统的解剖典型机电系统的解剖基于M3S的带MANUS手臂的轮椅护理助残机器人护

9、理助残机器人护理助残机器人护理助残机器人MANUSMANUS手臂手臂手臂手臂关节位移检测关节位移检测:夹持力检测：夹持力检测：视觉视觉编码器编码器压力传感器或压力传感器或电流传感器电流传感器1-41-4 典型机电系统的解剖典型机电系统的解剖1-41-4 典型机电系统的解剖典型机电系统的解剖温度检测温度检测开关检测开关检测衣量检测衣量检测驱动：驱动：压缩机压缩机执行机构：执行机构：蒸发器蒸发器控制系统：控制系统：单单片片机机1-51-5 课程研究内容课程研究内容机电一体化共性关键技术机电一体化共性关键技术典型部件工作原理及选取方法典型部件工作原理及选取方法机电系统设计方法机电系统设计方法机电系统

10、的常用控制方法机电系统的常用控制方法1.5.1 共性关键技术共性关键技术l1 检测传感技术检测传感技术l2 信息处理技术信息处理技术l3 自动控制技术自动控制技术l4 伺服驱动技术伺服驱动技术l5 机械传动技术机械传动技术l6 系统总体技术系统总体技术研究内容研究内容研究内容研究内容1 1 1 1、检测传感技术、检测传感技术、检测传感技术、检测传感技术如何采集系统内部和外部信息，如何将信息如何采集系统内部和外部信息，如何将信息如何采集系统内部和外部信息，如何将信息如何采集系统内部和外部信息，如何将信息映射为控制器可识别的信号。映射为控制器可识别的信号。映射为控制器可识别的信号。映射为控制器可识

11、别的信号。1.5.1 1.5.1 共性关键技术共性关键技术共性关键技术共性关键技术研究内容研究内容研究内容研究内容2 2 2 2、信息处理技术、信息处理技术、信息处理技术、信息处理技术如何完成信息的交换、存取、运算，如何利如何完成信息的交换、存取、运算，如何利如何完成信息的交换、存取、运算，如何利如何完成信息的交换、存取、运算，如何利用采集到的信息做出判断和决策，其主要工用采集到的信息做出判断和决策，其主要工用采集到的信息做出判断和决策，其主要工用采集到的信息做出判断和决策，其主要工具是计算机及外围电路。具是计算机及外围电路。具是计算机及外围电路。具是计算机及外围电路。传感器传感器传感器传感器

12、放大、放大、放大、放大、滤波滤波滤波滤波A/DA/DA/DA/D控制器控制器控制器控制器D/AD/AD/AD/A，放大放大放大放大执行器执行器执行器执行器4 4 4 4、伺服驱动技术、伺服驱动技术、伺服驱动技术、伺服驱动技术如何搭建驱动电路，如何将驱动信号按照一如何搭建驱动电路，如何将驱动信号按照一如何搭建驱动电路，如何将驱动信号按照一如何搭建驱动电路，如何将驱动信号按照一应的时序和逻辑要求送给驱动元件。应的时序和逻辑要求送给驱动元件。应的时序和逻辑要求送给驱动元件。应的时序和逻辑要求送给驱动元件。如何将驱动系统输出的动力转化为末端执行器如何将驱动系统输出的动力转化为末端执行器如何将驱动系统输

13、出的动力转化为末端执行器如何将驱动系统输出的动力转化为末端执行器期望的运动形式，并满足负载、精度、运动范期望的运动形式，并满足负载、精度、运动范期望的运动形式，并满足负载、精度、运动范期望的运动形式，并满足负载、精度、运动范围等指标。围等指标。围等指标。围等指标。5 5 5 5、机械传动技术、机械传动技术、机械传动技术、机械传动技术1.5.1 1.5.1 共性关键技术共性关键技术共性关键技术共性关键技术研究内容研究内容研究内容研究内容3 3 3 3、自动控制技术、自动控制技术、自动控制技术、自动控制技术选择何种控制方法和控制器，选择何种开发语选择何种控制方法和控制器，选择何种开发语选择何种控制

14、方法和控制器，选择何种开发语选择何种控制方法和控制器，选择何种开发语言，如何编写出满足性能要求的控制程序。言，如何编写出满足性能要求的控制程序。言，如何编写出满足性能要求的控制程序。言，如何编写出满足性能要求的控制程序。l l6 6、系统总体技术、系统总体技术 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统各个功能模块有机的结合程的观点和方法，将系统各个功能模块有机的结合程的观点和方法，将系统各个功能模块有机的结合程的观点和方法，将系统各个功能模块有机

15、的结合起来，以实现整体最优。子系统参数要匹配：起来，以实现整体最优。子系统参数要匹配：起来，以实现整体最优。子系统参数要匹配：起来，以实现整体最优。子系统参数要匹配：1.5.1 1.5.1 共性关键技术共性关键技术共性关键技术共性关键技术研究内容研究内容研究内容研究内容 a a a a 驱动系统、传动系统、执行器之间的驱动系统、传动系统、执行器之间的驱动系统、传动系统、执行器之间的驱动系统、传动系统、执行器之间的负载负载负载负载匹配匹配匹配匹配 b b b b 检测系统、控制系统、驱动系统之间的检测系统、控制系统、驱动系统之间的检测系统、控制系统、驱动系统之间的检测系统、控制系统、驱动系统之间

16、的电源电源电源电源匹配匹配匹配匹配 c c c c 接口形式及接口形式及接口形式及接口形式及接口接口接口接口尺寸的匹配问题尺寸的匹配问题尺寸的匹配问题尺寸的匹配问题 d d d d 控制系统周期与机械系统控制系统周期与机械系统控制系统周期与机械系统控制系统周期与机械系统频率频率频率频率的匹配问题的匹配问题的匹配问题的匹配问题机机机机电电电电互互互互补补补补：某某某某些些些些功功功功能能能能（凸凸凸凸轮轮轮轮、自自自自锁锁锁锁、某某某某些些些些控控控控制制制制功功功功能能能能，安安安安全全全全保保保保护护护护），用用用用机机机机械械械械和和和和电电电电控控控控均均均均可可可可以以以以实实实实现现

17、现现，应发挥各自特长，选择合理方式。应发挥各自特长，选择合理方式。应发挥各自特长，选择合理方式。应发挥各自特长，选择合理方式。一体化设计一体化设计一体化设计一体化设计：机构、驱动、检测一体化。：机构、驱动、检测一体化。：机构、驱动、检测一体化。：机构、驱动、检测一体化。模块化设计模块化设计模块化设计模块化设计、可重构设计。、可重构设计。、可重构设计。、可重构设计。机机机机械械械械设设设设计计计计与与与与电电电电路路路路设设设设计计计计相相相相辅辅辅辅相相相相成成成成，机机机机械械械械设设设设计计计计时时时时应应应应充充充充分分分分考考考考虑虑虑虑到到到到电电电电路路路路板板板板的的的的安安安安

18、装装装装，有有有有时时时时甚甚甚甚至至至至可可可可以以以以用用用用电电电电路板作为机械支撑。路板作为机械支撑。路板作为机械支撑。路板作为机械支撑。研究内容研究内容研究内容研究内容1.5.2 1.5.2 系统设计方法系统设计方法系统设计方法系统设计方法并行工程并行工程并行工程并行工程：从产品设计开始就考虑到产品生命全过程。：从产品设计开始就考虑到产品生命全过程。：从产品设计开始就考虑到产品生命全过程。：从产品设计开始就考虑到产品生命全过程。虚拟产品设计虚拟产品设计虚拟产品设计虚拟产品设计：计算机辅助设计、虚拟人机交互技术。：计算机辅助设计、虚拟人机交互技术。：计算机辅助设计、虚拟人机交互技术。：

19、计算机辅助设计、虚拟人机交互技术。绿色设计绿色设计绿色设计绿色设计：降低能耗、减少污染，注重废物回收利用。：降低能耗、减少污染，注重废物回收利用。：降低能耗、减少污染，注重废物回收利用。：降低能耗、减少污染，注重废物回收利用。反反反反求求求求设设设设计计计计（逆逆逆逆向向向向工工工工程程程程）：对对对对已已已已有有有有产产产产品品品品分分分分析析析析、重重重重构构构构、再再再再创创创创造。在仿制中应用较多。造。在仿制中应用较多。造。在仿制中应用较多。造。在仿制中应用较多。网网网网络络络络合合合合作作作作设设设设计计计计：建建建建立立立立网网网网络络络络信信信信息息息息、资资资资源源源源平平平平

20、台台台台，相相相相关关关关的的的的网网网网络络络络终端用户同时参与到产品设计中。终端用户同时参与到产品设计中。终端用户同时参与到产品设计中。终端用户同时参与到产品设计中。OEMOEM（代代代代工工工工）：委委委委托托托托其其其其他他他他厂厂厂厂商商商商代代代代工工工工，贴贴贴贴上上上上自自自自己己己己的的的的品品品品牌牌牌牌。或或或或将将将将产产产产品品品品中中中中的的的的某某某某个个个个子子子子系系系系统统统统委委委委托托托托其其其其他他他他厂厂厂厂商商商商代代代代工工工工（也也也也可可可可以以以以包包包包含设计）。含设计）。含设计）。含设计）。通用方法通用方法通用方法通用方法1.5.2 1

21、.5.2 系统设计方法系统设计方法系统设计方法系统设计方法1.6 1.6 机电一体化系统的设计流程机电一体化系统的设计流程调研同类产品调研同类产品调研同类产品调研同类产品：了解同类产品的功能、优缺点。：了解同类产品的功能、优缺点。：了解同类产品的功能、优缺点。：了解同类产品的功能、优缺点。明确功能明确功能明确功能明确功能：提出系统（产品）的预期功能。：提出系统（产品）的预期功能。：提出系统（产品）的预期功能。：提出系统（产品）的预期功能。定定定定指指指指标标标标：根根根根据据据据产产产产品品品品预预预预期期期期功功功功能能能能确确确确定定定定各各各各项项项项设设设设计计计计指指指指标标标标，如

22、如如如系系系系统统统统自自自自由由由由度度度度数数数数、工工工工作作作作空空空空间间间间、最最最最大大大大速速速速度度度度、最最最最大大大大加加加加速速速速度度度度、承承承承载载载载能能能能力力力力、刚刚刚刚度度度度、精精精精度度度度、分分分分辨辨辨辨率率率率、噪噪噪噪声声声声、动动动动态态态态品品品品质质质质参参参参数数数数。兼兼兼兼顾顾顾顾工工工工艺艺艺艺性性性性、标标标标准准准准化化化化、产产产产品品品品外外外外形形形形美美美美观观观观、界界界界面面面面友友友友好好好好、使使使使用用用用舒舒舒舒适适适适、操作方便。操作方便。操作方便。操作方便。总体方案设计总体方案设计总体方案设计总体方案

23、设计：几种方案对比论证，选优。：几种方案对比论证，选优。：几种方案对比论证，选优。：几种方案对比论证，选优。1.6 1.6 机电一体化系统的设计流程机电一体化系统的设计流程分分分分割割割割系系系系统统统统：依依依依据据据据完完完完成成成成的的的的功功功功能能能能不不不不同同同同将将将将系系系系统统统统划划划划分分分分为为为为若若若若干子系统干子系统干子系统干子系统 。子子子子系系系系统统统统设设设设计计计计：借借借借鉴鉴鉴鉴类类类类似似似似系系系系统统统统，原原原原理理理理设设设设计计计计、方方方方案案案案设设设设计、细化设计、加工调试。计、细化设计、加工调试。计、细化设计、加工调试。计、细化

24、设计、加工调试。连接子系统连接子系统连接子系统连接子系统：子系统之间的接口设计。：子系统之间的接口设计。：子系统之间的接口设计。：子系统之间的接口设计。样机试制与调试样机试制与调试样机试制与调试样机试制与调试综综综综合合合合评评评评价价价价：对对对对系系系系统统统统主主主主功功功功能能能能进进进进行行行行评评评评价价价价，如如如如未未未未达达达达到到到到指指指指标要求，重新设计。标要求，重新设计。标要求，重新设计。标要求，重新设计。系统功能评价系统功能评价系统（产品）内部功能评价参数系统（产品）的价值高低主功能主功能主功能主功能系统误差小大抗干扰能力强弱废弃物输出少多工作效率高低动动动动力功能

25、力功能力功能力功能功耗低高能源供给内装外设控制功能控制功能控制功能控制功能输入输出接口数量多少手动操作少多构造功能构造功能构造功能构造功能尺寸/重量小/轻大/重强度高低1.6 1.6 设计流程设计流程设计流程设计流程1.7 1.7 设计实例设计实例设计实例设计实例全自动化学发光免疫分析仪全自动化学发光免疫分析仪设计实例设计实例化学发光免疫检测原理化学发光免疫检测原理设计实例设计实例1.7 1.7 设计实例设计实例设计实例设计实例化学发光免疫分析仪系统组成化学发光免疫分析仪系统组成参考教材机机机机电电电电一一一一体体体体化化化化技技技技术术术术（第第第第二二二二版版版版），孙孙孙孙卫卫卫卫青青青青，科科科科学学学学出出出出版社。版社。版社。版社。机机机机电电电电一一一一体体体体化化化化系系系系统统统统设设设设计计计计（第第第第三三三三版版版版），张张张张建建建建民民民民，高高高高等教育出版社。等教育出版社。等教育出版社。等教育出版社。结束语谢谢大家！Thank you for your attention!