機電系統(tǒng)設計-緒論1第一頁，共55頁。張志安南京理工大學機械電子工程系聯(lián)系方式：EMAIL:QQ：第二頁，共55頁。教材：《機電一體化系統(tǒng)設計》陳荷娟北京理工大學出版社相關知識：機械設計、數字/模擬電路、微機原理、控制工程基礎、測試技術、傳感器技術、電機控制等考核方式：平時成績30%＋考試成績70%第三頁，共55頁。章內容講課習題課小計

1緒論222機電系統(tǒng)分析基礎663系統(tǒng)建模與仿真82104傳感器與接口技術885機電系統(tǒng)的驅動系統(tǒng)設計666機電系統(tǒng)控制技術887機電系統(tǒng)電磁兼容性設計448課程實驗44總計48學時第四頁，共55頁。教學目的

從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，突出系統(tǒng)設計思想，強調系統(tǒng)設計的整體性和技術集成性，著重討論對機電一體化系統(tǒng)進行系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設計的基本理論、建模方法、仿真方法、控制方法等關鍵技術，培養(yǎng)具有系統(tǒng)分析、頂層設計能力的機電一體化系統(tǒng)設計人才。第五頁，共55頁。教學要求

能從機電一體化產品整機的角度和系統(tǒng)的觀點了解一般機電一體化產品的設計規(guī)律和特點，掌握機電一體化產品設計的基本方法、原理和技術，并具有對各類機電一體化產品進行系統(tǒng)設計的能力。第六頁，共55頁。1緒論▲

1.1機電一體化系統(tǒng)涵義▲

1.2機電一體化系統(tǒng)的基本構成▲

1.3機電一體化系統(tǒng)中的關鍵技術▲

1.4機電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢▲1.5機電一體化產品設計過程第七頁，共55頁。1.1機電一體化系統(tǒng)涵義☆Mechatronics=mechanics+electronics☆機電一體化:

是在機械主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統(tǒng)的總稱。

機電一體化機械學的詞頭電子學的詞尾第八頁，共55頁。1.1機電一體化系統(tǒng)涵義☆機電一體化技術

將機械技術、電子技術、傳感測試技術、接口技術、信息技術、計算機技術、自動控制技術等相融合的一種綜合性技術，而不是機械技術、微電子技術以及其他新技術的簡單組合、拼湊。

第九頁，共55頁。1.1機電一體化系統(tǒng)涵義☆機電一體化系統(tǒng)

具有機電一體化技術的一種新型的機電系統(tǒng)。應用機電一體化技術的機械產品就稱為機電一體化產品。

機電一體化產品汽車機器人各類家電數控機床第十頁，共55頁。從系統(tǒng)的觀點看，機電一體化系統(tǒng)體現整體性，是一個由相互區(qū)別、相互作用的機械、電子部分有機地聯(lián)結在一起，為同一目的而完成某種功能的集合體。它包含物質、信息和運動三部分，在系統(tǒng)程序和電子電路的有序信息流控制下，形成物質和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質量、高精度、高可靠性、低功耗上實現多種功能復合的最佳功能價值。1.1機電一體化系統(tǒng)涵義☆機電一體化系統(tǒng)第十一頁，共55頁。1.1機電一體化系統(tǒng)涵義☆機電一體化產品

與傳統(tǒng)產品的區(qū)別與傳統(tǒng)機械產品、電氣化機械產品和一般電子產品不同，后者主要支撐技術是機械技術、電工技術，主要功能是代替或放大人的體力。但是，機電一體化產品，除了將微電子裝置代替機械部件的功能外，還能夠賦予產品新的功能，如自動監(jiān)測、自動處理信息、自動調節(jié)與控制、自動診斷與保護、自動顯示，等等，它不僅是人的體力放大，還是人的肢體和感官與大腦的延伸，具有“智能化”的特征。第十二頁，共55頁。1.2.1機電一體化系統(tǒng)的構成及其要素

1.2機電一體化系統(tǒng)的基本構成1.2.2機電一體化系統(tǒng)構成要素的聯(lián)接第十三頁，共55頁?！餀C電一體化系統(tǒng)主要解決的問題物質流、能量流和信息流（所謂工業(yè)三大要素）的問題，其主要功能是對物質、能量和信息的變換（處理）、傳遞（移動、傳輸）、存儲（保持、積蓄和記錄）。1.2.1機電一體化系統(tǒng)的構成及其要素

第十四頁，共55頁。1.2.1機電一體化系統(tǒng)的構成及其要素

機電一體化控制系統(tǒng)組成框圖第十五頁，共55頁。1.2.1機電一體化系統(tǒng)的構成及其要素

機電一體化系統(tǒng)要素構成機電一體化系統(tǒng)五大部分◆機械本體

◆動力與驅動◆執(zhí)行機構◆傳感測試

◆控制及信息處理第十六頁，共55頁。1.2.1機電一體化系統(tǒng)的構成及其要素

人體構成要素人體要素對應功能以人為參照物第十七頁，共55頁。1.2.1機電一體化系統(tǒng)的構成及其要素

機電一體化系統(tǒng)構成要素與人體構成要素的對應關系

機電一體化系統(tǒng)要素功能人體要素控制器（計算機等）控制（信息存儲、處理、傳送）頭腦傳感器檢測（信息收集與變換）感官執(zhí)行部件驅動（操作）四肢動力源提供能力（能量）內臟機械本體支持與連接軀干第十八頁，共55頁。1.2.1機電一體化系統(tǒng)的構成及其要素

第十九頁，共55頁。1．變換2．放大3．耦合4．能量轉換5．信息控制6．運動傳遞

1.2.1機電一體化系統(tǒng)的構成及其要素

在四大原則的基礎上實現如下功能第二十頁，共55頁。1.2.2機電一體化系統(tǒng)構成要素的聯(lián)接第二十一頁，共55頁。1.3機電一體化系統(tǒng)中的關鍵技術系統(tǒng)總體技術機械技術傳感與檢測技術計算機與信息處理技術自動控制技術伺服傳動技術第二十二頁，共55頁。系統(tǒng)總體技術1.3機電一體化系統(tǒng)中的關鍵技術第二十三頁，共55頁。第二十四頁，共55頁。一維彈道修正彈工作前后對比第二十五頁，共55頁。第二十六頁，共55頁。第二十七頁，共55頁。機械技術1.3機電一體化系統(tǒng)中的關鍵技術第二十八頁，共55頁。第二十九頁，共55頁。第三十頁，共55頁。傳感與檢測技術1.3機電一體化系統(tǒng)中的關鍵技術第三十一頁，共55頁。第三十二頁，共55頁。第三十三頁，共55頁。計算機與信息處理技術1.3機電一體化系統(tǒng)中的關鍵技術第三十四頁，共55頁。自動控制技術1.3機電一體化系統(tǒng)中的關鍵技術第三十五頁，共55頁。伺服傳動技術1.3機電一體化系統(tǒng)中的關鍵技術第三十六頁，共55頁。第三十七頁，共55頁。1.4機電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢第一階段：20世紀60年代以前發(fā)展階段第二階段：20世紀70～80年代第三階段：20世紀90年代后期二次世界大戰(zhàn)二戰(zhàn)后的日本智能化方向我國在80年代初才開始研究第三十八頁，共55頁。1.4機電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢模塊化智能化網絡化微型化綠色化人格化發(fā)展趨勢第三十九頁，共55頁。1.4機電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢1、模塊化第四十頁，共55頁。1.4機電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢2、智能化第四十一頁，共55頁。1.4機電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢3、網絡化第四十二頁，共55頁。1.4機電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢4、微型化第四十三頁，共55頁。1.4機電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢5、綠色化第四十四頁，共55頁。1.4機電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢6、人格化第四十五頁，共55頁。1.5機電一體化產品設計過程市場調研總體方案設計詳細設計樣機試制與試驗小批量生產大批量生產第四十六頁，共55頁。市場調研1.5機電一體化產品設計過程

市場調研包括市場調查和市場預測。所謂市場調查就是運用科學的方法，系統(tǒng)地、全面地收集所設計產品市場需求和經銷方面的情況和資料，分析研究產品在供需雙方之間進行轉移的狀況和趨勢，而市場預測就是在市場調查的基礎上，運用科學方法和手段，根據歷史資料和現狀，通過定性的經驗分析或定量的科學計算，對市場未來的不確定因素和條件做出預計、測算和判斷，為產品的方案設計提供依據。第四十七頁，共55頁。總體方案設計1.5機電一體化產品設計過程產品方案構思：產品方案構思完成后，以方案圖的形式將設計方案表達出來。方案圖應盡可能簡潔明了，反映機電一體化系統(tǒng)各組成部分的相互關系，同時應便于后面的修改。方案的評價：對多種構思和多種方案進行篩選，選擇較好的可行方案進行分析組合和評價，從中再選幾個方案按照機電一體化系統(tǒng)設計評價原則和評價方法進行深入的綜合分析評價，最后確定實施方案。第四十八頁，共55頁。1.5機電一體化產品設計過程詳細設計詳細設計是根據綜合評價后確定的系統(tǒng)方案，從技術上將其細節(jié)逐層全部展開，直至完成產品樣機試制所需全部技術圖紙及文件的過程。

第四十九頁，共55頁。1.5機電一體化產品設計過程樣機試制與試驗

完成產品的詳細設計后，即可進入樣機試制與試驗階段。根據制造的成本和性能試驗的要求，一般制造幾臺樣機供試驗使用。樣機的試驗分為實驗室試驗和實際工況試驗，通過試驗考核樣機的各種性能指標是否滿足設計要求，考核樣機的可靠性。如果樣機的性能指標和可靠性不滿足設計要求，則要修改設計，重新制造樣機，重新試驗。如果樣機的性能指標和可靠性滿足設計要求，則進入產品的小批量生產階段。第五十頁，共55頁。小批量生產1.5機電一體化產品設計過程產品的小批量生產階段實際上是產品