机电一体化基本结构要素

机电一体化设备结构要素及关键技术一、机电一体化基本结构要素1，机械本体包括机身、框架、机械联接等在内的产品支持结构。2，动力源向系统提供能量，并将输入的能量转换成需要的形式，实现动力功能，包括电源、电动机等执行元件及其驱动电路。3，检测与传感装置包括各种传感器及其信号检测电路，用于对产品运行时的内部状态和外部环境进行检测，提供运行控制所需的各种信息，实现计测功能。4，控制与信息处理装置据产品的功能和性能要求以及传感器的反馈信息，进行处理、运算和决策，对产品运行施以相应的控制，实现控制功能。包括计算机及其相应硬、软件所构成的控制系统。5，执行机构包括机械传动与操作机构，在控制信息作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。二、机电一体化共性关键技术1.机械技术机电一体化产品中的主功能和构造功能，通常是以机械技术为主实现的。现代设计方法不断发展和完善，以满足机电一体化产品对减轻重量、缩小体积、提高精高和刚度、改善性能等多方面的要求。2. 计算机与信息处理技术计算机与信息处理装置指挥整个产品的运行。具有信息的交换、存取、运算、判断和决策等功能，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。3. 检测与传感技术检测与传感技术的研究对象是传感器及其信号检测装置。将各种内、外部信息通过相应的信号检测装置反馈给控制及信息处理装置。要求传感器能快速、精确地获取信息经受各种严酷环境的考验。4. 自动控制技术包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可运行等从理论到实践的整个过程。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。5. 伺服驱动技术伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。执行元件有电动、气动、液压等多种类型，对于电动式执行元件，其驱动装置主要是指各种电动机的驱动电源电路，目前多采用电力电子器件及集成化的功能电路构成。6. 系统总体技术从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统总体分解成相互有机联系的若干功能单元，并以功能单元为子系统继续分解，直至找到可实现的技术方案，然后再把功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。接口技术是其重要内容之一，机电一体化产品的各功能单元通过接口联接成一个有机的整体。三、机电一体化一般性设计原则在保证产品目的功能、性能和使用寿命的前提下，尽量降低成本。这就意味着，机电一体化设计并不是盲目追求“高、精、尖”，而是在充分分析用户要求的基础上，努力以最新的技术手段、最廉价的材料或元器件、最简单的结构、最低的消耗，向用户提供最满意的产品。机电一体化工程包括市场调研、产品构思、方案设计与评价、详细设计、质量规划与控制、制造工艺规划、样机试制、正式生产、用户意见反馈、修改与完善等各个阶段，其详细工程路线如图所示。规Ji软件拠I制逍技陶思拔块化设计制企/钳畤m色总体細臨测试拟重新巴甜冃抓及初详细设I怛乂益購外购试制样机市场网杵机电一体化工程路线可场悶酉曲求分折销售预测町行性论证技术经济分析分析物理、数学篠也仆軒卡解模川试瞬橈块化i殳计在机电一体化产品常用的传感器中，有很多信号以模拟量形式输出，如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热电偶、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等。由于控制机是一个数字系统（有些型号单片机内部集成了AD转换器件，如MCS-96系列单片机等）。这就要求采用A/D转换器，将传感器输出的模拟量转换成相应的数字量，输入给控制微机。很多被控对象要求用模拟量做控制信号，如交流电动机机变频调速、直流电动机调速器、滑差电动机调速器等，而计算机系统是数字系统，不能输出模拟量，这就要求采用A/D转换器，将控制微机输出的数字量转换成相应的模拟量，输入给被控对象。在机电一体化产品中，被控对象所需要的驱动功率一般都比较大，而计算机发出的数字控制信号或经D/A转换后所得到的模拟控制信号的功率都很小，因而必须经过功率放大后才能用来驱动被控对象。实现功率放大功能的接口电路被称为功率接口电路。晶闸管又称可控硅，是目前应用最广泛的半导体功率开关元件，其控制电流从数安培到数千安培。它有截止和导通两种稳定状态两种状态的转换可以由导通条件和关断条件来说明。导通条件是指晶闸管从阻断到导通所需的条件。这个条件是在晶闸管的阳极加上正向电压，同时在控制极加上正向电压。关断条件是指晶闸管从导通到阻断所需的条件。晶闸管一旦导通，控制极对晶闸管就不起控制作用了。只有当流过晶闸管的电流小于保持晶闸管导通所需的电流即维持电流时，晶闸管才关断。光电耦合器是把发光二极管和光敏晶体管或光敏晶闸管封装在一起，通过光信号，实现电信号传递的器件。于光电耦合器输入与输出之间没有直接的电气联系，电信号是通过光信号传递的，所以也称光电隔离器。被耦合的两个部分可以自成系统不“共地”，能够实现电控系统强电部分与弱电部分隔离，避免干扰由输出通道窜入控制微机。继电器、接触器有直流型和交流型之分，所使用的驱动电源不同，工作电压一般比较高，因此从计算机输出的控制信号需要经过驱动电路进行转换，使输出的驱动电压和电能够适应继电器或接触器线圈的要求。