機(jī)電一體化技術(shù)及設(shè)計(jì)

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【摘要】當(dāng)前，從傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品過渡，已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域漸漸涌現(xiàn)，這種過渡主要由繁復(fù)的機(jī)械系統(tǒng)到簡約的電子掌握技術(shù)，其范圍包括監(jiān)控、開環(huán)掌握、閉環(huán)掌握、自適應(yīng)掌握、模糊掌握以及智能掌握等。

其實(shí)機(jī)電一體化技術(shù)伴隨著機(jī)械系統(tǒng)的再設(shè)計(jì)，以獲得微處理機(jī)能夠提供的附加功能的全部優(yōu)點(diǎn)。

由機(jī)電一體化到電子系統(tǒng)簡化過程，從而產(chǎn)生更加簡約的機(jī)械系統(tǒng)。

機(jī)電一體化技術(shù)這個(gè)名詞乃是集主功能、動(dòng)力功能、信息與掌握功能上引進(jìn)了電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)結(jié)合而成的系統(tǒng)總稱。

【關(guān)鍵字】機(jī)電一體化技術(shù)要求設(shè)計(jì)原那么

一、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)要求

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)要達(dá)到各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，力求做到系統(tǒng)功能相對齊全，性能指標(biāo)比較合理，有用性強(qiáng)，安全牢靠性高，經(jīng)濟(jì)效益好。

同時(shí)，在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，還應(yīng)當(dāng)與世界同類產(chǎn)品比較，留意他們的技術(shù)特點(diǎn)、先進(jìn)性(費(fèi)效比、節(jié)能節(jié)材、工作柔性等)以及社會(huì)效益等。

二、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原那么

(一)首先確定一系列的設(shè)計(jì)指標(biāo)，在進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也就是說，對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)提出需要滿意的技術(shù)要求，然后才能著手詳細(xì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)協(xié)同組合的原那么。

在采納機(jī)電一體化技術(shù)新概念進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高系統(tǒng)的性能和柔性，要求廣泛的物質(zhì)和信息的集成。

在整個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，都需要考慮機(jī)械技術(shù)與電子掌握技術(shù)的集成，制造出機(jī)械、電子以及軟件等有機(jī)結(jié)合的新產(chǎn)品。

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)往往伴隨著機(jī)械系統(tǒng)的再設(shè)計(jì)，而且機(jī)械系統(tǒng)的再設(shè)計(jì)還不是全部。

很多現(xiàn)代的機(jī)電一體化工程設(shè)計(jì)不是被動(dòng)的依靠機(jī)遇來革新機(jī)電產(chǎn)品，而是預(yù)先細(xì)心計(jì)劃應(yīng)用，并充分集成電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)，有目的地制造出最優(yōu)的新產(chǎn)品，以達(dá)到新的系統(tǒng)比它們的原有產(chǎn)品更廉價(jià)、更簡約、更牢靠以及更具有工作柔性。

機(jī)電一體化技術(shù)方法將給產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來各種進(jìn)展機(jī)會(huì)。

在進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常應(yīng)遵循如下原那么來處理"機(jī)'與"電'的關(guān)系：1.在極端狀況下，機(jī)械的功能可以完全由微處理機(jī)和執(zhí)行器取代，從而使電子產(chǎn)品替代機(jī)械產(chǎn)品。

2.機(jī)械系統(tǒng)可采納機(jī)電一體化技術(shù)方法加以簡化。

依靠微處理機(jī)和執(zhí)行器可以提供諸如輪廓、速度以及定位掌握任務(wù)的功能。

3.將正常設(shè)計(jì)的機(jī)械與閉環(huán)掌握回路相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度、精度以及柔性。

在閉環(huán)回路中，固有的比例掌握在部件上的應(yīng)力，與終點(diǎn)急剎車的執(zhí)行器相比較，要小得多，因此，有關(guān)的部件可以做得更輕、慣量更小。

4.機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)汁方法應(yīng)在一開始就留意充分發(fā)揮機(jī)械和電子的綜合優(yōu)勢，通過機(jī)電互補(bǔ)和集成，以求達(dá)到設(shè)計(jì)出最優(yōu)的新產(chǎn)品，適應(yīng)競爭日益激烈的世界市場。

三、機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成

機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由傳感器、調(diào)理電路、測量系統(tǒng)、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)、系統(tǒng)頻率響應(yīng)、掌握器等等。

(一)傳感器

傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中起著重要作用。

假如沒有傳感器對各種參數(shù)進(jìn)行精確而牢靠的自動(dòng)檢測，那么信號轉(zhuǎn)換、信息處理、掌握器的最正確掌握等，都是無法進(jìn)行和實(shí)現(xiàn)的。

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力、扭矩和壓力傳感器以及溫度傳感器。

(二)調(diào)理電路

傳感元件將被測物理改變過程的信號轉(zhuǎn)化成為各種電路性參數(shù)(如電阻、電容、電感等)或電源性參數(shù)(如電壓、電荷等)形式的信號、但這些信號在種類和強(qiáng)度上一般不能徑直地為后面的數(shù)據(jù)處理和顯示等所利用，需要經(jīng)調(diào)理電路進(jìn)行中間處理。

例如將電路性參數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓、電流信號;弱小信號放大;減小噪聲或選出有用信號等。

主要爭論調(diào)理電路中常用的`電橋電路、調(diào)制與解調(diào)、放大電路、濾波器電路。

(三)測量系統(tǒng)的組成

測量系統(tǒng)或測量儀器是一種具有標(biāo)定特性并用于測量的裝置，它的輸出量能夠反映測量信息并徑直通過顯示裝置力操所接受，它由假設(shè)干個(gè)測量裝置與幫助裝置所組成。

測量系統(tǒng)是由假設(shè)干個(gè)測量變換單元所組成的，各個(gè)單元是以其在測量系統(tǒng)中所起的作用來劃分的，所以這些單元可統(tǒng)稱為功能單元。

在對詳細(xì)的測量系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，經(jīng)?？梢詫⑾到y(tǒng)分解為按肯定順次連接起來的功能單元，各種不同用途的系統(tǒng)有白己所特有的功能單元和排列順次。

(四)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)

機(jī)電掌握系統(tǒng)的運(yùn)行在時(shí)域中最為直觀。

當(dāng)系統(tǒng)輸入某些典型信號時(shí)，利用拉氏變換中的終值定理，我們可以了解當(dāng)t時(shí)系統(tǒng)的輸出狀況，即穩(wěn)態(tài)狀況;但對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)來說，更重要的是要了解系統(tǒng)加上輸入信號后其輸出隨時(shí)間改變的狀況，我們盼望系統(tǒng)響應(yīng)滿意穩(wěn)、準(zhǔn)、快。

(五)系統(tǒng)頻率響應(yīng)

時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)法是分析掌握系統(tǒng)的徑直方法，比較直觀，但是不借助計(jì)算機(jī)時(shí)，分析高階系統(tǒng)特別繁瑣。

因此，進(jìn)展了其他一些分析掌握系統(tǒng)的方法。

其中頻域法是一種工程上廣為采納的分析和綜合系統(tǒng)的間接方法。

另外，存機(jī)械工程中機(jī)械振動(dòng)均頻率特性有著親密的關(guān)系。

(六)掌握器

所謂自動(dòng)掌握，就是指應(yīng)用掌握裝置自動(dòng)地、有目的地掌握或操縱機(jī)器設(shè)備和過程，使之具備肯定的狀態(tài)和性能。

自動(dòng)掌握的任務(wù)是掌握某此物理量根據(jù)預(yù)先確定的規(guī)律進(jìn)行改變。

掌握系統(tǒng)由掌握器和掌握對象組成，其中掌握對象足指被掌握的機(jī)器設(shè)備或物體，而所采納的掌握裝置就稱力擰制器。

四、結(jié)語

機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)進(jìn)一步開拓設(shè)計(jì)和生產(chǎn)新一代高技術(shù)產(chǎn)品。

在科學(xué)技術(shù)飛速進(jìn)展的今日，了解電子系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)并加以全面推廣和進(jìn)展的國家，將處于新一代技術(shù)革命的前列，機(jī)電一體化技術(shù)是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展而逐步形成的。

機(jī)電一體化的產(chǎn)品正以驚人的速度不斷涌向市場，其中有些是