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機電一體化技術(shù)及設(shè)計
機電一體化技術(shù)及設(shè)計
【摘 要】當(dāng)前，從傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品向機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品過渡，已經(jīng)在各個領(lǐng)域逐漸出現(xiàn)，這種過渡主要由復(fù)雜的機械系統(tǒng)到簡單的電子控制技術(shù)，其范圍包括監(jiān)控、開環(huán)控制、閉環(huán)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制以及智能控制等。
其實機電一體化技術(shù)伴隨著機械系統(tǒng)的再設(shè)計，以獲得微處理機能夠提供的附加功能的全部優(yōu)點。
由機電一體化到電子系統(tǒng)簡化過程，從而產(chǎn)生更加簡單的機械系統(tǒng)。
機電一體化技術(shù)這個名詞乃是集主功能、動力功能、信息與控制功能上引進(jìn)了電子技術(shù)，并將機械裝置與電子設(shè)備以及軟件等有機結(jié)合而成的系統(tǒng)總稱。
【關(guān)鍵字】 機電一體化技術(shù) 要求設(shè)計原則
一、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)要求
機電一體化系統(tǒng)設(shè)計要達(dá)到各項技術(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，實用性強，安全可靠性高，經(jīng)濟效益好。
同時，在開發(fā)新產(chǎn)品時，還應(yīng)該與世界同類產(chǎn)品比較，注意他們的技術(shù)特點、先進(jìn)性(費效比、節(jié)能節(jié)材、工作柔性等)以及社會效益等。
二、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計原則
(一)首先確定一系列的設(shè)計指標(biāo)，在進(jìn)行機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計，也就是說，對所設(shè)計的系統(tǒng)提出必須滿足的技術(shù)要求，然后才能著手具體系統(tǒng)的設(shè)計。
機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)協(xié)同組合的原則。
在采用機電一體化技術(shù)新概念進(jìn)行工程設(shè)計時，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。
在整個機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計過程中，都必須考慮機械技術(shù)與電子控制技術(shù)的集成，創(chuàng)造出機械、電子以及軟件等有機結(jié)合的新產(chǎn)品。
機電一體化系統(tǒng)設(shè)計往往伴隨著機械系統(tǒng)的再設(shè)計，而且機械系統(tǒng)的再設(shè)計還不是全部。
許多現(xiàn)代的機電一體化工程設(shè)計不是被動的依靠機遇來革新機電產(chǎn)品，而是預(yù)先精心計劃應(yīng)用，并充分集成電子技術(shù)和機械技術(shù)，有目的地創(chuàng)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)品更便宜、更簡單、更可靠以及更具有工作柔性。
機電一體化技術(shù)方法將給產(chǎn)品設(shè)計帶來各種發(fā)展機會。
在進(jìn)行機電一體化系統(tǒng)設(shè)計時，通常應(yīng)遵循如下原則來處理“機”與“電”的關(guān)系：1.在極端情況下，機械的功能可以完全由微處理機和執(zhí)行器取代，從而使電子產(chǎn)品替代機械產(chǎn)品。
2.機械系統(tǒng)可采用機電一體化技術(shù)方法加以簡化。
依靠微處理機和執(zhí)行器可以提供諸如輪廓、速度以及定位控制任務(wù)的功能。
3.將正常設(shè)計的機械與閉環(huán)控制回路相結(jié)合，可以實現(xiàn)增強機械系統(tǒng)的運動速度、精度以及柔性。
在閉環(huán)回路中，固有的比例控制在部件上的應(yīng)力，與終點急剎車的執(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.機電一體化技術(shù)設(shè)汁方法應(yīng)在一開始就注意充分發(fā)揮機械和電子的綜合優(yōu)勢，通過機電互補和集成，以求達(dá)到設(shè)計出最優(yōu)的新產(chǎn)品，適應(yīng)競爭日益激烈的世界市場。
三、機電一體化系統(tǒng)構(gòu)成
機電一體化系統(tǒng)主要由傳感器、調(diào)理電路、測量系統(tǒng)、系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)、系統(tǒng)頻率響應(yīng)、控制器等等。
(一)傳感器
傳感器在機電一體化系統(tǒng)中起著重要作用。
如果沒有傳感器對各種參數(shù)進(jìn)行精確而可靠的自動檢測，那么信號轉(zhuǎn)換、信息處理、控制器的最佳控制等，都是無法進(jìn)行和實現(xiàn)的。
在機電一體化系統(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變化過程的信號轉(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度上一般不能直接地為后面的數(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。
主要討論調(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(tǒng)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(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。
在對具體的測量系統(tǒng)進(jìn)行分析時，常�？梢詫⑾到y(tǒng)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(tǒng)有白己所特有的功能單元和排列順序。
(四)系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)
機電控制系統(tǒng)的運行在時域中最為直觀。
當(dāng)系統(tǒng)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(dāng)t時系統(tǒng)的輸出情況，即穩(wěn)態(tài)狀況;但對動態(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間變化的情況，我們希望系統(tǒng)響應(yīng)滿足穩(wěn)、準(zhǔn)、快。
(五)系統(tǒng)頻率響應(yīng)
時域瞬態(tài)響應(yīng)法是分析控制系統(tǒng)的直接方法，比較直觀，但是不借助計算機時，分析高階系統(tǒng)非常繁瑣。
因此，發(fā)展了其他一些分析控制系統(tǒng)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(tǒng)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(guān)系。
(六)控制器
所謂自動控制，就是指應(yīng)用控制裝置自動地、有目的地控制或操縱機器設(shè)備和過程，使之具備一定的狀態(tài)和性能。
自動控制的任務(wù)是控制某此物理量按照預(yù)先確定的規(guī)律進(jìn)行變化。
控制系統(tǒng)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(shè)備或物體，而所采用的控制裝置就稱力擰制器。
四、結(jié)語
機電一體化技術(shù)已經(jīng)進(jìn)一步開辟設(shè)計和生產(chǎn)新一代高技術(shù)產(chǎn)品。
在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，了解電子系統(tǒng)與機械系統(tǒng)并加以全面推廣和發(fā)展的國家，將處于新一代技術(shù)革命的前列，機電一體化技術(shù)是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。
機電一體化的產(chǎn)品正以驚人的速度不斷涌向市場，其中有些是老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，精密機械與微電子的協(xié)同組合，并且在某種程度上，電子系統(tǒng)取代了精密機械系統(tǒng)的功能，由復(fù)雜精密機械系統(tǒng)到簡單的電子系統(tǒng)簡化過程。
可見“機電一體化技術(shù)”畢將帶給人們不一樣的明天。
凡積極進(jìn)行機電一體化技術(shù)研究未來就會屬于他們。
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