機電一體化技術及設計

　　機電一體化技術及設計

　　【摘 要】當前，從傳統的機械產品向機電一體化系統或產品過渡，已經在各個領域逐漸出現，這種過渡主要由復雜的機械系統到簡單的電子控制技術，其范圍包括監控、開環控制、閉環控制、自適應控制、模糊控制以及智能控制等。

　　其實機電一體化技術伴隨著機械系統的再設計，以獲得微處理機能夠提供的附加功能的全部優點。

　　由機電一體化到電子系統簡化過程，從而產生更加簡單的機械系統。

　　機電一體化技術這個名詞乃是集主功能、動力功能、信息與控制功能上引進了電子技術，并將機械裝置與電子設備以及軟件等有機結合而成的系統總稱。

　　【關鍵字】 機電一體化技術 要求設計原則

　　一、機電一體化系統設計技術要求

　　機電一體化系統設計要達到各項技術指標，力求做到系統功能相對齊全，性能指標比較合理，實用性強，安全可靠性高，經濟效益好。

　　同時，在開發新產品時，還應該與世界同類產品比較，注意他們的技術特點、先進性(費效比、節能節材、工作柔性等)以及社會效益等。

　　二、機電一體化系統設計原則

　　(一)首先確定一系列的設計指標，在進行機電一體化系統的設計，也就是說，對所設計的系統提出必須滿足的技術要求，然后才能著手具體系統的設計。

　　機械系統與微電子系統協同組合的原則。

　　在采用機電一體化技術新概念進行工程設計時，為了提高系統的性能和柔性，要求廣泛的物質和信息的集成。

　　在整個機電一體化系統的設計過程中，都必須考慮機械技術與電子控制技術的集成，創造出機械、電子以及軟件等有機結合的新產品。

　　機電一體化系統設計往往伴隨著機械系統的再設計，而且機械系統的再設計還不是全部。

　　許多現代的機電一體化工程設計不是被動的依靠機遇來革新機電產品，而是預先精心計劃應用，并充分集成電子技術和機械技術，有目的地創造出最優的新產品，以達到新的系統比它們的原有產品更便宜、更簡單、更可靠以及更具有工作柔性。

　　機電一體化技術方法將給產品設計帶來各種發展機會。

　　在進行機電一體化系統設計時，通常應遵循如下原則來處理“機”與“電”的關系：1.在極端情況下，機械的功能可以完全由微處理機和執行器取代，從而使電子產品替代機械產品。

　　2.機械系統可采用機電一體化技術方法加以簡化。

　　依靠微處理機和執行器可以提供諸如輪廓、速度以及定位控制任務的功能。

　　3.將正常設計的機械與閉環控制回路相結合，可以實現增強機械系統的運動速度、精度以及柔性。

　　在閉環回路中，固有的比例控制在部件上的應力，與終點急剎車的執行器相比較，要小得多，因此，有關的部件可以做得更輕、慣量更小。

　　4.機電一體化技術設汁方法應在一開始就注意充分發揮機械和電子的綜合優勢，通過機電互補和集成，以求達到設計出最優的新產品，適應競爭日益激烈的世界市場。

　　三、機電一體化系統構成

　　機電一體化系統主要由傳感器、調理電路、測量系統、系統動態響應、系統頻率響應、控制器等等。

　　(一)傳感器

　　傳感器在機電一體化系統中起著重要作用。

　　如果沒有傳感器對各種參數進行精確而可靠的自動檢測，那么信號轉換、信息處理、控制器的最佳控制等，都是無法進行和實現的。

　　在機電一體化系統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)調理電路

　　傳感元件將被測物理變化過程的信號轉化成為各種電路性參數(如電阻、電容、電感等)或電源性參數(如電壓、電荷等)形式的信號、但這些信號在種類和強度上一般不能直接地為后面的數據處理和顯示等所利用，需要經調理電路進行中間處理。

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

　　主要討論調理電路中常用的電橋電路、調制與解調、放大電路、濾波器電路。

　　(三)測量系統的組成

　　測量系統或測量儀器是一種具有標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直接通過顯示裝置力操作者所接受，它由若干個測量裝置與輔助裝置所組成。

　　測量系統是由若干個測量變換單元所組成的，各個單元是以其在測量系統中所起的作用來劃分的，所以這些單元可統稱為功能單元。

　　在對具體的測量系統進行分析時，常常可以將系統分解為按一定順序連接起來的功能單元，各種不同用途的系統有白己所特有的功能單元和排列順序。

　　(四)系統動態響應

　　機電控制系統的運行在時域中最為直觀。

　　當系統輸入某些典型信號時，利用拉氏變換中的終值定理，我們可以了解當t時系統的輸出情況，即穩態狀況;但對動態系統來說，更重要的是要了解系統加上輸入信號后其輸出隨時間變化的情況，我們希望系統響應滿足穩、準、快。

　　(五)系統頻率響應

　　時域瞬態響應法是分析控制系統的直接方法，比較直觀，但是不借助計算機時，分析高階系統非常繁瑣。

　　因此，發展了其他一些分析控制系統的方法。

　　其中頻域法是一種工程上廣為采用的分析和綜合系統的間接方法。

　　另外，存機械工程中機械振動均頻率特性有著密切的關系。

　　(六)控制器

　　所謂自動控制，就是指應用控制裝置自動地、有目的地控制或操縱機器設備和過程，使之具備一定的狀態和性能。

　　自動控制的任務是控制某此物理量按照預先確定的規律進行變化。

　　控制系統由控制器和控制對象組成，其中控制對象足指被控制的機器設備或物體，而所采用的控制裝置就稱力擰制器。

　　四、結語

　　機電一體化技術已經進一步開辟設計和生產新一代高技術產品。

　　在科學技術飛速發展的今天，了解電子系統與機械系統并加以全面推廣和發展的國家，將處于新一代技術革命的前列，機電一體化技術是隨著現代科學技術的發展而逐步形成的。

　　機電一體化的產品正以驚人的速度不斷涌向市場，其中有些是老產品的更新換代，精密機械與微電子的協同組合，并且在某種程度上，電子系統取代了精密機械系統的功能，由復雜精密機械系統到簡單的電子系統簡化過程。

　　可見“機電一體化技術”畢將帶給人們不一樣的明天。

　　凡積極進行機電一體化技術研究未來就會屬于他們。

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