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1、机电一体化的发展历程和发展趋向系另I:机电系专 业：电气工程及其自动化学生姓名： 指导老师： 日期：2012年6月2日1 .机电一体化技术发展历程1数控机床的问世,写下了 “机电一体化”历史的第一页。2微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生气。3可编程序控制器、“电力电子”等的发展为“机电一体化”提供了坚强基础。 4激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化跃上新台阶。2.机电一体化发展趋向1. 数字化微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和 机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设 计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软
2、件具有高可靠性、易操 作性、可维护性、诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、 诊断和修复。2. 智能化即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自 主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和 智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经 网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电 一体化技术发展开辟了广阔天地。3. 模块化由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、 动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如 研制具有集减
3、速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识 别和测距等功能的电机-体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这 些标准模块化单元迅速开发出新的产品。4. 网络化由了网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控 制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络 化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成 家用电器系统，使人们在家里W充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一 体化产品无疑应朝网络化方向发展。5. 人性化机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智 能、情感和人性显得愈来愈重
4、要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在 色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术亨受， 如家用机器人的最高境界就是人机-体化。6. 微型化微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统 （Micro Electronic Mechanical Systems,简称 MEMS）是指可批量制作的,集微 型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和 电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用 微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外 在MEMS工艺、材料以及微
5、观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS 器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器）， 各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以 及微机器人等）。7. 集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与 复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了 实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先 可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而乂安全地运转， 然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。8. 带源化是指机电一体化
6、产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具 有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。9. 绿色化科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源 减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续 发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低 污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合 环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生 态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。10.
7、光机电一体化一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部 件组成的.因此，引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一 体化系统的传感系统、能源（动力）系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产 品发展的重要趋向.11. 自律分配系统化柔性化未来的机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”， 能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统” O在自律分配系统中，各个 子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”， 可根据不同的环境条件作出不同反应。其特征是子系统可产生本身的信息并附加 所给信息，在总的前提下，具体
8、“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了 系统的适应能力（柔性），乂不因某一子系统的故障而影响整个系统。12. 全息系统化智能化今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要 收益于模糊技术、信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。除此之外，其系统 的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向 联系。13. “生物一软件”化一彷生物系统化今后的机电一体化装置对信息的依靠性很大，并且往往在结构上是处于“静态” 时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物摘要：当控制 系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而汽控制系统（大脑）工
9、作时，生物就 很有活力。仿生学探究领域中已发现的-些生物体优良的机构可为机电一体化产 品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入探究。这一探究领域称为“生物软件”或“生物系统”，而生物的特征是硬 件（肌 体）软件（大脑）一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统 化发展趋，但有一段漫长的道路要走。14. 微型机电化微型化目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中巳制造出亚微米级的 机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。 届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在 一起，体积很小，并组成一种
10、自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发 展方向。在机电一体化控制中，该执行机构集微机技术和执行器技术于一体，是-种 新型的终端控制单元，其电机是通过内部集成的一体化变频器来控制，因此，同 一台智能执行机构可以在一定范围内具有不同的运行速度和关断力矩。该智能执 行机构采用了液晶显示技术，它利用内置的液晶显示板，不仅可以显示阀门的开、 关状态和正常运行时阀门的开度，还可以通过菜单选择运行参数设定，当系统出 现故障时，能显示出故障信息。总之，该执行机构集测量、决断、执行3种功能 于一体，顺应了电动执行机构的发展趋势，它的研制成功给电动执行机构的研究 开发提供了新的思路。建国以来，我国电力系统继电保护技术经历了4个时代。 随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着 进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保 护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出了艰 巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。发展机电一体化，开发和生产有关的机电 一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性， 可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须 改换设备。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生 产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。
