第2章機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)一般步驟與方法

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者要以系統(tǒng)的、整體的思想來(lái)考慮設(shè)計(jì)過(guò)程中的許多綜合性技術(shù)問(wèn)題。為了避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失,開(kāi)發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)該遵循一定的科學(xué)原則，通常包括市場(chǎng)調(diào)查、初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)主要步驟。2.1.1市場(chǎng)調(diào)查

1.消費(fèi)者的潛在需要2.用戶對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的反映3.產(chǎn)品市場(chǎng)壽命周期產(chǎn)生的階段要求4.競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的技術(shù)挑戰(zhàn)5.技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)6.社會(huì)的需要2.1.2初步設(shè)計(jì)：

1.方案設(shè)計(jì)在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)程序中,方案設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期工作,它根據(jù)功能要求,首先構(gòu)建出滿足功能要求的產(chǎn)品簡(jiǎn)圖,其中包括結(jié)構(gòu)類型和尺度的示意圖及相對(duì)關(guān)系。這就勾畫(huà)出產(chǎn)品的方案,可作為構(gòu)形設(shè)計(jì)的依據(jù)。機(jī)器方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)方案,通常又稱之為機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)通常有下列步驟:(1)進(jìn)行產(chǎn)品功能分析;(2)確定各功能元的工作原理;(3)進(jìn)行工藝動(dòng)作過(guò)程分析,確定一系列執(zhí)行動(dòng)作;(4)選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型,組成產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)和機(jī)構(gòu)方案;(5)根據(jù)運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行數(shù)學(xué)建模;(6)通過(guò)綜合評(píng)價(jià),確定最優(yōu)運(yùn)動(dòng)和機(jī)構(gòu)方案2.創(chuàng)新設(shè)計(jì)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)容一般應(yīng)包括3個(gè)方面:(1)功能解的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。(2)零部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。(3)工業(yè)產(chǎn)品藝術(shù)造型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。3.概念設(shè)計(jì)

人們對(duì)于概念設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和理解還在不斷地深化,不論哪一類設(shè)計(jì),它的前期工作均可統(tǒng)稱為概念設(shè)計(jì)。例如,很多汽車展覽會(huì)展示出概念車,就是用樣車的形式體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思想,展示汽車設(shè)計(jì)方案。一座聞名于世的建筑,它的建筑效果圖就體現(xiàn)出建筑師的設(shè)計(jì)理念和建筑功能表達(dá),這是屬于概念設(shè)計(jì)范疇的。2.1.3詳細(xì)設(shè)計(jì)

詳細(xì)設(shè)計(jì)主要是對(duì)系統(tǒng)總體方案進(jìn)行具體實(shí)施步驟的設(shè)計(jì),其主要依據(jù)是總體方案框架,從技術(shù)上將其細(xì)節(jié)逐步展開(kāi),直至完成試制產(chǎn)品樣機(jī)所需的全部技術(shù)圖紙和文檔。機(jī)電一體化產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)主要應(yīng)包括以下內(nèi)容:

1.機(jī)械本體設(shè)計(jì)

這里所說(shuō)的機(jī)械本體主要是指用于支撐機(jī)械傳動(dòng)部件和電氣驅(qū)動(dòng)部件的支撐件，如軸承座、機(jī)架等機(jī)械本體。

2.機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)

機(jī)械傳動(dòng)的主要功能是完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)。主要包括齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、連桿傳動(dòng)、凸輪傳動(dòng)、繞性傳動(dòng)、間隙傳動(dòng)等，嚴(yán)格地說(shuō)機(jī)械傳動(dòng)還應(yīng)該包括液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)等其他型式的機(jī)械傳動(dòng)。

3.傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳感器的種類很多,而在機(jī)電一體化產(chǎn)品中,傳感器主要用于檢測(cè)位移、速度、加速度、運(yùn)動(dòng)軌跡以及機(jī)器操作和加工過(guò)程參數(shù)等機(jī)械運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

4.接口設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)由許多要素或子系統(tǒng)構(gòu)成,各要素和子系統(tǒng)之間必須能順利進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換,為此,各要素和各子系統(tǒng)相接處必須具備一定的聯(lián)系條件,這些聯(lián)系條件就可稱為接口(interface)。

5.微控制器設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)亦稱微控制器或嵌入式微處理器。微控制器設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì),其一般設(shè)計(jì)步驟如下:(1)制訂控制系統(tǒng)總體方案。(2)選擇單片機(jī)及其擴(kuò)展芯片。(3)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(4)繪制印刷線路圖。(5)制作印刷線路板(PCB)。(6)焊接芯片插座及其他電子元器件,并組裝成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。(7)微控制器軟件設(shè)計(jì)。(8)微控制器硬件調(diào)試。(9)軟件調(diào)試。機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品所涉及到的內(nèi)容

2.2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能分析是方案設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn),是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一道工序。機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)如同人體結(jié)構(gòu),人是一部世界上最復(fù)雜的機(jī)器。人有頭部、胸、腹、四肢等解剖結(jié)構(gòu)件,機(jī)器有齒輪、軸、連桿、螺釘、機(jī)架等結(jié)構(gòu)件;人有消化、呼吸、血液循環(huán)等功能件,機(jī)器有動(dòng)力、傳動(dòng)、執(zhí)行、控制等功能件。這種人機(jī)比較,有助于加深對(duì)機(jī)器功能的理解。2.2.1功能的概念功能用于抽象地描述機(jī)械產(chǎn)品輸入量和輸出量之間的因果關(guān)系,對(duì)具體產(chǎn)品來(lái)說(shuō),功能是指產(chǎn)品的效能、用途和作用。人們購(gòu)置的是產(chǎn)品功能,人們使用的也是產(chǎn)品功能。比如,運(yùn)輸工具的功能是運(yùn)物載客;電動(dòng)機(jī)的功能是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能;減速器的功能是傳遞轉(zhuǎn)矩,變換轉(zhuǎn)速;機(jī)床的功能是把坯料變成零件等。

圖2-1表達(dá)了功能分析法確定方案的工作步驟。

圖2-1功能原理方案設(shè)計(jì)步驟9

2.2.2確定總功能1.設(shè)計(jì)問(wèn)題抽象化

從抽象到具體、從定性到定量是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略思想方法。所謂抽象化,就是將設(shè)計(jì)要求抽象化,而不是像常規(guī)設(shè)計(jì)那樣,一接到任務(wù)就開(kāi)始具體設(shè)計(jì)。圖2-2絲杠冷軋機(jī)的功能樹(shù)10

又如砸開(kāi)核桃殼取出果仁的功能描述,若用“砸”則已暗示了解法,而用較抽象的表達(dá)才可能得到思路更開(kāi)闊的解答(見(jiàn)表2-1)。

表2-1取核桃仁的功能描述11

2.黑箱法對(duì)于要解決的問(wèn)題,設(shè)計(jì)人員難以立即認(rèn)識(shí),猶如對(duì)待一個(gè)不透明、不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱”。利用對(duì)未知系統(tǒng)的外部觀測(cè),分析該系統(tǒng)與環(huán)境之間的輸入和輸出關(guān)系,通過(guò)輸入和輸出的轉(zhuǎn)換關(guān)系確定系統(tǒng)的功能、特性,進(jìn)一步尋求能實(shí)現(xiàn)該功能、特性所需具備的工作原理與內(nèi)部結(jié)構(gòu),這種方法稱為黑箱法,如圖2-3所示。圖2-3金屬切削機(jī)床黑箱示意圖

2.2.3總功能分解系統(tǒng)的總功能可以分解為分功能(如稱一級(jí)分功能、二級(jí)分功能……),分功能可再分解為功能元(最小單位)。所以,功能是有層次的,是能逐層分解的,如圖2-4所示。圖2-4功能分解圖

功能元功能元是功能基本單位。在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中常用的基本功能元有:物理功能元、邏輯功能元和數(shù)學(xué)功能元。(1)物理功能元。它反映系統(tǒng)中能量、物料、信號(hào)變化的物理基本動(dòng)作,常用的有:變變—復(fù)原;放大—縮小;連接—分離;傳導(dǎo)—絕緣;存貯—提取。(2)數(shù)學(xué)功能元。它反映數(shù)學(xué)的原理。如加和減、乘和除、乘方和開(kāi)方、積分和微分。數(shù)學(xué)功能元主要用于機(jī)械式的加減機(jī)構(gòu)和除法機(jī)構(gòu),如差動(dòng)輪系、計(jì)算機(jī)、求積儀等。(3)邏輯功能元。包括“與”、“或”、“非”三元的邏輯動(dòng)作,主要用于控制功能。2.功能結(jié)構(gòu)類似電氣系統(tǒng)線路圖,分功能的關(guān)系可以用圖來(lái)描述,表達(dá)分功能關(guān)系的圖為功能結(jié)構(gòu)圖。功能結(jié)構(gòu)圖是結(jié)合初步工作原理或簡(jiǎn)單構(gòu)形設(shè)想而建立的。常用功能結(jié)構(gòu)有3種:圖2-5串聯(lián)結(jié)構(gòu)原理圖2-6并聯(lián)結(jié)構(gòu)原理

(1)串聯(lián)結(jié)構(gòu)串聯(lián)結(jié)構(gòu)又稱順序結(jié)構(gòu),它反映了分功能之間的因果關(guān)系或時(shí)間、空間順序關(guān)系,其基本形式如圖2-5(a)所示。如臺(tái)虎鉗的施力與夾緊兩個(gè)分功能就是串聯(lián)關(guān)系,如圖2-5(b)所示。(2)并聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)結(jié)構(gòu)又稱選擇結(jié)構(gòu),幾個(gè)分功能作為手段共同完成一個(gè)目的,或同時(shí)完成某些分功能后才能繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)分功能,則這幾個(gè)分功能處于并聯(lián)關(guān)系,其一般形式如圖2-6(a)所示。例如車床需要工件與刀具共同運(yùn)動(dòng)來(lái)完成加工物料的任務(wù),如圖2-6(b)所示。(3)環(huán)形結(jié)構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)又稱循環(huán)結(jié)構(gòu),輸出反饋為輸入的結(jié)構(gòu)圖2-7(a)為循環(huán)結(jié)構(gòu)。按邏輯條件分析,滿足一定條件而循環(huán)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)如圖2-7(b)所示。環(huán)形結(jié)構(gòu)15

3.建立功能結(jié)構(gòu)圖的要求(1)體現(xiàn)功能元或分功能之間的順序關(guān)系。(2)各分功能或功能元的劃分及其排列要有一定的理論依據(jù)。(3)不能漏掉必要的分功能或功能元,要保證得到預(yù)期的結(jié)果。(4)盡可能簡(jiǎn)單明了,但要便于實(shí)體解答方案的求取。4.功能結(jié)構(gòu)圖的變化實(shí)現(xiàn)同一功能的功能結(jié)構(gòu)可有多種,改變功能結(jié)構(gòu)?？砷_(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品。(1)功能的進(jìn)一步分解或重新組合。(2)順序的改變。(3)分功能聯(lián)接形式改變。(4)系統(tǒng)邊界的改變。16

5.建立功能結(jié)構(gòu)圖的步驟(1)通過(guò)技術(shù)過(guò)程分析,劃定技術(shù)系統(tǒng)的邊界,定出系統(tǒng)總功能。(2)劃分分功能及功能元。通常首先考慮所應(yīng)完成的主要工作過(guò)程的動(dòng)作和作用,具體做法可參見(jiàn)功能分解。(3)建立功能結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)其物理作用原理、經(jīng)驗(yàn)或參照已有的類似系統(tǒng),首先排定與主要工作過(guò)程有關(guān)的分功能或功能元的順序,通常先提出一個(gè)粗略方案,然后檢驗(yàn)并完善其相互關(guān)系,補(bǔ)充其他部分。(4)功能結(jié)構(gòu)方案的評(píng)比。進(jìn)行評(píng)比的方面是:實(shí)現(xiàn)的可能性,復(fù)雜程度,是否獲得解答方案,是否滿足特定要求。通?？扇∩贁?shù)較好的方案進(jìn)一步具體化,直至實(shí)體解答完全確立。建立功能結(jié)構(gòu)圖的流程可歸納如圖2-8所示。

例2-1:利用上述原理試建立波輪式洗衣機(jī)分功能及功能結(jié)構(gòu)圖。解:(1)確定系統(tǒng)總功能洗衣機(jī)的總功能是洗滌衣物,包括衣物和水的容納、攪動(dòng)、定時(shí)、排水、能量轉(zhuǎn)換、聯(lián)接和支承等。(2)劃分分功能及功能元(如圖2-9所示)。圖2-9劃分分功能及功能元

(3)建立功能結(jié)構(gòu)圖(如圖2-10所示)圖2-10功能結(jié)構(gòu)圖

(4)功能結(jié)構(gòu)方案的評(píng)比主要是對(duì)洗衣桶、攪拌衣服的波輪、定時(shí)、脫水、排水、動(dòng)力供應(yīng)以及聯(lián)接與支承等功能結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行分析,包括方案實(shí)現(xiàn)的可能性、復(fù)雜程度、是否滿足總功能要求等。例2-2:建立材料拉伸試驗(yàn)機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖。解:(1)用黑箱法求總功能利用黑箱法首先構(gòu)造材料拉伸試驗(yàn)機(jī)輸入和輸出關(guān)系,如圖2-11所示。圖2-11材料拉伸試驗(yàn)機(jī)黑箱示意圖

(2)總功能分解總功能分解為一級(jí)分功能;能量轉(zhuǎn)換為力和位移;力測(cè)量;變形測(cè)量;試件加載。然后考慮到各分功能的實(shí)現(xiàn)尚需滿足其他要求,如輸入能量大小要調(diào)節(jié)、力和變形測(cè)量值需放大,試件加載拉伸要裝卡,在調(diào)節(jié)和測(cè)量時(shí)均需與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較等,因此將一級(jí)分功能再分解為二級(jí)分功能,其具體內(nèi)容如圖2-12所示。圖2-12總功能分解圖

(3)功能結(jié)構(gòu)圖(圖2-13)圖2-13材料拉伸機(jī)功能結(jié)構(gòu)22

2.2.4功能元(分功能)求解功能(功能元)求解是原理方案設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵步驟,功能元求解就是將所需執(zhí)行動(dòng)作,用合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式來(lái)實(shí)現(xiàn)。功能元載體的求解可根據(jù)解法目錄找到,再通過(guò)運(yùn)動(dòng)鏈抽象、變異得到更佳的機(jī)構(gòu)解,也可由創(chuàng)新技法構(gòu)思出一個(gè)新型機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。幾種功能元求解方法:直覺(jué)法調(diào)查分析法設(shè)計(jì)目錄法23

機(jī)械一次增力功能元解法目錄24

部分常用物理基本功能元解決目錄25

4.TRIZ理論TRIZ是俄文“TeorijzRezhenijaIzobretatelskichZfldach”的詞頭縮寫(xiě)，含義即發(fā)明問(wèn)題解決理論，其英文縮寫(xiě)為TIPS(theoryofinventionproblemsolving)。TRIZ理論中最重要的是具有普遍用途的40個(gè)發(fā)明原理。40個(gè)發(fā)明原理開(kāi)啟了一道發(fā)明問(wèn)題，解決問(wèn)題的天窗，將發(fā)明從魔術(shù)推向科學(xué)，讓那些認(rèn)為只有天才才可以從事的發(fā)明工作，成為一種人人都可以從事的職業(yè)，使原來(lái)認(rèn)為不可能解決的問(wèn)題獲得突破性的解決。當(dāng)前，40個(gè)發(fā)明原理已經(jīng)從傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)、材料、微電子、醫(yī)學(xué)、管理、文化教育等各個(gè)領(lǐng)域，40個(gè)發(fā)明原理的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了不計(jì)其數(shù)的專利發(fā)明。下面重點(diǎn)介紹阿奇舒勒對(duì)40個(gè)發(fā)明原理的經(jīng)典解釋和傳統(tǒng)舉例。以幫助讀者通俗易懂地理解和掌握每條發(fā)明原理。40個(gè)發(fā)明原理的目錄見(jiàn)表2-2。

TRIZ理論的40條創(chuàng)新原理27

例2-3現(xiàn)要求設(shè)計(jì)城市污泥摻混植物秸稈成型機(jī)（生物質(zhì)燃料成型機(jī)，簡(jiǎn)稱成型機(jī)）.該成型機(jī)可將具有一定濕度的摻混物料定量送入模腔成型，生產(chǎn)出的摻混生物質(zhì)燃料形狀為圓柱體.解：（1）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與功能分析.為實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料的成型，該機(jī)應(yīng)具有下列功能：輸人摻混燃料、摻混燃料成型、清除碎屑、生物質(zhì)燃料起模、輸出成品.成型機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表2-5所示.28

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2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所謂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是將工程設(shè)計(jì)的設(shè)想具體化為工程圖樣的過(guò)程.在這一過(guò)程中要兼顧到各種技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)要求，并且應(yīng)該充分考慮各種可能的方案，從中優(yōu)選出符合具體產(chǎn)品實(shí)際條件的最佳方案.宏觀地看，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大致有以下三方面內(nèi)容：（1）功能設(shè)計(jì).以各種具體的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能要求.（2）質(zhì)量設(shè)計(jì).兼顧各種要求和限制，提高機(jī)電一體化系統(tǒng)的質(zhì)量和性能.（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì).充分應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)地構(gòu)造設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，用創(chuàng)造性設(shè)計(jì)思維方法進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計(jì).32

2.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本過(guò)程在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還要充分考慮現(xiàn)有的各種條件，如加工條件，現(xiàn)有材料、各種標(biāo)準(zhǔn)零部件、通用件等.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是從定性到定量、從抽象到具體、從粗略到精細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)其每個(gè)步驟的內(nèi)容敘述如下.：（1）確定設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求；（2）初步確定主要功能載體的結(jié)構(gòu)；（3）初步確定輔助功能載體結(jié)構(gòu)；（4）檢查主、輔助功能載體結(jié)構(gòu)的相互影響；（5）詳細(xì)設(shè)計(jì)主、輔功能載體結(jié)構(gòu)；要充分運(yùn)用自已所掌握的知識(shí)及現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，并要考慮工藝性和成本，33

2.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理1.結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)基本原則在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者要從承載能力、壽命、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、磨損和腐蝕等方面來(lái)提高產(chǎn)品性能，獲得最優(yōu)方案.確定和選擇結(jié)構(gòu)方案時(shí)應(yīng)遵循三項(xiàng)基本原則，即明確、簡(jiǎn)單和安全可靠.34

2.結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)原理在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常應(yīng)用下述各項(xiàng)原理（1）等強(qiáng)度原理（2）力傳遞原理.35

（3）自補(bǔ)償原理.（4）自平衡.36

（5）自保護(hù).（6）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變?cè)?37

③材料變?cè)?。材料變?cè)袃深?一是改變材料的物性,二是改變材料相對(duì)于工作面的位置。

④順序變?cè)Ｍㄟ^(guò)改變結(jié)構(gòu)元素的排列順序,可以得到若干新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。⑸力平衡原理為了實(shí)現(xiàn)總功能,各機(jī)構(gòu)或零件需要傳遞做功的力和力矩,例如驅(qū)動(dòng)力矩、圓周力等,這種力稱為有功力(矩)。

⑹穩(wěn)定性原理所謂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,是指傾翻力與恢復(fù)力平衡,或者恢復(fù)力大于、等于傾翻力時(shí),系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。圖2-36活塞不穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)圖2-37保持活塞穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)40

2.4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品與非機(jī)電一體化產(chǎn)品的本質(zhì)區(qū)別在于前者具有計(jì)算機(jī)控制的伺服系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)作為伺服系統(tǒng)的控制器,將來(lái)自各傳感器的檢測(cè)信號(hào)與外部輸入命令進(jìn)行集中、存儲(chǔ)、分析、轉(zhuǎn)換,根據(jù)信息處理結(jié)果,按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令,控制整個(gè)系統(tǒng)有目的地運(yùn)行。2.4.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟確定系統(tǒng)的總體方案2.建立數(shù)學(xué)模型并確定控制算法3.控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)4.控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)5.系統(tǒng)調(diào)試

2.4.2控制器選型隨著PC機(jī)功能的增強(qiáng)、價(jià)格的下降,逐漸出現(xiàn)了由PC機(jī)作為控制器的微機(jī)控制系統(tǒng)。為了改進(jìn)普通PC機(jī)在惡劣環(huán)境下的適應(yīng)性,于是出現(xiàn)了工業(yè)PC機(jī)。為了替代傳統(tǒng)的繼電邏輯器件,發(fā)展了工業(yè)可編程序控制器(PLC)。隨著半導(dǎo)體器件集成度的提高,集成有CPU、ROM/RAM和大量豐富外圍接口電路的單片機(jī)的發(fā)展,單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品中得到最廣的應(yīng)用。單片機(jī)圖2-38MCS51單片機(jī)及引腳42

2.工業(yè)PC機(jī)圖2-39研華一體化觸摸屏工業(yè)計(jì)算機(jī)3.可編程序控制器圖2-40整體式PLC的外形圖和基本組成框圖43

2.4.3總線技術(shù)所謂總線是指一組信號(hào)線的集合,是一種按規(guī)定協(xié)議傳送信息的公共通道,通過(guò)它可以把各種數(shù)據(jù)和命令傳送到各自要求的地方。數(shù)據(jù)總線(2)地址總線(3)控制總線(4)電源總線圖2-41某汽車生產(chǎn)線的總線控制基本結(jié)構(gòu)

2.4.4

PC總線工控機(jī)目前PC機(jī)采用的總線主要有：PC104總線、ISA總線、PCI總線和EISA總線CmpactPCI總線等。