單元六機(jī)電一體化設(shè)計(jì)

1、Mechatronics 單元五單元五 機(jī)電一體化控制及接口技術(shù)機(jī)電一體化控制及接口技術(shù) 6. 1機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 6. 2機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模與仿真機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模與仿真 6. 3機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)本單元的學(xué)習(xí)內(nèi)容：本單元的學(xué)習(xí)內(nèi)容：學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.熟悉機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法熟悉機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 2.熟悉機(jī)電一體化系統(tǒng)建模與仿真方熟悉機(jī)電一體化系統(tǒng)建模與仿真方法法 3.掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)品性能要求的不斷提高科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)品性能要求的不斷提高，使得設(shè)計(jì)新理論、

2、新方法、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。，使得設(shè)計(jì)新理論、新方法、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與用經(jīng)驗(yàn)公式、圖表和手冊(cè)為設(shè)計(jì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與用經(jīng)驗(yàn)公式、圖表和手冊(cè)為設(shè)計(jì)依據(jù)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)用依據(jù)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)用戶需求和市場(chǎng)狀況進(jìn)行分析，以計(jì)算機(jī)作為輔助戶需求和市場(chǎng)狀況進(jìn)行分析，以計(jì)算機(jī)作為輔助手段，并著眼于產(chǎn)品全壽命周期的設(shè)計(jì)，從其通手段，并著眼于產(chǎn)品全壽命周期的設(shè)計(jì)，從其通用性、耐環(huán)境性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn)進(jìn)行綜用性、耐環(huán)境性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，使設(shè)計(jì)的機(jī)電系產(chǎn)品充分發(fā)揮機(jī)電一體合分析，使設(shè)計(jì)的機(jī)電系產(chǎn)品充分發(fā)揮機(jī)電一體化的功能?；墓δ?。機(jī)電一體化

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 評(píng)價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)性能指標(biāo)社會(huì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能使用條件使用條件1 .設(shè)計(jì)依據(jù)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)依據(jù)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：u技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo) 如機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、控制原理、傳感器的線性度等。如機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、控制原理、傳感器的線性度等。u性能評(píng)價(jià)指標(biāo)性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 自動(dòng)化程度、承載能力、可靠性等。自動(dòng)化程度、承載能力、可靠性等。u經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo) 如制造的難易程度、性?xún)r(jià)比等。如制造的難易程度

4、、性?xún)r(jià)比等。u社會(huì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)社會(huì)性評(píng)價(jià)指標(biāo) 如資源的利用、環(huán)保？如資源的利用、環(huán)保？機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 2.機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想l替代機(jī)械系統(tǒng)替代機(jī)械系統(tǒng)l簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)l增強(qiáng)機(jī)械系統(tǒng)增強(qiáng)機(jī)械系統(tǒng)l綜合機(jī)械系統(tǒng)綜合機(jī)械系統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 將機(jī)電一體化產(chǎn)品看成是一個(gè)完整的系統(tǒng)。從將機(jī)電一體化產(chǎn)品看成是一個(gè)完整的系統(tǒng)。從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)出發(fā)，分析各個(gè)部分的相互聯(lián)系及整系統(tǒng)論的觀點(diǎn)出發(fā)，分析各個(gè)部分的相互聯(lián)系及整個(gè)與界的關(guān)系。個(gè)與界的關(guān)系。機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)（1）并行設(shè)計(jì)）并行設(shè)計(jì)（2） 按系統(tǒng)工程的

5、理論按系統(tǒng)工程的理論和方法去分析處理問(wèn)題和方法去分析處理問(wèn)題 （3）多學(xué)科交叉進(jìn)行設(shè)計(jì)）多學(xué)科交叉進(jìn)行設(shè)計(jì)（4） 掌握有關(guān)各領(lǐng)域信息掌握有關(guān)各領(lǐng)域信息資料資料（5） 以達(dá)到客戶滿意的設(shè)計(jì)以達(dá)到客戶滿意的設(shè)計(jì)目標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最終目的最終目的3.注重創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思想注重創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思想工作原理的創(chuàng)新工作原理的創(chuàng)新技術(shù)方案的創(chuàng)新技術(shù)方案的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新用材和制造工藝上的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新用材和制造工藝上的創(chuàng)新控制方面的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)方面的創(chuàng)新控制方面的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)方面的創(chuàng)新其它方面的創(chuàng)新其它方面的創(chuàng)新機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 一個(gè)全新的機(jī)電一體化產(chǎn)品

6、的正向設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程大一個(gè)全新的機(jī)電一體化產(chǎn)品的正向設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程大體可以分為體可以分為產(chǎn)品規(guī)劃產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)和和詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)階三個(gè)階段段。 4.設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 產(chǎn)品規(guī)劃階段產(chǎn)品規(guī)劃階段 包括包括需求分析需求分析、市場(chǎng)預(yù)測(cè)市場(chǎng)預(yù)測(cè)、技術(shù)可行性分析技術(shù)可行性分析，最，最后確定設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)制約條件，提出設(shè)計(jì)要求后確定設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)制約條件，提出設(shè)計(jì)要求，作為設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和決策的依據(jù)，作為設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和決策的依據(jù) 。 需求分析：需求分析：認(rèn)識(shí)需求是一種創(chuàng)造性工作，設(shè)計(jì)師認(rèn)識(shí)需求是一種創(chuàng)造性工作，設(shè)計(jì)師應(yīng)深入實(shí)際、細(xì)致觀察、敏銳捕捉市場(chǎng)的

7、需求，應(yīng)深入實(shí)際、細(xì)致觀察、敏銳捕捉市場(chǎng)的需求，并及時(shí)完成產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和試制工作并及時(shí)完成產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和試制工作 市場(chǎng)預(yù)測(cè)：市場(chǎng)預(yù)測(cè)：產(chǎn)品的前期調(diào)研工作。調(diào)研內(nèi)容可分產(chǎn)品的前期調(diào)研工作。調(diào)研內(nèi)容可分為三個(gè)方面：為三個(gè)方面：面向用戶的產(chǎn)品市場(chǎng)調(diào)研面向用戶的產(chǎn)品市場(chǎng)調(diào)研 ；面向產(chǎn)；面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)調(diào)研品設(shè)計(jì)的技術(shù)調(diào)研 ；面向產(chǎn)品生命周期的社會(huì)環(huán)；面向產(chǎn)品生命周期的社會(huì)環(huán)境調(diào)研。境調(diào)研。 技術(shù)可行性分析技術(shù)可行性分析的內(nèi)容包括 ： 1）關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線； 2）可選技術(shù)方案 ； 3）主要性能指標(biāo)及技術(shù)規(guī)格的可行性 ； 4）主要技術(shù)風(fēng)險(xiǎn) ； 5）成本分析 ； 6）結(jié)論及產(chǎn)品建議 。 根據(jù)產(chǎn)品的成本分析和

8、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格、性能指標(biāo)和市場(chǎng)定位等參數(shù)提出修改建議，確定產(chǎn)品是否立項(xiàng)。 產(chǎn)品立項(xiàng)應(yīng)給出生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求表，表中所列要求分為特征指標(biāo)、優(yōu)化指標(biāo)和尋常指標(biāo)，即包括新產(chǎn)品的功能要求、技術(shù)規(guī)格、性能指標(biāo)、成本控制目標(biāo)等。 產(chǎn)品規(guī)劃階段產(chǎn)品規(guī)劃階段 返回返回u概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵 在確定任務(wù)之后，通過(guò)抽象化，擬定功能結(jié)在確定任務(wù)之后，通過(guò)抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基構(gòu)，尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案。本求解途徑，得出求解方案。概念設(shè)計(jì)階段概念設(shè)計(jì)階段 概念設(shè)計(jì)的特征概念設(shè)計(jì)的特征（1）創(chuàng)新性：創(chuàng)新是概念設(shè)計(jì)的靈魂）創(chuàng)新

9、性：創(chuàng)新是概念設(shè)計(jì)的靈魂（2）約束性：限制和要求構(gòu)成了邊界條件，形）約束性：限制和要求構(gòu)成了邊界條件，形 成成“設(shè)計(jì)空間設(shè)計(jì)空間” （3）多解性：設(shè)計(jì)路徑的多樣化及設(shè)計(jì)結(jié)果的）多解性：設(shè)計(jì)路徑的多樣化及設(shè)計(jì)結(jié)果的 多樣化。多樣化。 （4）層次性：功能層及結(jié)構(gòu)層）層次性：功能層及結(jié)構(gòu)層 概念設(shè)計(jì)階段概念設(shè)計(jì)階段 概念設(shè)計(jì)階段概念設(shè)計(jì)階段 輸入的是產(chǎn)品規(guī)劃的結(jié)果設(shè)計(jì)要求表，輸出總體方案。機(jī)電一體化系統(tǒng)總體方案包括產(chǎn)品外觀和結(jié)構(gòu)布置方案、產(chǎn)品部件或子系統(tǒng)劃分及設(shè)計(jì)目標(biāo)、各部件或子系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)等三個(gè)方面，并給出詳細(xì)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、驗(yàn)收規(guī)范及進(jìn)度計(jì)劃。1）產(chǎn)品外觀和結(jié)構(gòu)布置方案；2）產(chǎn)品部件或子系統(tǒng)劃分及

10、設(shè)計(jì)目標(biāo) ；3）各部件或子系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì) ；4）制定詳細(xì)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、驗(yàn)收規(guī)范及進(jìn)度計(jì)劃 。概念設(shè)計(jì)階段概念設(shè)計(jì)階段 返回返回詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì) 根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，對(duì)各零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，確定各零部件的形狀、尺寸、材料等參數(shù)，設(shè)計(jì)控制軟件、設(shè)計(jì)電子、電氣系統(tǒng)的電路，選用合適的元件，繪制詳細(xì)的零件圖、裝配圖等工程圖，編寫(xiě)詳細(xì)的設(shè)計(jì)技術(shù)資料。詳細(xì)設(shè)計(jì)還包括制定產(chǎn)品制造工藝和質(zhì)量檢驗(yàn)等內(nèi)容。 詳細(xì)設(shè)計(jì)必須按照總體的要求進(jìn)行，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還可能伴隨著許多的實(shí)驗(yàn)研究和零部件的試制，以確定相關(guān)參數(shù)。 返回返回機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法1 .機(jī)電一體化傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法機(jī)電一體化傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法機(jī)電一

11、體化機(jī)電一體化傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法機(jī)電結(jié)合機(jī)電結(jié)合設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)法 反向反向設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)法機(jī)電互補(bǔ)機(jī)電互補(bǔ)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)法 組合組合設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)法機(jī)電互補(bǔ)設(shè)計(jì)法機(jī)電互補(bǔ)設(shè)計(jì)法機(jī)電互補(bǔ)法又稱(chēng)取代法。利用通用或?qū)Ｓ秒姍C(jī)電互補(bǔ)法又稱(chēng)取代法。利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品子部件取代傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品（系統(tǒng)）中的復(fù)雜系統(tǒng)）中的復(fù)雜機(jī)械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補(bǔ)其不足。機(jī)械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補(bǔ)其不足。機(jī)電結(jié)合設(shè)計(jì)法機(jī)電結(jié)合設(shè)計(jì)法 在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)單元部在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)單元部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，常把件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，常把各組成各組成部件有機(jī)結(jié)合為一體構(gòu)成

12、專(zhuān)用或通用的功能部件有機(jī)結(jié)合為一體構(gòu)成專(zhuān)用或通用的功能單元系統(tǒng)，充分利用不同部件之間機(jī)電參數(shù)單元系統(tǒng)，充分利用不同部件之間機(jī)電參數(shù)的有機(jī)匹配。的有機(jī)匹配。 組合設(shè)計(jì)法組合設(shè)計(jì)法將結(jié)合法制成的專(zhuān)用或通用功能部件（子系將結(jié)合法制成的專(zhuān)用或通用功能部件（子系統(tǒng)）、功能模塊，像積木那樣組合成各種機(jī)統(tǒng)）、功能模塊，像積木那樣組合成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品），故稱(chēng)組合法。電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品），故稱(chēng)組合法。反向設(shè)計(jì)法反向設(shè)計(jì)法 當(dāng)確定要開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品后，選定市場(chǎng)上當(dāng)前當(dāng)確定要開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品后，選定市場(chǎng)上當(dāng)前最流行的有代表意義的優(yōu)秀產(chǎn)品，進(jìn)行解最流行的有代表意義的優(yōu)秀產(chǎn)品，進(jìn)行解剖、測(cè)繪、分析、評(píng)估，最后提出設(shè)計(jì)分剖

13、、測(cè)繪、分析、評(píng)估，最后提出設(shè)計(jì)分析報(bào)告和建議，以確定自己的開(kāi)發(fā)策略，析報(bào)告和建議，以確定自己的開(kāi)發(fā)策略，這一整套工作就是通常所稱(chēng)的反向設(shè)計(jì)法這一整套工作就是通常所稱(chēng)的反向設(shè)計(jì)法。進(jìn)行反向設(shè)計(jì)的目的是開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品，。進(jìn)行反向設(shè)計(jì)的目的是開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品，機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 （1）科學(xué)）科學(xué)類(lèi)比設(shè)計(jì)法類(lèi)比設(shè)計(jì)法（2信號(hào)分析設(shè)計(jì)法信號(hào)分析設(shè)計(jì)法 （3）模塊化設(shè)）模塊化設(shè)計(jì)方法計(jì)方法（4）可靠性設(shè)計(jì)法）可靠性設(shè)計(jì)法（5） 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法2 .機(jī)電一體化系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法機(jī)電一體化系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法（7 ）計(jì)算機(jī)）計(jì)算機(jī) 輔助

14、設(shè)計(jì)法輔助設(shè)計(jì)法（6）優(yōu)化設(shè)計(jì)法）優(yōu)化設(shè)計(jì)法 (1)科學(xué)類(lèi)比設(shè)計(jì)法?？茖W(xué)類(lèi)比設(shè)計(jì)法。 它是利用同類(lèi)事物間靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的相似性，利用量它是利用同類(lèi)事物間靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的相似性，利用量綱分析，根據(jù)數(shù)學(xué)模擬和物理模擬等方法，求解出綱分析，根據(jù)數(shù)學(xué)模擬和物理模擬等方法，求解出設(shè)計(jì)系統(tǒng)之間的函數(shù)關(guān)系，再進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)之間的函數(shù)關(guān)系，再進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。2 .機(jī)電一體化系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法機(jī)電一體化系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法(2)信號(hào)分析設(shè)計(jì)法。信號(hào)分析設(shè)計(jì)法。 它是建立在信息論基礎(chǔ)上的一種設(shè)計(jì)方法。一種是它是建立在信息論基礎(chǔ)上的一種設(shè)計(jì)方法。一種是根據(jù)市場(chǎng)信息、市場(chǎng)需求、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品性能參根據(jù)市場(chǎng)信息、市場(chǎng)需求、生產(chǎn)

15、批量、產(chǎn)品性能參數(shù)、應(yīng)用功能等進(jìn)行設(shè)計(jì)。另一種是設(shè)計(jì)的機(jī)電一數(shù)、應(yīng)用功能等進(jìn)行設(shè)計(jì)。另一種是設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)等都需要經(jīng)試體化產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)等都需要經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試得到，采用分析處理和識(shí)別，確定相應(yīng)各種驗(yàn)測(cè)試得到，采用分析處理和識(shí)別，確定相應(yīng)各種要求的數(shù)據(jù)信息，是優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的要求的數(shù)據(jù)信息，是優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的必要的計(jì)算基礎(chǔ)。必要的計(jì)算基礎(chǔ)。(3)模塊化設(shè)計(jì)方法。模塊化設(shè)計(jì)方法。 利用模塊化原理和利用模塊化原理和“相似原理相似原理”進(jìn)行進(jìn)行“變形變形”設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)、通用性設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)。作為機(jī)電一體化產(chǎn)品、通用性設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)。作為機(jī)電一

16、體化產(chǎn)品或設(shè)備要素的電動(dòng)機(jī)、傳感器和微型計(jì)算機(jī)等都是或設(shè)備要素的電動(dòng)機(jī)、傳感器和微型計(jì)算機(jī)等都是功能模塊的實(shí)例。功能模塊的實(shí)例。2 .機(jī)電一體化系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法機(jī)電一體化系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 (4)可靠性設(shè)計(jì)法。可靠性設(shè)計(jì)法。 在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分利用可靠性設(shè)計(jì)在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分利用可靠性設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)方法，對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性分析及可理論，設(shè)計(jì)方法，對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性分析及可靠性評(píng)估和預(yù)測(cè)，采用多種先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段提高產(chǎn)品靠性評(píng)估和預(yù)測(cè)，采用多種先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段提高產(chǎn)品可靠性?？煽啃?。(5)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法。 它是建立在控制論基礎(chǔ)上的方法，在設(shè)計(jì)中要進(jìn)行它是建立在控制論

17、基礎(chǔ)上的方法，在設(shè)計(jì)中要進(jìn)行各種動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析處理，提高設(shè)計(jì)各種動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析處理，提高設(shè)計(jì)的可靠性及安全性，環(huán)境條件的適應(yīng)性。的可靠性及安全性，環(huán)境條件的適應(yīng)性。2 .機(jī)電一體化系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法機(jī)電一體化系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 (6)優(yōu)化設(shè)計(jì)法。優(yōu)化設(shè)計(jì)法。 優(yōu)化設(shè)計(jì)法是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，按照優(yōu)化準(zhǔn)則，優(yōu)化設(shè)計(jì)法是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，按照優(yōu)化準(zhǔn)則，利用實(shí)物模型，數(shù)學(xué)規(guī)化論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合，經(jīng)利用實(shí)物模型，數(shù)學(xué)規(guī)化論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合，經(jīng)反復(fù)計(jì)算和分析后確定最佳設(shè)計(jì)方案，使工程設(shè)計(jì)最反復(fù)計(jì)算和分析后確定最佳設(shè)計(jì)方案，使工程設(shè)計(jì)最優(yōu)化。優(yōu)化。 (7)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

18、法。 利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)的方法，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)的方法，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可快速地進(jìn)行資料檢索、參數(shù)采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可快速地進(jìn)行資料檢索、參數(shù)計(jì)算，確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，自動(dòng)繪圖。計(jì)算，確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，自動(dòng)繪圖。2 .機(jī)電一體化系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法機(jī)電一體化系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 (1)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法立現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法立足于明確設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)目足于明確設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)目標(biāo)標(biāo)，全面、系統(tǒng)地確定設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)條件和最，全面、系統(tǒng)地確定設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)條件和最終設(shè)計(jì)結(jié)果，用現(xiàn)代設(shè)計(jì)原理和理論作指導(dǎo)。終設(shè)計(jì)結(jié)果，用現(xiàn)代設(shè)計(jì)原理和理論作指導(dǎo)。 (2)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法特別現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法特別強(qiáng)調(diào)抽象的設(shè)

19、計(jì)構(gòu)思強(qiáng)調(diào)抽象的設(shè)計(jì)構(gòu)思，防，防止過(guò)早地進(jìn)入某一已經(jīng)定型的實(shí)體結(jié)構(gòu)分析，以止過(guò)早地進(jìn)入某一已經(jīng)定型的實(shí)體結(jié)構(gòu)分析，以便對(duì)系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)關(guān)系作本質(zhì)的和創(chuàng)新的設(shè)便對(duì)系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)關(guān)系作本質(zhì)的和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)構(gòu)思。計(jì)構(gòu)思。 (3)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法經(jīng)常采用擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)思維經(jīng)常采用擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)思維，自始至終地尋求多種可行的方案構(gòu)思，以便從中自始至終地尋求多種可行的方案構(gòu)思，以便從中選擇確定令人滿意的最佳方案，改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇確定令人滿意的最佳方案，改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中慣用的封閉式的設(shè)計(jì)思維和忽略方案搜索的現(xiàn)象慣用的封閉式的設(shè)計(jì)思維和忽略方案搜索的現(xiàn)象，能夠達(dá)到很高的滿意程度。，能夠達(dá)到很高的滿意程度

20、。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)特征現(xiàn)代設(shè)計(jì)特征 (4)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法常采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法常采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)，對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)參數(shù)和技術(shù)性能進(jìn)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)參數(shù)和技術(shù)性能進(jìn)行不同性質(zhì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以求得綜合設(shè)計(jì)優(yōu)行不同性質(zhì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以求得綜合設(shè)計(jì)優(yōu)化的效果。化的效果。 (5)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法常采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)常采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。無(wú)論。無(wú)論是圖形構(gòu)思、繪制，還是動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)計(jì)算，都是圖形構(gòu)思、繪制，還是動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)計(jì)算，都采用了計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)，不僅使設(shè)計(jì)人員解采用了計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)，不僅使設(shè)計(jì)人員解脫了繁重的設(shè)計(jì)工作，也提高了設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量脫了繁

21、重的設(shè)計(jì)工作，也提高了設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和準(zhǔn)確度，并可把主要精力集中于創(chuàng)造性設(shè)計(jì)工和準(zhǔn)確度，并可把主要精力集中于創(chuàng)造性設(shè)計(jì)工作上。作上。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)特征現(xiàn)代設(shè)計(jì)特征 機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模研究與分析一個(gè)系統(tǒng)，首先要研究與分析一個(gè)系統(tǒng)，首先要定性定性地了解系統(tǒng)的地了解系統(tǒng)的工作原理及其特性。但是，如果想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，工作原理及其特性。但是，如果想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，或系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，或者要進(jìn)一步改善系或系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，或者要進(jìn)一步改善系統(tǒng)的性能，那么，僅僅了解工作原理和特性是完全不統(tǒng)的性能，那么，僅僅了解工作原理和特性是完全不夠的。我們還要夠的。我們還要定量地描述系

22、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能定量地描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，揭示系，揭示系統(tǒng)的統(tǒng)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、參數(shù)參數(shù)與與動(dòng)態(tài)性能動(dòng)態(tài)性能之間的關(guān)系。這就需要建之間的關(guān)系。這就需要建立系統(tǒng)的立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型。 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述。描述。描述系統(tǒng)輸系統(tǒng)輸入入、輸出量輸出量以及以及內(nèi)部各變量?jī)?nèi)部各變量之間關(guān)系的之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式，它揭示了，它揭示了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其參數(shù)與其性能之間的內(nèi)在的關(guān)系。對(duì)于同一系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其參數(shù)與其性能之間的內(nèi)在的關(guān)系。對(duì)于同一系統(tǒng)，可以建立多種形式的數(shù)學(xué)模型：可以建立多種形式的數(shù)學(xué)模型：l 微分方程微分方程l 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)l 時(shí)間

23、響應(yīng)函數(shù)時(shí)間響應(yīng)函數(shù)l 頻率特性頻率特性l 狀態(tài)空間模型狀態(tài)空間模型l 。 機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模1.選擇數(shù)學(xué)模型選擇數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型靜態(tài)模型靜態(tài)模型適用于控制適用于控制的模型的模型適用于系統(tǒng)適用于系統(tǒng)優(yōu)化和性能分析優(yōu)化和性能分析的模型的模型 機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模計(jì)算分析法：計(jì)算分析法：根據(jù)系統(tǒng)和元件所遵循的定律推導(dǎo)數(shù)學(xué)表達(dá)式。根據(jù)系統(tǒng)和元件所遵循的定律推導(dǎo)數(shù)學(xué)表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)法：實(shí)驗(yàn)法：人為地對(duì)系統(tǒng)施加某種測(cè)試信號(hào)，記錄其輸出響應(yīng)，通過(guò)數(shù)人為地對(duì)系統(tǒng)施加某種測(cè)試信號(hào)，記錄其輸出響應(yīng)，通過(guò)數(shù)據(jù)整理擬合出比較接近實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。據(jù)整理擬合出比較接近

24、實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。適用于解決輔助的控適用于解決輔助的控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)法模型建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型又稱(chēng)辨識(shí)模型。實(shí)驗(yàn)法模型建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型又稱(chēng)辨識(shí)模型。建立辨識(shí)模型建立辨識(shí)模型的關(guān)鍵是測(cè)試方法及試驗(yàn)信號(hào)的選擇。常用的方法有時(shí)域法、的關(guān)鍵是測(cè)試方法及試驗(yàn)信號(hào)的選擇。常用的方法有時(shí)域法、頻率法和統(tǒng)計(jì)法三種。頻率法和統(tǒng)計(jì)法三種。分析法建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型又被稱(chēng)為機(jī)理模型分析法建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型又被稱(chēng)為機(jī)理模型。機(jī)理模型可反。機(jī)理模型可反映映被控對(duì)象的本質(zhì)被控對(duì)象的本質(zhì)，有較大范圍的，有較大范圍的適應(yīng)性適應(yīng)性，所以在建立數(shù)學(xué)模，所以在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，只要能借助于分析法得到機(jī)理模型即使是部分環(huán)節(jié)也

25、要型時(shí)，只要能借助于分析法得到機(jī)理模型即使是部分環(huán)節(jié)也要盡量考慮。分析法的不足之處是有時(shí)得到的模型過(guò)于復(fù)雜，難盡量考慮。分析法的不足之處是有時(shí)得到的模型過(guò)于復(fù)雜，難于解算，對(duì)于機(jī)理尚不清楚的對(duì)象無(wú)法使用。于解算，對(duì)于機(jī)理尚不清楚的對(duì)象無(wú)法使用。2.確立建模方法確立建模方法例如例如：牛頓運(yùn)動(dòng)定律、歐姆定律、克?；舴蚨桑涣黧w力學(xué)。：牛頓運(yùn)動(dòng)定律、歐姆定律、克希霍夫定律；流體力學(xué)。 機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模3.確定模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)確定模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)（1）機(jī)理模型）機(jī)理模型已知結(jié)構(gòu)、已知結(jié)構(gòu)、參數(shù)的參數(shù)的物理系統(tǒng)物理系統(tǒng)運(yùn)用相應(yīng)物運(yùn)用相應(yīng)物理定律或理定律或定理定理 機(jī)電一體化系統(tǒng)的

26、建模機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模合理分析合理分析簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化推理演繹推理演繹描述系統(tǒng)物理量描述系統(tǒng)物理量動(dòng)、靜態(tài)變化動(dòng)、靜態(tài)變化性能的數(shù)學(xué)模型性能的數(shù)學(xué)模型3.確定模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)確定模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)（2）辨識(shí)模型）辨識(shí)模型采用由特殊到一般的邏輯、采用由特殊到一般的邏輯、歸納方法，其主要依據(jù)來(lái)自系統(tǒng)的大量實(shí)歸納方法，其主要依據(jù)來(lái)自系統(tǒng)的大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)、觀察的實(shí)測(cè)、觀察的物理數(shù)據(jù)物理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律、統(tǒng)計(jì)規(guī)律、系統(tǒng)辨識(shí)等系統(tǒng)辨識(shí)等理論理論 機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模估計(jì)估計(jì)運(yùn)用運(yùn)用系統(tǒng)各物理量系統(tǒng)各物理量相互制約、依相互制約、依次關(guān)系的數(shù)學(xué)次關(guān)系的數(shù)學(xué)模型模型 機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)機(jī)電

27、一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 在機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作環(huán)境中，存在大量的在機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作環(huán)境中，存在大量的電磁信號(hào)，如電網(wǎng)的波動(dòng)、強(qiáng)電設(shè)備的啟停、高電磁信號(hào)，如電網(wǎng)的波動(dòng)、強(qiáng)電設(shè)備的啟停、高壓設(shè)備和開(kāi)關(guān)的電磁輻射等，若系統(tǒng)抵御不住干壓設(shè)備和開(kāi)關(guān)的電磁輻射等，若系統(tǒng)抵御不住干擾的沖擊，各電氣功能模塊將不能進(jìn)行正常的工擾的沖擊，各電氣功能模塊將不能進(jìn)行正常的工作，微機(jī)系統(tǒng)往往會(huì)因干擾產(chǎn)生程序作，微機(jī)系統(tǒng)往往會(huì)因干擾產(chǎn)生程序“跑飛跑飛”，傳感器模塊將會(huì)輸出偽信號(hào)，功率驅(qū)動(dòng)模塊將會(huì)傳感器模塊將會(huì)輸出偽信號(hào)，功率驅(qū)動(dòng)模塊將會(huì)輸出畸變的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作失常，最輸出畸變的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作失常，最

28、終導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生故障，甚至癱瘓。機(jī)電一體化系終導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生故障，甚至癱瘓。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，既要避免被外界干擾，也要考慮系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)中，既要避免被外界干擾，也要考慮系統(tǒng)自身的內(nèi)部相互干擾，同時(shí)還要防止對(duì)環(huán)境的干自身的內(nèi)部相互干擾，同時(shí)還要防止對(duì)環(huán)境的干擾污染。擾污染。 機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 1.1.干擾的定義干擾的定義干擾是指對(duì)系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生不良干擾是指對(duì)系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生不良影響的內(nèi)部或外部因素。影響的內(nèi)部或外部因素。從廣義上講，從廣義上講，機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾因素包括機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾因素包括電磁干電磁干擾擾、溫度干擾、濕度干擾、聲波干擾和、溫度干擾、濕度

29、干擾、聲波干擾和振動(dòng)干擾等等。振動(dòng)干擾等等。 電磁干擾的兩種傳輸途徑：電磁干擾的兩種傳輸途徑：輻射耦合途徑，傳導(dǎo)耦合途徑。輻射耦合途徑，傳導(dǎo)耦合途徑。 電磁干擾的存在必須具備三個(gè)條件：電磁干擾的存在必須具備三個(gè)條件：(1)(1)電磁干擾源；電磁干擾源；(2)(2)電磁干擾傳播途徑；電磁干擾傳播途徑； (3)(3)電磁干擾敏感體。電磁干擾敏感體。 電磁干擾是指在工作過(guò)程中受環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)的一電磁干擾是指在工作過(guò)程中受環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)的一些與有用信號(hào)無(wú)關(guān)的，并且對(duì)系統(tǒng)性能或信號(hào)傳輸有害的些與有用信號(hào)無(wú)關(guān)的，并且對(duì)系統(tǒng)性能或信號(hào)傳輸有害的電氣變化現(xiàn)象。電氣變化現(xiàn)象。 機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技

30、術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)2.形成干擾的三個(gè)要素干擾源接收載體傳播途徑 機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)產(chǎn)生干擾性好的設(shè)備，產(chǎn)生干擾性好的設(shè)備，如變壓器、繼電器、微如變壓器、繼電器、微波設(shè)備、電機(jī)等波設(shè)備、電機(jī)等輻射式傳播輻射式傳播傳導(dǎo)方式式傳播傳導(dǎo)方式式傳播指受影響設(shè)備的某個(gè)環(huán)指受影響設(shè)備的某個(gè)環(huán)節(jié)吸收了干擾信號(hào)，并節(jié)吸收了干擾信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為對(duì)系統(tǒng)造成影響轉(zhuǎn)化為對(duì)系統(tǒng)造成影響的電器參數(shù)。的電器參數(shù)。3. 干擾源干擾源 為了提高機(jī)電一體此系統(tǒng)抗干擾性能，首先須弄清干為了提高機(jī)電一體此系統(tǒng)抗干擾性能，首先須弄清干擾源。從干擾竄入系統(tǒng)的渠道來(lái)看，系統(tǒng)所受到的干擾源擾源。從干擾竄入系

31、統(tǒng)的渠道來(lái)看，系統(tǒng)所受到的干擾源分為供電干擾、過(guò)程通道干擾、場(chǎng)干擾等。分為供電干擾、過(guò)程通道干擾、場(chǎng)干擾等。 圖圖 機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾源機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾源 機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)（1 1）供電干擾）供電干擾 大功率設(shè)備大功率設(shè)備( (特別是大感性負(fù)載的啟停特別是大感性負(fù)載的啟停) )會(huì)造成電網(wǎng)會(huì)造成電網(wǎng)的嚴(yán)重污染，使得電網(wǎng)電壓大幅度地漲落、浪涌，電網(wǎng)電的嚴(yán)重污染，使得電網(wǎng)電壓大幅度地漲落、浪涌，電網(wǎng)電壓的欠壓或過(guò)壓常常超過(guò)額定電壓的壓的欠壓或過(guò)壓常常超過(guò)額定電壓的15%15%以上，這種狀以上，這種狀況有時(shí)長(zhǎng)達(dá)幾分鐘、幾小時(shí)、甚至幾天。由于大功率開(kāi)關(guān)況有時(shí)長(zhǎng)達(dá)幾分

32、鐘、幾小時(shí)、甚至幾天。由于大功率開(kāi)關(guān)的通斷，電動(dòng)機(jī)的啟停等原因，電網(wǎng)上常常出現(xiàn)幾百伏、的通斷，電動(dòng)機(jī)的啟停等原因，電網(wǎng)上常常出現(xiàn)幾百伏、甚至幾千伏的尖峰脈沖干擾。由于我國(guó)采用高壓甚至幾千伏的尖峰脈沖干擾。由于我國(guó)采用高壓(220V)(220V)高高內(nèi)阻電網(wǎng)，電網(wǎng)污染嚴(yán)重，盡管系統(tǒng)采用了穩(wěn)壓措施。但內(nèi)阻電網(wǎng)，電網(wǎng)污染嚴(yán)重，盡管系統(tǒng)采用了穩(wěn)壓措施。但電網(wǎng)噪聲仍會(huì)通過(guò)整流電路串入微機(jī)系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電源電網(wǎng)噪聲仍會(huì)通過(guò)整流電路串入微機(jī)系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電源的投入、瞬時(shí)短路、久壓、過(guò)壓、電網(wǎng)竄入的噪聲引起的投入、瞬時(shí)短路、久壓、過(guò)壓、電網(wǎng)竄入的噪聲引起CPUCPU誤動(dòng)作及數(shù)據(jù)丟失誤動(dòng)作及數(shù)據(jù)丟失占各種干擾的

33、占各種干擾的90%90%以上以上。3. 干擾源干擾源 機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)（2 2）過(guò)程通道干擾）過(guò)程通道干擾 通道干擾主要來(lái)源于長(zhǎng)線傳輸通道干擾主要來(lái)源于長(zhǎng)線傳輸( (傳輸線長(zhǎng)短的定義是傳輸線長(zhǎng)短的定義是相對(duì)于相對(duì)于CPUCPU的晶振頻率而定的，當(dāng)頻率為的晶振頻率而定的，當(dāng)頻率為lMHzlMHz時(shí)，傳輸線長(zhǎng)時(shí)，傳輸線長(zhǎng)度大于度大于0.5m0.5m，頻率為，頻率為4MHz4MHz時(shí)，傳輸線長(zhǎng)度大于時(shí)，傳輸線長(zhǎng)度大于0.3m0.3m時(shí)。視時(shí)。視其為長(zhǎng)傳輸線其為長(zhǎng)傳輸線) )。 當(dāng)系統(tǒng)中有電氣設(shè)備漏電，接地系統(tǒng)不完善，或者傳當(dāng)系統(tǒng)中有電氣設(shè)備漏電，接地系統(tǒng)不完善，或者傳

34、感器測(cè)量部件絕緣不好等，都會(huì)在通道中直接串入很高的共感器測(cè)量部件絕緣不好等，都會(huì)在通道中直接串入很高的共模電壓或差模電壓；模電壓或差模電壓； 各通道的傳輸線如果處于同一根電纜中或捆扎在一起，各通道的傳輸線如果處于同一根電纜中或捆扎在一起，各路間會(huì)通過(guò)分布電感或分布電容產(chǎn)生相互間的干擾。尤其各路間會(huì)通過(guò)分布電感或分布電容產(chǎn)生相互間的干擾。尤其是將是將0 015V15V的信號(hào)線與交流的信號(hào)線與交流220V220V的電源線同處于一根長(zhǎng)達(dá)的電源線同處于一根長(zhǎng)達(dá)幾百米的管道內(nèi)，其干擾相當(dāng)嚴(yán)重。幾百米的管道內(nèi)，其干擾相當(dāng)嚴(yán)重。3. 干擾源干擾源 機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)（3 3）場(chǎng)

35、干擾）場(chǎng)干擾 系統(tǒng)周?chē)目臻g總存在著磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、電場(chǎng)，如太陽(yáng)系統(tǒng)周?chē)目臻g總存在著磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、電場(chǎng)，如太陽(yáng)及天體輻射電磁波；廣播、電話、通訊發(fā)射臺(tái)的電磁波；周及天體輻射電磁波；廣播、電話、通訊發(fā)射臺(tái)的電磁波；周?chē)蓄l設(shè)備圍中頻設(shè)備( (如中頻爐。晶閘管變送電源、微波爐等如中頻爐。晶閘管變送電源、微波爐等) )發(fā)出的發(fā)出的電磁輻射等。這些場(chǎng)干擾會(huì)通過(guò)電源或傳輸線影響各功能模電磁輻射等。這些場(chǎng)干擾會(huì)通過(guò)電源或傳輸線影響各功能模塊的正常工作，使其中的電平發(fā)生變化或產(chǎn)生脈沖干擾信號(hào)。塊的正常工作，使其中的電平發(fā)生變化或產(chǎn)生脈沖干擾信號(hào)。3. 干擾源干擾源 機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干擾技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)抗干

36、擾技術(shù)4. 抗抗供供電干擾的措施電干擾的措施（1 1）配電方案中的抗干擾措施）配電方案中的抗干擾措施 抑制電源干擾首先從配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上采取措施。抑制電源干擾首先從配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上采取措施。圖中的交流穩(wěn)壓器用來(lái)保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，阻止電圖中的交流穩(wěn)壓器用來(lái)保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，阻止電網(wǎng)供電的過(guò)壓或欠壓。網(wǎng)供電的過(guò)壓或欠壓。 （2 2）利用電源監(jiān)視電路抗電源干擾）利用電源監(jiān)視電路抗電源干擾 在系統(tǒng)配電方案中實(shí)施抗干擾措施是必不可少的，但這在系統(tǒng)配電方案中實(shí)施抗干擾措施是必不可少的，但這些措施仍難抵御微秒級(jí)的干擾脈沖及瞬態(tài)掉電，特別是后者些措施仍難抵御微秒級(jí)的干擾脈沖及瞬態(tài)掉電，特別是后者屬于惡

37、性干擾，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的事故。電源監(jiān)視電路的設(shè)計(jì)屬于惡性干擾，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的事故。電源監(jiān)視電路的設(shè)計(jì)是抗電源干擾的一個(gè)有效方法。目前市場(chǎng)提供的電源監(jiān)視集是抗電源干擾的一個(gè)有效方法。目前市場(chǎng)提供的電源監(jiān)視集成電路，一般具有如下的功能成電路，一般具有如下的功能: :(1) (1) 監(jiān)視電源電壓瞬時(shí)短路、瞬間降壓和微秒級(jí)干擾脈沖監(jiān)視電源電壓瞬時(shí)短路、瞬間降壓和微秒級(jí)干擾脈沖及掉電；及掉電；(2) (2) 及時(shí)輸出供及時(shí)輸出供CPUCPU接受的復(fù)位信號(hào)及中斷信號(hào)；接受的復(fù)位信號(hào)及中斷信號(hào)；4. 抗抗供供電干擾的措施電干擾的措施抑制傳輸線干擾措施：光電隔離、雙絞線傳輸、阻抗匹配。抑制傳輸線干擾措施：光電隔

38、離、雙絞線傳輸、阻抗匹配。1 1）光電隔離的長(zhǎng)線浮置措施）光電隔離的長(zhǎng)線浮置措施 利用光電耦合器的電流傳輸特性，在長(zhǎng)線傳輸時(shí)可以將利用光電耦合器的電流傳輸特性，在長(zhǎng)線傳輸時(shí)可以將模塊間兩個(gè)光電耦合器件用連線模塊間兩個(gè)光電耦合器件用連線“浮置浮置”起來(lái)。這種方法不起來(lái)。這種方法不僅有效地消除了各電氣功能模塊間的電流流經(jīng)公共地線時(shí)所僅有效地消除了各電氣功能模塊間的電流流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓互相竄擾，而且有效地解決了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)和阻產(chǎn)生的噪聲電壓互相竄擾，而且有效地解決了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)和阻抗匹配問(wèn)題?？蛊ヅ鋯?wèn)題。 長(zhǎng)線傳輸?shù)墓怦罡≈锰幚黹L(zhǎng)線傳輸?shù)墓怦罡≈锰幚恚?）過(guò)程通道抗干擾措施）過(guò)程通道抗干擾措施

39、2 2）雙絞線傳輸措施）雙絞線傳輸措施 在長(zhǎng)線傳輸中，雙絞線是較常用的一種傳輸線，與同在長(zhǎng)線傳輸中，雙絞線是較常用的一種傳輸線，與同軸電纜相比，雖然頻帶較窄，但阻抗高。降低了共模干擾。軸電纜相比，雖然頻帶較窄，但阻抗高。降低了共模干擾。由于雙絞線構(gòu)成的各個(gè)環(huán)路，改變了線間電磁感應(yīng)的方向。由于雙絞線構(gòu)成的各個(gè)環(huán)路，改變了線間電磁感應(yīng)的方向。使其相互抵消，因而對(duì)電磁場(chǎng)的干擾有一定的抑制效果。使其相互抵消，因而對(duì)電磁場(chǎng)的干擾有一定的抑制效果。光電耦合器與雙絞線聯(lián)合使用光電耦合器與雙絞線聯(lián)合使用3 3）長(zhǎng)線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ洌╅L(zhǎng)線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ?長(zhǎng)線傳輸時(shí)，若收發(fā)長(zhǎng)線傳輸時(shí)，若收發(fā)兩端的阻抗不匹配，則會(huì)兩

40、端的阻抗不匹配，則會(huì)產(chǎn)生信號(hào)反射，使信號(hào)失產(chǎn)生信號(hào)反射，使信號(hào)失真，其危害程度與傳輸?shù)恼?，其危害程度與傳輸?shù)念l率及傳輸線長(zhǎng)度有關(guān)。頻率及傳輸線長(zhǎng)度有關(guān)。為了對(duì)傳輸線進(jìn)行阻抗匹為了對(duì)傳輸線進(jìn)行阻抗匹配，首先要估算出它的特配，首先要估算出它的特性阻抗性阻抗RpRp。a) a) 終端并聯(lián)阻抗匹配終端并聯(lián)阻抗匹配 b) b) 始端串聯(lián)阻抗匹配始端串聯(lián)阻抗匹配 c) c) 終端并聯(lián)隔直流匹配終端并聯(lián)隔直流匹配 d) d) 終端接鉗位二終端接鉗位二極管匹配極管匹配傳輸線的阻抗匹配形式傳輸線的阻抗匹配形式4 4）長(zhǎng)線的電流傳輸）長(zhǎng)線的電流傳輸 長(zhǎng)線傳輸時(shí)，用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較長(zhǎng)線傳輸時(shí)，用電流傳

41、輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。例如，以傳感器直接輸出好的抗干擾能力。例如，以傳感器直接輸出0 020mA20mA電流電流在長(zhǎng)線上傳輸，在接收端可并上在長(zhǎng)線上傳輸，在接收端可并上500(500(或或1k)1k)的精密金的精密金屬膜電阻，將此電流轉(zhuǎn)換為屬膜電阻，將此電流轉(zhuǎn)換為0 05V(5V(或或0 010V)10V)電壓，然后電壓，然后送入送入A/DA/D轉(zhuǎn)換通道。轉(zhuǎn)換通道。傳感器的長(zhǎng)線電流傳輸傳感器的長(zhǎng)線電流傳輸5 5）傳輸線的合理布局）傳輸線的合理布局強(qiáng)電饋線必須單獨(dú)走線，不能與信號(hào)線混扎在一起；強(qiáng)電饋線必須單獨(dú)走線，不能與信號(hào)線混扎在一起；強(qiáng)信號(hào)線與弱信號(hào)線應(yīng)盡量避免平行走向，有條件的場(chǎng)合下，強(qiáng)信號(hào)線與弱信號(hào)線應(yīng)盡量避免平行走向，有條件的場(chǎng)合下，應(yīng)努力使二者正交；應(yīng)努力使二者正交；強(qiáng)弱信號(hào)平行走線時(shí)，線間距離應(yīng)為干擾線內(nèi)徑的強(qiáng)弱信號(hào)平行走線時(shí)，線間距離應(yīng)為干擾線內(nèi)徑的4040倍。倍。 1）軟件濾波）軟件濾波 用軟件來(lái)識(shí)別有用信號(hào)和干擾信號(hào)，并濾除干擾信號(hào)的用軟件來(lái)識(shí)別有用信號(hào)和干擾信號(hào)，并濾除干擾信號(hào)的方法，稱(chēng)為軟件濾波。識(shí)別信號(hào)的原則有三種。方法，稱(chēng)為軟件濾波。識(shí)別信號(hào)的原則有三種。u時(shí)間原則時(shí)間原則:如果掌握了有用信號(hào)和干