机电一体化 绪论

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Introduction,宁波大学机械学院,Mechatronics Technology,机电一体化产品设计,机械学院,精密加工与测试技术方向,绣山工程楼：31,5,第一章 绪 论,1.1 课程介绍,1.2 机电一体化系统的组成和分类,1.3 机电一体化的理论基础与关键技术,参考教材：第1章,1.1 课程介绍,1本课程的性质、作用,本课程是机械工程类专业的选修课。,2 学习目的,学习机电一体化的基本原理、基本技术。,掌握机电一体化产品的设计方法。,了解典型机电一体化产品的应用和进展。,3.主要教学内容,第,1,章 机电一体化技术导论,第,2,章 机电一体化的单元技术,第,3,章 机电一体化的计算机控制技术,第,4,章 机电一体化系统的建模与仿真,第,5,章 机电一体化系统的接口,第,6,章 机电一体化系统设计,1.1 课程介绍,自主学习,自主学习,1.1 课程介绍,4 教材,机电一体化技术,（第二版）,科学出版社，200,9,。,5、参考书,1 黄筱调，机电一体化技术基础及应用， 机械工业出版社， 2000,2 李正吾， 机电一体化技术及其应用，机械工业出版社， 1990,3 郑堤, 机电一体化设计基础, 机械工业出版社, 2005,1.1 课程介绍,6教学方式,课堂讲课 + 分组讨论,+,视频,+,课下阅读等,学时,3学分，,32,学时,+ 14,学时 +,8,学时实验,8考试方式,项目,期末考试,平时、读书报告,期中测验,实验,合计,60,20,1,0,10,缺课时数/作业超过1/3，取消考试资格。,1.2,机电一体化系统的组成和分类,机电一体化的来源与概念,机电一体化系统的构成要素,机电一体化产品和系统的分类,1. 机电一体化的来源与概念,1952年，美国,MIT，,数控机床。,七十年代，微电子技术成熟，微机商品化，大规模集成电路问世，构成微机的基本单元,CPU、ROM、RAM,和接口电路已经模块化，自己制造计算机成为可能。机电一体化得以现实。,71年，日刊工业新闻社发行机电一体化入门和机电一体化月刊，专门刊载机电一体化的新产品。,76年，机电一体化正式名字(英文名字是,Mechatronics,，,是由,Mechanism,的前半部和,Electronics,后半部缩合而成)，我国现译为机电一体化。,八十年代，机电一体化的产品如雨后春笋不断涌现，这个时期可称之为成长时期。,九十年代，集成度提高，价格下降，机电一体化技术在世界范围内得到迅猛发展，机电一体化技术遍及社会各个领域。全盛时期开始。,2003年12月5日,美国技术评论认为，有十种新兴技术在不远的将来会产生巨大影响：,无线传感器网络；,可注入组织工程；,纳米太阳能电池；,机电一体化,；,网格计算,分子成像；,纳米印刷刻蚀；,软件保证；,糖原组学；,量子密码术。,定义多样,从系统工程观点出发，应用机械、电子、信息等相关技术对他们进行有机的组织与综合，实现系统整体的最优化。,（具体见教材,P.2,页的详细描述）,（实例如下图）,机电一体化包含,技术 和 产品,两个方面,“机电一体化”是机械技术、微电子技术相互交叉、融合的产物。,机械技术（机械学机构学）,机电一体化技术领域,微电子技术（半导体技术、计算机技术）,2 机电一体化系统的构成要素,机电一体化系统功能组成,系统必须具有以下三大“目的功能”：变换(加工、处理)功能、传递(移动、输送)功能和储存(保持、积累、记录)功能。,不管那类系统（或产品），其系统内部必须具备如所示的五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。,CNC机床内部功能构成实例,能源部分,信息处理与控制,信息输入,驱动部分,执行元件,机械本体,检测部分,机电一体化系统的构成要素,机电一体化系统（产品）的五要素-对应的五功能,机电一体化系统的构成要素,机械本体:,机身、框架、等。,动力系统：,电源、电机及电路等。,传感与检测装置：,传感器及检测电路,信息处理及控制系统：,计算机硬件、软件,执行装置：,机械传动、操作机构,相互补充，相互协调，共同完成产品功能。,接口连接,3 机电一体化产品的分类,按机电结合程度分类,按用途分类,3 机电一体化产品的分类,按机电结合程度和形式分类,（1）功能附加型,（图例）,（2）功能替代型,（图例）,（3）机电融合型,（图例）,（1）功能附加型,（2）功能替代型,（2）功能替代型,（3）机电融合型,（3）机电融合型,3. 机电一体化产品的分类,按服务领域和对象分类,1.,3,机电一体化的理论基础与关键技术,基础理论：系统论、控制论、信息论,关键技术,传感检测技术,信息处理技术,自动控制技术,伺服驱动技术,接口技术,精密机械技术,系统总体技术,1. 传感检测技术,检测传感技术将所测得的各种参量如位移、位置、速度、加速度、力、温度、酸度和其他形式的信号等转换为统一规格的电信号输入到信息处理系统中，并由此产生出相应的控制信号以决定执行机构的运动形式和动作幅度。传感器检测的精度、灵敏度和可靠性将直接影响到机电一体化的性能。,传感技术是实现自动控制的关键环节。,主要技术：,(1)可靠性、抗干扰性,(2)提高灵敏度和精度,(3)集成化,(4)智能化,(5)微型化,2. 信息处理技术,信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储及格出技术，它们大都是依靠计算机来进行的，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。,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。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。,自动控制技术就是通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。,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。,3,自动控制技术,4. 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。,执行元件分为电动、气动、液压等多种类型，机电一体化产品中多采用电动式执行元件,驱动装置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。,所谓,“伺服”（,Servo）,即,“伺候服侍”,的意思。,电信号 机械动作,在控制指令的指挥下，控制执行元件，使机械运动部件按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。,4. 伺服驱动技术,液压、气动驱动系统比较复杂。包括：泵、阀、油缸（气缸）、过滤器、管路等。目前存在着功能、可靠性、标准化以及减轻重量、减小体积等问题。,电机作为驱动机构已被广泛采用。,5. 接口技术,定义：将机电一体化产品各组成部分连接起来的元件就是接口。,主要技术：,（1）接口标准化：不仅给信息传送和维修上带来方便，而且可以简化设计。,（2）成本低、高速串行接口,（3）解决信号电缆非接触化,6. 精密机械技术,机械技术是机电一体化的基础。机电一体化产品中的主功能和构造功能，往往是以机械技术为主实现的。特别是关键部件，如导轨、滚珠丝杠、轴承、传动部件等的材料、精度对机电一体化产品的性能、控制精度等多方向的要求。,为了发挥机电一体化的特长，机械本体必须改善性能、减轻重量和提高精度。,主要技术：,(1) 轻量化,(2) 提高刚性,(3) 实现组件通用化、标准化和系列化,(4) 提高系统整体的可靠性,7.系统总体技术,系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工程的观点和力法，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指进行分析、评价和优选的综合应用技术，最终使整个系统实现最优化。,课后自主学习内容：,1.4,机电一体化的作用,1.5,机电一体化的发展,