機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成和組成要素

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成和組成要素 一、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成： 工程系統(tǒng)是人為了改造自然、進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)而制造出來的一種人工系統(tǒng)，其目的是對輸入的物質(zhì)、能量和信息進(jìn)行預(yù)訂的變換、傳遞和保存。因此，工程系統(tǒng)的目的功能均可用三種主功能及其復(fù)合表示。 產(chǎn)品的目的功能是通過其內(nèi)部功能來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)電一體化系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其目的功能，一般需具備物種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、計(jì)測功能、掌握功能和結(jié)構(gòu)功能。其中，主功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目的功能直接必需的功能。 圖1 機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成 下圖表示了CNC機(jī)床的內(nèi)部功能構(gòu)成。切削加工是數(shù)控機(jī)床的主功能，是實(shí)現(xiàn)其目的功能所必需的，“利用

2、電源輸入的電能，在掌握裝置及掌握程序的作用下，通過刀架主軸將輸入的毛坯加工成所要求的工件”。電源通過電機(jī)驅(qū)動機(jī)床，向機(jī)床供應(yīng)動力，來實(shí)現(xiàn)動力功能。圖2 CNC機(jī)床的內(nèi)部功能構(gòu)成 二、機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成要素： 一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測試部分、掌握及信息處理部分。我們將這些部分歸納為：結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運(yùn)動組成要素、感知組成要素、智能組成要素；這些組成要素內(nèi)部及其之間，形成通過接口耦合來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動傳遞、信息掌握、能量轉(zhuǎn)換等有機(jī)融合的一個(gè)完整系統(tǒng)。 1、機(jī)械本體 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械本體包括：機(jī)身、框架、聯(lián)接等。由于機(jī)電一

3、體化產(chǎn)品技術(shù)性能、水平和功能的提高，機(jī)械本體要在機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝性以及幾何尺寸等方面適應(yīng)產(chǎn)品高效率、多功能、高牢靠性和節(jié)能、小型、輕量、美觀等要求。 2、動力與驅(qū)動 動力部分是根據(jù)系統(tǒng)掌握要求，為系統(tǒng)供應(yīng)能量和動力使系統(tǒng)正常運(yùn)行。用完可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出，是機(jī)電一體化產(chǎn)品的顯著特征之一。 驅(qū)動部分是在掌握信息作用下供應(yīng)動力，驅(qū)動各執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動作和功能。機(jī)電一體化系統(tǒng)一方面要求驅(qū)動的高效率和快速響應(yīng)特性，同時(shí)要求對水、油、溫度、塵埃等外部環(huán)境的適應(yīng)性和牢靠性。由于電力電子技術(shù)的高度進(jìn)展，高性能的步進(jìn)驅(qū)動、直流伺服和溝通伺服驅(qū)動方式大量應(yīng)用于機(jī)電一體系統(tǒng)。 3、傳感

4、測試部分 對系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測，變成可識別信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的掌握信息。其功能一般由特地的傳感器及轉(zhuǎn)換電路完成。 4、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 依據(jù)掌握信息和指令，完成要求的動作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是運(yùn)動部件，一般采納機(jī)械、電磁、電液等機(jī)構(gòu)。依據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的匹配性要求，需要考慮改善系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能，如提高剛性、減小重量和適當(dāng)?shù)淖枘?，?yīng)盡量考慮組件化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，提高系統(tǒng)整體牢靠性等。 5、掌握及信息單元 將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、儲存、分析、加工，依據(jù)信息處理結(jié)果，根據(jù)肯定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，掌握整個(gè)系統(tǒng)有目的

5、地運(yùn)行。一般由計(jì)算機(jī)、可編程掌握器（plc）、數(shù)控裝置以及規(guī)律電路、A/D與D/A轉(zhuǎn)換、I/O（輸入輸出）接口和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備等組成。機(jī)電一體化系統(tǒng)對掌握和信息處理單元的基本要求是：提高信息處理速度，提高牢靠性，增加抗干擾力量以及完善系統(tǒng)自診斷功能，實(shí)現(xiàn)信息處理智能化。 以上這五部分我們通常稱為機(jī)電一體化的五大組成要素。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的這些單元和它們各自內(nèi)部各環(huán)節(jié)之間都遵循接口耦合、運(yùn)動傳遞、信息掌握、能量轉(zhuǎn)換的原則；我們稱它們?yōu)樗拇笤瓌t。 6、接口耦合、能量轉(zhuǎn)換 （1）變換 兩個(gè)需要進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)之間，由于信息的模式不同（數(shù)字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續(xù)脈沖與序列脈沖等等）

6、，無法直接實(shí)現(xiàn)信息或能量的溝通，需要通過接口完成信息或能量的統(tǒng)一。 （2）放大 在兩個(gè)信號強(qiáng)度相差懸殊的環(huán)節(jié)間，經(jīng)接口放大，達(dá)到能量的匹配。 （3）耦合 變換和放大后的信號在環(huán)節(jié)間能牢靠、快速、精確地交換，必需遵循全都的時(shí)序、信號格式和規(guī)律規(guī)范。接口具有保證信息的規(guī)律掌握功能，使信息按規(guī)定模式進(jìn)行傳遞。 （4）能量轉(zhuǎn)換 包含了執(zhí)行器、驅(qū)動器。涉及到不同類型能量間的最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法與原理。 7、信息掌握 在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)掌握單元，在軟、硬件的保證下，完成數(shù)據(jù)采集、分析 、推斷、決策，以達(dá)到信息掌握的目的。對于智能化程度高的系統(tǒng)，還包含了學(xué)問獵取、推理及學(xué)問自學(xué)習(xí)等以學(xué)問驅(qū)動為主的信息

7、掌握。 8、運(yùn)動傳遞 運(yùn)動傳遞是指運(yùn)動各組成環(huán)節(jié)之間的不同類型運(yùn)動的變換與傳輸，如：位移變換、速度變換 、加速度變換及直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換等。運(yùn)動傳遞還包括以運(yùn)動掌握為目的的運(yùn)動優(yōu)化設(shè)計(jì)， 目的是提高系統(tǒng)的伺服性能。 例如，我們?nèi)粘Ｊ褂玫娜詣诱障鄼C(jī)就是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其內(nèi)部裝有測光測距傳感器，測得的信號由微處理器進(jìn)行處理，依據(jù)信息處理結(jié)果掌握微型電動機(jī)，由微型電動機(jī)驅(qū)動快門、變焦及卷片倒片機(jī)構(gòu)，從測光、測距、調(diào)光、調(diào)焦、曝光到卷片、倒片、閃光及其它附件的掌握都實(shí)現(xiàn)了自動化。 又如，汽車上廣泛應(yīng)用的發(fā)動機(jī)燃油噴射掌握系統(tǒng)也是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。分布在發(fā)動機(jī)上的空氣流量計(jì)、水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、曲軸位置傳感器、進(jìn)氣歧管肯定壓力傳感器、爆燃傳感器、氧傳感器等連續(xù)不斷地檢測發(fā)動機(jī)的工作狀況和燃油在燃燒室的燃燒狀況，并將信號傳給電子掌握裝置ECU，ECU首先依據(jù)進(jìn)氣歧管肯定壓力傳感器或空氣流量計(jì)的進(jìn)氣量信號及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，計(jì)算基本噴油時(shí)間，然后再依據(jù)