机电一体化教案-概论部分

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1、安徽工贸职业技术学院机电一体化系统教案授课学时分派表课程名称机电一体化系统课程代码授课教师陈其祥职 称高工授课学期200 年第 二 学期筹划学时第 周第 周;共 80学时;其中理论70学时实验 8学时，习题 2学时, 等学 时 分 配章节名称学时其中理论学时习题学时第一章概论2第二章系统中的机械构造44第三章检测环节5第四章控制系统761第五章常用控制方式871第六章执行装置及其控制77第七章工业机器人技术4第八章一体化产品实例5章节名称 第1 章 概论 第1节 机电一体化的概念教学目的.理解机电一体化的基本概念2.理解机电一体化的典型应用数控技术.理解柔性制造技术概念4理解F、CIMS概念课

2、程重点难点1.机电一体化技术的概念. FMS、CM概念教学措施及手段1课堂理论课讲授2.多媒体教学课件播放辅助教学机电一体化基本概念。机电一体化的历史机电一体化又称机械电子学,英文称为Meharoncs,它是由英文机械学echancs的前半部分与电子学Elctonics 的后半部分组合而成。机电一体化最早出目前197年日本机械设计杂志的副刊上,随着机电一体化技术的迅速发展，机电一体化的概念被人们广泛接受和普遍使用。996年出版的WEBSTR大词典收录了这个日本造的英文单词，这不仅意味着 “Mechatrons”这个单词得到了世界各国学术界和公司界的承认,并且还意味着“机电一体化”的哲理和思想为

3、世人所接受。机电一体化信息科学机械学电子学图1- 1机电一体化与其他学科的关系。机电一体化的定义到目前为止，就机电一体化这一概念的内涵国内外学术界还没有一种完全统一的表述。一般觉得，3。定义机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中互相交叉、互相渗入而形成的一门新兴边沿性技术学科。4。定义的三重含义：（1）机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科互相融合而形成的学科。图1-1形象地体现了机电一体化与机械学、电子学和信息科学之间的互相关系;(2)机电一体化是一种发展中的概念,初期的机电一体化就像其字面所表述的那样,重要强调机械与电子的结合，即将电子技术“溶入”

4、到机械技术中而形成新的技术与产品。随着机电一体化技术的发展，以计算机技术、通信技术和控制技术为特性的信息技术（即所谓的“3C”技术:opuer、ommniaton和 ntolTehnology)“渗入”到机械技术中，丰富了机电一体化的含义,现代的机电一体化不仅仅指机械、电子与信息技术的结合,还涉及光（光学）机电一体化、机电气（气压)一体化、机电液(液压）一体化、机电仪（仪器仪表)一体化等；(3)机电一体化体现了技术之间互相结合的学术思想,强调多种技术在机电产品中的互相协调,以达到系统总体最优。换句话说，机电一体化是多种技术学科有机结合的产物,而不是它们的简朴叠加。从概念的外延来看,机电一体化涉

5、及机电一体化技术和机电一体化产品两个方面。机电一体化技术是从系统工程的观点出发，将机械、电子和信息等有关技术有机结合起来，以实现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术重要涉及技术原理和使机电一体化产品(或系统)得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一种技术群(族)的总称，涉及检测传感技术、信息解决技术、伺服驱动技术、自动控制技术、机械技术及系统总体技术等。机电一体化产品有时也称为机电一体化系统,它们是两个相近的概念，一般机电一体化产品指独立存在的机电结合产品，而机电一体化系统重要指依附于主产品的部件系统,这样的系统事实上也是机电一体化产品。机电一体化产品是由机械系统（或部件）与电

6、子系统（或部件）及信息解决单元(硬件和软件）有机结合、而赋予了新功能和新性能的高科技产品。由于在机械本体中“溶入”了电子技术和信息技术，与纯正的机械产品相比，机电一体化产品的性能得到了主线的提高，具有满足人们使用规定的最佳功能。5。应用概况现实生活中的机电一体化产品比比皆是。我们平常生活中使用的全自动洗衣机、空调及全自动照相机,都是典型的机电一体化产品;在机械制造领域中广泛使用的多种数控机床、工业机器人、三坐标测量仪及全自动仓储,也是典型的机电一体化产品;而汽车更是机电一体化技术成功应用的典范，目前汽车上成功应用和正在开发的机电一体化系统达数十种之多,特别是发动机电子控制系统、汽车防抱死制动系

7、统、全积极和半积极悬架等机电一体化系统在汽车上的应用,使得现代汽车的乘坐舒服性、行驶安全性及环保性能都得到了很大的改善;在农业工程领域，机电一体化技术也在一定范畴内得到了应用,如拖拉机自动驾驶系统、悬挂式农具的自动调节系统、联合收获机工作部件(如脱粒清选装置)的监控系统、温室环境自动控制系统等。 作业： 1 简述机电一体化技术的定义 2 简述机电一体化技术定义的三重含义 章节名称 第1 章 第2节教学名称机电一体化系统的构成教学时数 教学目的1一般掌握述机电一体化技术构成的概念2理解重要构成部分的基本内容3.重点理解控制信息解决单元，接口单元和执行机构课程重点难点控制信息解决单元的基本概况2.

8、 接口单元的作用和意义教学措施及手段1课堂理论课讲授2.多媒体教学课件播放辅助教学机电一体化系统的构成1。一般概念老式的机械产品一般由动力源、传动机构和工作机构等构成。机电一体化系统是在老式机械产品的基本上发展起来的，是机械与电子、信息技术结合的产物,它除了涉及老式机械产品的构成部分以外,还具有与电子技术和信息技术有关的构成要素。一般而言,一种较完善的机电一体化系统涉及如下几种基本要素:（1)机械本体，（）检测传感部分、(3）电子控制单元、（）执行器和动力源，(5)各要素之间通过接口相联系（见图12）。执行器控制信息电子控制单元动力源检测传感部分机械本体参数变化信息驱动力能 量检测参数图1-

9、2机电一体化系统的构成(1) 机械本体 机械本体涉及机架、机械连接、机械传动等。所有的机电一体化系统都具有机械部分,它是机电一体化系统的基本，起着支撑系统中其他功能单元，传递运动和动力的作用。与纯正的机械产品相比，机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强，这就规定机械本体在机械构造、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面可以与之相适应，具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点。(2) 检测传感部分 检测传感部分涉及多种传感器及其信号检测电路,其作用就是监测机电一体化系统工作过程中自身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元,电子控制单元根据检测到的信息向执行器发出相应

10、的控制指令。机电一体化系统规定传感器精度、敏捷度、响应速度和信噪比高；漂移小、稳定性高；可靠性好；不易受被测对象特性（如电阻、导磁率等）的影响;对抗恶劣环境条件（如油污、高温、泥浆等)的能力强；体积小、重量轻、对整机的适应性好;不受高频干扰和强磁场等外部环境的影响;操作性能好,现场维修解决简朴；价格低廉。(3) 电子控制单元 电子控制单元又称ECU （ectric CntrolUnt), 是机电一体化系统的核心,负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息解决成果,按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运营。电子控制单元由硬件和软件构成，系统

11、硬件一般由计算机、可编程控制器(PLC)、数控装置以及逻辑电路、/D与D/A转换、I0接口和计算机外部设备等构成;系统软件为固化在计算机存储器内的信息解决和控制程序,根据系统正常工作的规定编写。机电一体化系统对控制和信息解决单元的基本规定是，提高信息解决速度、提高可靠性、增强抗干扰能力以及完善系统自诊断功能、实现信息解决智能化和小型、轻量、原则化等。(4) 执行器 执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件，一般采用电力驱动、气压驱动和液压驱动几种方式。机电一体化系统一方面规定执行器效率高、响应速度快，同步规定对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性好，可靠性高。由

12、于几何尺寸上的限制,动作范畴狭窄,还需考虑维修和实行原则化。由于电工电子技术的高度发展，高性能步进驱动、直流和交流伺服驱动电机已大量应用于机电一体化系统。(5) 动力源 动力源是机电一体化产品能量供应部分,其作用就是按照系统控制规定向机器系统提供能量和动力使系统正常运营。提供能量的方式涉及电能、气能和液压能，以电能为主。除了规定可靠性好以外,机电一体化产品还规定动力源的效率高,即用尽量小的动力输入获得尽量大的功率输出。 机电一体化产品的五个基本构成要素之间并非彼此无关或简朴拼凑、叠加在一起，工作中它们各司其职,互相补充、互相协调，共同完毕所规定的功能，即在机械本体的支持下,由传感器检测产品的运

13、营状态及环境变化，将信息反馈给电子控制单元，电子控制单元对多种信息进行解决，并按规定控制执行器的运动,执行器的能源则由动力部分提供。在构造上，各构成要素通过多种接口及有关软件有机地结合在一起,构成一种内部合理匹配、外部效能最佳的完整产品。例如，我们平常使用的全自动照相机就是典型的机电一体化产品,其内部装有测光测距传感器，测得的信号由微解决器进行解决，根据信息解决成果控制微型电动机，由微型电动机驱动快门、变焦及卷片倒片机构,从测光、测距、调光、调焦、曝光到卷片、倒片、闪光及其他附件的控制都实现了自动化。又如，汽车上广泛应用的发动机燃油喷射控制系统也是典型的机电一体化系统。分布在发动机上的空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、进气歧管绝对压力传感器、爆燃传感器、氧传感器等持续不断地检测发动机的工作状况和燃油在燃烧室的燃烧状况,并将信号传给电子控制装置ECU,CU一方面根据进气歧管绝对压力传感器或空气流量计的进气量信号及发动机转速信号，计算基本喷油时间,然后再根据发动机的水温、节气门开度等工作参数信号对其进行修正,拟定目前工况下的最佳喷油持续时间，从而控制发动机的空燃比。此外,根据发动机的规定，ECU还具有控制发动机的点火时间、怠速转速、废气再循环率、故障自诊断等功能。 作业: 1简述机电一体化系统的重要构成部分 2简述机电一体化系统的重要构成部分的基本功能