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1、張 建 民 編 著北 京 理 工 大 學(xué) 出 版 社講 授 ： 張 麗 秀沈 陽 建 筑 大 學(xué)交 通 與 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 l 參 考 理 論 學(xué) 時 ： 26+6（ 實(shí) 驗(yàn) ）l 參 考 學(xué) 分 ： 2.5l 先 修 課 程 ： 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 、 單 片 微 機(jī) 原 理 、 機(jī)械 原 理 、 金 屬 切 削 機(jī) 床 等l 選 用 教 材 ： 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 張 建 民 編 著 ， 北京 理 工 大 學(xué) 出 版 社 。l 主 要 參 考 書 ：1 機(jī) 電 一 體 化 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 趙 松 年 主 編 ， 機(jī) 械 工 業(yè) 出版 社2 傳 感 器 原 理 及

2、 工 程 應(yīng) 用 郁 有 文 主 編 ， 西 安 電 子 科 技大 學(xué) 出 版 社 。3 可 編 程 控 制 器 編 程 手 冊 。 日 本 松 下 電 工 株 式 會 社 。4 機(jī) 電 一 體 化 日 高 森 年 編 著 。 科 學(xué) 出 版 社5 機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 及 應(yīng) 用 黃 筱 調(diào) 編 著 1.考 查 : 考 試 成 績（ 50%） 、 平 時 出勤 （ 15%） 、 作 業(yè)（ 15%） 和 實(shí) 驗(yàn) 成績 （ 20%）2. 考 試 :考 試 改 革（ 兩 次 階 段 考試 （ 20%） +實(shí) 驗(yàn) 成 績（ 20%） +期末 考 試 （ 50%）+作 業(yè)（ 10%） ）

3、章 內(nèi) 容 學(xué) 時1 總 論 22 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 的 機(jī) 械 系 統(tǒng)部 件 選 擇 與 設(shè) 計(jì) 63 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 執(zhí) 行 元 件 的選 擇 與 設(shè) 計(jì) 44 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 的 微 機(jī) 控 制系 統(tǒng) 選 擇 及 接 口 設(shè) 計(jì) 125 機(jī) 動 2 總 計(jì) 26 第 1.1節(jié) 機(jī) 電 一 體 化 涵 義1.1.1 機(jī) 電 一 體 化 的 定 義 和 主 要 目 的 定 義 ： 在 機(jī) 械 的 主 功 能 、 動 力 功 能 、 信 息 功 能 、 控 制 功 能 基 礎(chǔ) 上 引 入微 電 子 技 術(shù) ， 并 將 機(jī) 械 裝 置 與 電 子 裝 置 用 相

4、 關(guān) 軟 件 有 機(jī) 地 結(jié) 合 所 構(gòu) 成系 統(tǒng) 的 總 稱 。 (日 本 機(jī) 械 振 興 協(xié) 會 ， 1981） 主 要 目 的 ： 增 加 機(jī) 械 系 統(tǒng) 或 裝 置 的 附 加 值 和 自 動 化 程 度 。 （ 多 功 能 、高 效 、 高 可 靠 性 等 ）機(jī) 械 學(xué) （ Mechanics） + 電 子 學(xué) （ Electronics） = 機(jī) 電 一 體 化 或 機(jī) 械 電 子 工 程 （ Mechatronics）機(jī) 械 技 術(shù)（ 機(jī) 械 學(xué) 、機(jī) 構(gòu) 學(xué) ） 機(jī) 電 一 體化 技 術(shù) 微 電 子 技 術(shù)（ 半 導(dǎo) 體、 IC、 LSI、 VLSI） l 機(jī) 電 一 體 化

5、技 術(shù) 使 機(jī) 械 傳 動 部 分 減 少 ， 因 而 使機(jī) 械 磨 損 ， 配 合 間 隙 及 受 力 變 形 等 所 引 起 的 誤差 大 大 減 少 ， 同 時 由 于 采 用 電 子 技 術(shù) 實(shí) 現(xiàn) 自 動檢 測 ， 控 制 ， 補(bǔ) 償 和 校 正 因 各 種 干 擾 因 素 造 成的 誤 差 ， 從 而 提 高 精 度 。l 機(jī) 電 一 體 化 的 三 大 效 果 ： 省 能 、 省 資 源 、 智 能化為 什 么 采 用 機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù) 可 以 提 高 系 統(tǒng) 的 精 度 ？ 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 或 系 統(tǒng) 的 原 創(chuàng) 性 研 究 與 設(shè)計(jì) 原 創(chuàng) 性 設(shè) 計(jì)

6、。 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 或 系 統(tǒng) 的 機(jī) 械 系 統(tǒng) （ 或 部件 ） 與 微 電 子 系 統(tǒng) （ 或 部 件 ） 相 互 轉(zhuǎn) 換 或 有機(jī) 結(jié) 合 研 究 與 設(shè) 計(jì) 變 異 性 設(shè) 計(jì) 。機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù) 研 究 的 主 要 內(nèi) 容 主 要 研 究 “ 省 能 源 、 省 資 源 、 智 能 化 ”三 大 基 本 要 素 ， 形 成 交 叉 學(xué) 科 的 基 礎(chǔ) 理 論 知識 ， 解 決 機(jī) 電 一 體 化 （ 技 術(shù) ） 設(shè) 計(jì) 中 的 核 心技 術(shù) 問 題 接 口 技 術(shù) 。 （ 1） 基 礎(chǔ) 設(shè) 計(jì) 理 論 、 研 究 方 法 的 形 成 （ 二 次 世 界大 戰(zhàn)

7、前 ）（ 2） 電 子 技 術(shù) 的 時 代 （ 二 次 世 界 大 戰(zhàn) 以 來 ）（ 3） 微 電 子 技 術(shù) 時 代 （ 工 業(yè) 自 動 化 的 大 量 應(yīng) 用 ）（ 4） 機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù) 理 論 體 系 的 初 步 形 成 （ 智 能化 產(chǎn) 品 或 裝 置 的 出 現(xiàn) ）（ 5） 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 與 工 業(yè) 控 制 軟 件 的 應(yīng) 用 （ 智 能化 省 能 源 省 資 源 ）（ 6） 工 業(yè) 自 動 化 和 產(chǎn) 品 自 動 化 （ 智 能 化 自 動化 增 加 附 加 值 ）（ 7） 未 來 發(fā) 展 方 向 （ 高 度 智 能 化 和 自 動 化 ） 1.2.1 機(jī) 電 一

8、 體 化 系 統(tǒng) 的 構(gòu) 成 要 素 與 功 能 特 征五 大 功 能 構(gòu) 成 要 素 ： 機(jī) 械 系 統(tǒng) 、 電 子 信 息 處理 系 統(tǒng) 、 動 力 系 統(tǒng) 、 傳 感 系 統(tǒng) 、 執(zhí) 行 控 制 系統(tǒng) （ 元 件 ） 組 成 及 其 定 義 與 作 用 。 l 機(jī) 械 本 體 ： 用 于 支 撐 和 連 接 其 它 要 素 ， 并 把 這 些 要 素 合 理 地結(jié) 合 起 來 ， 形 成 有 機(jī) 的 整 體 。 必 要 的 組 成 部 分 ， 沒 有 它 ， 系統(tǒng) 的 各 部 件 就 支 離 破 碎 。l 動 力 系 統(tǒng) 。 為 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 提 供 能 量 和 動 力 功

9、 能 ， 去 驅(qū) 動執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 工 作 以 完 成 預(yù) 定 的 主 功 能 ， 包 括 電 、 液 、 氣 等 多 種動 力 源 。l 傳 感 與 檢 測 系 統(tǒng) 。 將 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 在 運(yùn) 行 過 程 中 所 需 要 的自 身 和 外 界 環(huán) 境 的 各 種 參 數(shù) 及 狀 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 成 可 以 測 定 的 物 理 量 ，同 時 利 用 檢 測 系 統(tǒng) 的 功 能 對 這 些 物 理 量 進(jìn) 行 測 定 ， 為 機(jī) 電 一體 化 產(chǎn) 品 提 供 運(yùn) 行 控 制 所 需 的 各 種 信 息 。 l 信 息 處 理 及 控 制 系 統(tǒng) 。 根 據(jù) 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品

10、 的功 能 和 性 能 要 求 ， 信 息 處 理 及 控 制 系 統(tǒng) 接 收 傳感 器 與 檢 測 系 統(tǒng) 的 反 饋 信 息 ， 并 對 其 進(jìn) 行 相 應(yīng)的 處 理 ， 運(yùn) 算 和 決 策 ， 以 對 產(chǎn) 品 的 運(yùn) 行 實(shí) 施 按要 求 的 控 制 。l 執(zhí) 行 部 件 。 在 控 制 信 息 的 作 用 下 完 成 要 求 的 動作 ， 實(shí) 現(xiàn) 產(chǎn) 品 的 主 功 能 。 執(zhí) 行 部 件 一 般 是 運(yùn) 動部 件 ， 常 采 用 機(jī) 械 、 電 液 、 氣 動 等 機(jī) 構(gòu) 。 執(zhí) 行機(jī) 構(gòu) 是 實(shí) 現(xiàn) 產(chǎn) 品 目 的 功 能 的 直 接 執(zhí) 行 者 ， 其 性能 的 好 壞 決 定

11、著 整 個 產(chǎn) 品 的 性 能 。 NC指 令 位 置 控 制 速 度 控 制 電 機(jī) 工 作 臺比 較 器 測 速 機(jī)旋 變 變 換 功 能 （ 加 工 處 理 ） ；傳 遞 功 能 （ 移 動 、 輸 送 ） ；儲 存 功 能 （ 保 持 、 積 蓄 、 記 錄 ） 。 控 制 方 式 ：線 性 控 制 方 式 ；非 線 性 控 制 方 式 ；智 能 控 制 方 式 。 主 功 能 、 信 息 功 能 、 控 制 功 能 、 動 力 功 能 、構(gòu) 造 功 能 。 以 及 各 子 系 統(tǒng) 的 匹 配 技 術(shù) （ 核 心 ） 接口 技 術(shù) 。 （ 變 換 、 傳 遞 、 儲 存 ）主 功 能計(jì)

12、 測 功 能動 力 功 能 控 制 功 能 信 息能 源物 質(zhì)新 輸 出干 擾 廢 棄 物 輸 出動 力 輸 入（ 能 源 ） （ 信 息 ）輸 入控 制 輸 出控 制人 或 其 他 系 統(tǒng)構(gòu)造功能 （ 加 工 機(jī) 構(gòu) ）位 置 檢 測切 削 加 工機(jī)械結(jié)構(gòu)能 外 部 電 源（ 能 源 ）電 源毛坯物質(zhì)原 輸 入 熱 、 振 動 操 作人 員輸 入控 制 （ 信 息 ）控 制 器 CNC 新 輸 出工件物質(zhì)熱 、 振 動 、 切 屑監(jiān) 視CNC程 序圖 紙 信 息 等原 輸 入物 質(zhì)能 源信 息 機(jī) 電 系 統(tǒng) 五 種 內(nèi) 部 功 能 構(gòu) 成 CNC機(jī) 床 內(nèi) 部 功 能 構(gòu) 成 接 口 技

13、術(shù) 的 作 用 ： 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 械 、 電 子 、 信 息 等 各 種 技 術(shù) 在 機(jī)電 一 體 化 系 統(tǒng) 中 的 物 質(zhì) 、 能 源 、 信 息 的 傳遞 與 轉(zhuǎn) 換 ， 達(dá) 到 系 統(tǒng) 所 需 目 的 。接 口 技 術(shù) 的 功 能 ： 系 統(tǒng) 輸 入 /輸 出 接 口 信 息 的 匹 配 。 系 統(tǒng) 信 息 的 轉(zhuǎn) 換 、 調(diào) 整 ， 能 源 信 息 匹 配 。 第 1.3節(jié) 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 要 素相 互 聯(lián) 系 問 題 接 口 技 術(shù) 按 變 換 調(diào) 整 功 能 分 類 ： 零 接 口 （ 導(dǎo) 線 ） ： 不 進(jìn) 行 任 何 變 換 和 調(diào) 整 無 源 接 口 （

14、齒 輪 減 速 器 ） ： 只 用 無 源 要 素 進(jìn) 行 變 換 、 調(diào) 整 有 源 接 口 :（ 電 磁 離 合 器 、 放 大 器 、 A/D等 ） 含 有 有 源 要 素 、 主 動 進(jìn) 行 匹 配 的 接 口 智 能 接 口 : 按 輸 入 輸 出 功 能 分 類 ： 機(jī) 械 接 口 、 物 理 接 口 、 信 息 接 口 、 環(huán) 境接 口 （ 對 周 圍 環(huán) 境 有 保 護(hù) 作 用 ） 。 實(shí) 際 上 ， 機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù) 研 究 的 核 心 問 題 就 是 接 口 技 術(shù) 問 題 。 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 ：（ 1） 確 定 產(chǎn) 品 規(guī) 格 、 性 能 指 標(biāo) 運(yùn) 動 參 數(shù)

15、 、 動 力 參 數(shù) 、 品 質(zhì) 參 數(shù) 。（ 2） 系 統(tǒng) 功 能 部 件 要 素 的 劃 分 功 能 部 件 選 擇 、 設(shè) 計(jì) 和 與 系 統(tǒng) 主 功 能的 匹 配 。（ 3） 接 口 設(shè) 計(jì) 機(jī) 械 接 口 、 物 理 接 口 、 信 息 接 口 、 環(huán)境 接 口 系 統(tǒng) 性 能 、 結(jié) 構(gòu) 質(zhì) 量 的 各 種 定 量 指 標(biāo)和 參 數(shù) ， 系 統(tǒng) 的 附 加 價(jià) 值 ， 滿 足 設(shè) 計(jì) 或 用 戶需 求 的 功 能 性 產(chǎn) 品 或 系 統(tǒng) 為 前 提 。 評 價(jià) 方 法依 據(jù) 產(chǎn) 品 要 求 有 所 不 同 。 （ 5） 可 靠 性 復(fù) 查 （ 6） 試 制 與 調(diào) 試 樣 機(jī) 制

16、造 與 調(diào) 試 、 試 驗(yàn) 。（ 7） 最 終 產(chǎn) 品 結(jié) 果 評 價(jià) 是 否 達(dá) 到 設(shè) 計(jì) 或 用 戶 要 求 依 據(jù) 提 高 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 或 系 統(tǒng) 附 加 價(jià) 值的 各 項(xiàng) 綜 合 指 標(biāo) 作 為 評 價(jià) 體 系 的 制 定 標(biāo) 準(zhǔn) ，即 五 大 內(nèi) 部 功 能 要 素 指 標(biāo) 。系 統(tǒng) （ 產(chǎn) 品 ）內(nèi) 部 功 能 評 價(jià) 參 數(shù) 系 統(tǒng) （ 產(chǎn) 品 價(jià) 值 ）高 低主 功 能 系 統(tǒng) 誤 差抗 干 擾 能 力廢 棄 物 輸 出變 換 效 率 小強(qiáng)少高 大弱多低動 力 功 能 輸 入 能 量能 源 少內(nèi) 裝 多外 裝 控 制 功 能 可 控 輸 入 輸 出 接 口 數(shù)

17、操 作 動 作 數(shù) 多少 少多構(gòu) 造 功 能 尺 寸 、 重 量強(qiáng) 度 小 、 輕高 大 、 重低計(jì) 測 功 能或 信 息 獲 取 精 度靈 敏 度 高響 應(yīng) 快 低響 應(yīng) 慢 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) （ 產(chǎn) 品 ）主 功 能計(jì) 測 、 控 制 功 能動 力 功 能構(gòu) 造 功 能 高 性 能 化機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) （ 產(chǎn) 品 ）低 價(jià) 格 化智 能 化高 可 靠 性 化輕 薄 短 小 化省 能 化 1.6.1 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 一 般 原 則原 則 ： 從 規(guī) 范 性 、 通 用 性 、 耐 環(huán) 境 性 、 可 靠 性 、經(jīng) 濟(jì) 性 等 多 方 面 綜 合 分

18、 析 ， 結(jié) 合 現(xiàn) 代 設(shè) 計(jì) 方 法和 手 段 ， 達(dá) 到 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 三 大 目 的省 能 源 、 省 資 源 、 智 能 化 ， 提 高 機(jī) 電 產(chǎn) 品 的 附加 值 和 自 動 化 程 度 。常 用 的 設(shè) 計(jì) 方 法 ： 機(jī) 電 互 補(bǔ) 法 機(jī) 電 結(jié) 合 （ 融 合 ） 法 機(jī) 電 組 合 法常 見 的 設(shè) 計(jì) 類 型 ： 開 發(fā) 性 設(shè) 計(jì) 適 應(yīng) 性 設(shè) 計(jì) 變 異 性 設(shè) 計(jì) 本 章 節(jié) 應(yīng) 重 點(diǎn) 掌 握 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng)設(shè) 計(jì) 的 內(nèi) 涵 、 作 用 、 目 標(biāo) 以 及 研 究 的主 要 核 心 技 術(shù) 問 題 ， 機(jī) 電 一 體

19、化 系 統(tǒng)（ 產(chǎn) 品 ） 的 構(gòu) 成 要 素 和 功 能 要 素 ， 以及 它 們 之 間 的 相 互 聯(lián) 系 ； 機(jī) 電 一 體 化系 統(tǒng) （ 產(chǎn) 品 ） 的 一 般 設(shè) 計(jì) 設(shè) 計(jì) 工 作 流程 ； 應(yīng) 考 慮 的 方 法 和 設(shè) 計(jì) 類 型 ； 了 解機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) （ 產(chǎn) 品 ） 設(shè) 計(jì) 的 基 本程 序 、 準(zhǔn) 則 與 規(guī) 律 ； 現(xiàn) 代 設(shè) 計(jì) 方 法 在機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) （ 產(chǎn) 品 ） 中 的 應(yīng) 用 。 1 題 ： 機(jī) 電 一 體 化 的 涵 義 、 目 的 、 特 征 、基 本 組 成 要 素 以 及 分 別 實(shí) 現(xiàn) 哪 些 功 能 。 2 題 ： 工 業(yè) 三 大 要 素 指 的 是 什 么 ？ 機(jī) 電一 體 化 設(shè) 計(jì) 的 目 標(biāo) 是 哪 些 ？ 3 題 ： 機(jī) 電 一 體 化 的 接 口 功 能 有 哪 些 ？根 據(jù) 不 同 的 接 口 功 能 試 說 明 接 口 的 種 類 。 4 題 ： 說 明 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 設(shè) 計(jì)思 想 、 方 法 。 5 題 ： 開 發(fā) 性 設(shè) 計(jì) 、 變 異 性 設(shè) 計(jì) 、 適 應(yīng)性 設(shè) 計(jì) 有 何 異 同 ？