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机电一体化的设计范文1
【关键词】机电一体化；控制系统；原理；分类；应用；分析
0.引言
机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息机电一体化技术传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术，是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。
控制系统在机电一体化系统中处于核心地位，主要用于信息处理和动作控制，通过计算机接口与外部设备和相应驱动设备相连接，协调机电一体化系统各部位的运转。
1.控制系统的组成及工作原理
控制系统由控制装置、执行机构、被控对象和传感与检测装置组成，各设备之间通过标准接口连接，形成控制回路。主要工作方式为：首先输入指定信号，设置控制参数，并通过传感与检测装置接收外界信号，然后传递至控制器进行信息处理，将分析结构传递至执行机构，执行机构进行动作运转，将指定作用于被控对象，使得被控对象处于控制器设计状态，最终通过被控对象输出被控参数，进而实现机电一体化系统控制的目的。
2.控制系统分类
2.1按照控制系统所依据的判断原则中是否存在被控对象的运行函数，可以将控制系统分为顺序控制系统和反馈控制系统
2.1.1顺序控制系统
其运行原理是：通过对时间、运行逻辑、外部条件等参数进行分析，输出具体的被控对象运行步骤，属于开环控制系统。优势在于操作简单、运行成本低、维护成本低，但是其操作精度过低，并且对外界环境的不利因素和干扰过于敏感。
2.1.2反馈控制系统
其运行原理是：通过传感器接收被控对象的运行状态参数，实时反馈给控制器，然后进行运行状态调整，属于闭环控制系统。虽然该结构的运行成本高且维修复杂，但是该系统的运行精度高、且动态调整性能好，对外界干扰的抵抗能力也较强。
2.2按照控制系统输出信号的变化规律可将控制系统分为镇定控制系统、随动控制系统和程序控制系统
（1）镇定控制系统的特点在于不受外界干扰，输出信号维持系统设定参数，主要用于恒温系统、恒定速度系统等机电一体化系统的控制。
（2）随动系统即跟踪系统，特点在于系统的输出信号可以在一定范围内进行任意变化，不需遵循一定的规律，因此信号输出不存在固定函数，设备的动作需要无间断的进行精确指令发送，对系统的运行和分析能力要求极高，常用于瞄准设备、无定向探测设备等。
（3）程序控制系统即过程控制系统，特点在于按照提前设定的函数进行输出信号的变化，信号的输出属于预先设定信号，但是信号的变化按照固定函数进行，常用于车床等预先已知动作变化规律的机电一体化设备中。
3.机电一体化控制系统原则
机电一体化控制系统的种类繁多，但是其控制基本特点及原则都是一致的。主要有以下三方面：
3.1准确性
在进行系统调控过程中，输出制定与设计指令之间的偏差不能超出允许范围内，并且在不影响控制稳定性的基础上不断减小误差。准确度决定着加工产品的精度，也关系着控制系统的最终效果。
3.2稳定性
保持系统稳定的意义在于保障产品质量与预期设计相同，并且在外界存在干扰的情况下，不会引起产品质量降低。尤其是闭环控制系统的反馈机制，容易受到参数不匹配的影响，导致系统震荡进而影响工作能力。
3.3快速性
快速性的含义是系统消除偏差值的速度以及处理异常信号的速度必须快，因为当系统存在偏差值时会导致系统无法运行或产品质量降低，因此必须在短时间内快速消除系统偏差，保障系统稳定性。
4.机电一体化设计应用及发展方向
4.1机电一体化控制系统设计应用
机电一体化控制系统在机械制造业中应用广泛，典型的设计应用有以下几点：
（1）挖掘机的制造过程中，通过模拟控制理论及控制系统，检测液压系统中泵的输油压力、控制压力和其它参数，进而将运行参数输入到控制系统中，调整挖掘机控制器工作方式，实现控制系统的设计应用。
（2）压缩机的制造过程中，通过控制系统检测震动轮内部偏心块震动曲线，进而分析震动轮加速度，通过傅里叶变换等方式，求解地面压实数据，最终实现压缩机工作模式调整的目的。
（3）在国外的大型起重机械制造领域，已经开始使用控制系统的模糊控制功能，将实践经验和理论操作参数项结合，通过微处理技术使得控制系统可以像人工操作一样自如，效率和安全性能更高。
4.2机电一体化控制系统应用方向
机电一体化控制系统实现了机电设备的智能化发展，随着光学、通信、微电子以及机械等技术的发展，控制系统的发展方向也不断细化，此外，人工智能、光纤和神经网络技术的出现，也大幅提升了机电一体化控制系统的性能。当前，机电一体化控制系统的应用发展方向主要有以下几个方面：
4.2.1模块化
模块化系统设备的模块化属于机电一体化发展的重要进步，由于当前整个一体化系统设备来自于不同的生产厂家和设备制造商，因而需要对信号接口、转换接口、电气接口等连接部位进行标准设定，而模块化使得单独控制设备得以通用于任何一个机电一体化系统中，为行业发展和交流扫除了设备参数不同的障碍。
4.2.2智能化
智能化的发展得益于人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新技术的发展，赋予机电一体化控制系统自主分析和控制能力，极大的解放了生产力，降低了操作繁琐程度。但是，这一目标的实现需要高标准的硬件设备和高速运转的计算机技术来支撑。
4.2.3网络化
网络的发展使得科技的传播范围不断扩展，对于机电一体化控制系统而言，只要机电一体化控制系统的性能足够优越，便能够迅速的被国际市场所认可，因此，不断扩张的市场规模有利于刺激行业的进步和科研的深入探索，进而实现机电一体化控制系统性能的快速提升。
4.2.4环境化
环保化工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化控制产品，符合当前的环保要求。机电一体化产品的绿色化主要是指设备在使用时不会对环境产生污染，设备报废后能够回收利用。
5.结束语
当前机电一体化控制系统已经在机械设备制造行业广泛使用，其优越的性能和便捷的操作使得用户在进行机电设备选择是更倾向于此类设备。虽然机电一体化控制系统的发展已经非常完备，各类辅助设备和控制软件也非常的完善，但是应该看到当前实际应用中的不足与缺陷，从最优化角度出发，将机电一体化控制系统继续的细分和具体化，面向各具体领域，开发针对性强、实用性高的一体化设备控制系统。对机电一体化控制系统的研究也应立足当前，不断提升计算机技术与机械制造技术，为我国机电一体化控制系统的发展贡献应有的力量。
【参考文献】
[1]胡玉琴.机电一体化控制系统设计方案研究[J].科技与生活，2011（9）：203-203.
机电一体化的设计范文2
1引言
《机电一体化系统设计》课程是中原工学院机电学院机械电子工程专业的必修课之一，是一门涉及机械学、电子学和信息科学的综合性和实践性都很强的新兴交叉学科[1]。该课涉及知识点量多面广，其内容融合了机电一体化相关概念、机械机构、执行元件、计算机技术、单片机和PLC控制技术、检测传感装置、可靠性设计、典型案例分析等诸多内容，是对基础课、专业基础课等的综合应用，其在培养学生的机电产品设计能力方面起着不可替代的作用。机电一体化技术在许多行业已得到广泛应用，目前社会对机电一体化复合型技术人才的需求也越来越大，然而受多种因素的影响，机电一体化技术人才的培养还存在一些问题，故作为高校还需在培养机电一体化复合型技术人才方面进行不断改革和探索。
2课程存在问题
受陈旧教育观念的影响，《机电一体化系统设计》以前多以课堂理论教学为主，导致学生很少有机会接触到机电一体化系统设计的现场，实践环节偏少；该课知识点多、信息量大、内容抽象苦涩难理解，大部分学生对该课程不感兴趣，导致该课程教学效果并不理想。该门课程的主要任务就是让学生养成正确的系统设计思想，培养学生在调查研究、创新和理论联系实际方面的能力，最终让学生掌握机电一体化系统设计的相关理论、方法和规律，具备机电一体化产品设计的能力。该教学任务单靠理论教学是无法实现的，必须从教学方法和教学内容上进行改革。由于该课知识点量多面广、各章节连贯性差、知识跳跃性大，所以老师在理论课堂上，最好以有代表性的实际案例系统为指引，将不同章节有跨越的内容很好的结合起来，否则学生会感觉到知识点很零散难以掌握。此外，该课程各章节内容又相对独立，有些内容学生在相关的课程中已学习，比如单片机、传感器等。如果在教学过程中不加注意，讲课时仍不分轻重主次，所有内容一视同仁，这将给学生造成吃剩饭的感觉，甚至弄不明白学习这门课的目的是什么，进而影响学生的学习兴趣和教学效果，让学生获得机电一体化产品设计的基本训练才是这门课的教学目的。在不断压缩理论课时、提倡素质教育和能力培养的体制下，短时间内要求学生获得机电一体化产品设计的基本训练是不现实的，因此如何通过改革提高该课程的教学效果也是一个急需解决的问题[2，3]。针对如何提高学生的学习积极性，改善教学效果，结合多年教学经验和当前教学中存在的问题，本文从教学内容、教学方法、考核方式等方面的改革进行了探讨。
3教学内容的改革
3.1理论教学内容的改革
以“必须、够用”为原则，选取优质教材。教材是学生学习的理论依据，一方面所选教材必须具有系统性，全面讲述机电一体化系统设计，不仅要有由易到难的入门引导，而且要兼顾总体内容的提升；另一方面，所选教材要紧跟时代步伐，能及时把最新技术和学科前沿知识引入教材，要有新内容、新技术，这样学生自己会感受到机电一体化技术的快速发展，进而激发学生的学习兴趣。以能力为根本，制定面向实践的课程教学大纲；精选教学内容，制定合理的教学计划。针对《机电一体化系统设计》的内容量多面广而理论课时少的情况，故要依据教学大纲，制定合理的教学计划，进而实现授课有据可依。在制定教学计划时，要注意首先必须对机电一体化的概念、体系结构等内容进行透彻讲解，因为这部分内容对学生建立机电一体化系统设计框架起着非常重要的作用。各章节知识点主次要明确。量多面广是《机电一体化系统设计》课程最明显的特点，在如今压缩的短课时内若所有内容都依次展开介绍，必将导致所有内容如蜻蜓点水一晃而过，学生对内容的了解也只是走马观花。由于我校机械电子工程专业学生已学过可编程控制器、微型机与单片机技术、接口技术和机械测试技术等机电方面的课，而机械方面相关知识则相对较弱，故在授课时重点要放在机械及机电结合的知识点以及典型先进的技术和产品的应用上，而机电系统电相关部分可简单介绍，以免重复介绍。另外，授课时要注意引入新技术、新发展、新应用等相关内容，把数控加工中心、智能机器人等新产品应用要尽量穿插到课堂中，通过引入新技术新产品从而激发学生的学习欲望。
3.2实践教学内容的改革
教学与工程实践相结合。为了培养学生的工程实践能力，根据《机电一体化系统设计》课程内容抽象、综合性强这一大特点，我院新建立了FMS柔性加工制造系统实验室。该柔性自动化生产线教学设备由自动化立体仓库码垛机单元、工件检测及自动喷涂单元、自动化输送线系统单元、CCD形状颜色检测单元、上下料搬运机器人单元、数控车床加工单元、六轴并联加工单元、六自由度串联机器人分拣及装配单元及系统总控共9个单元。该系统涉及到工业现场的实践应用，几乎包含了机电和工控领域所有方面的基础知识，如伺服驱动、PLC控制、传感检测等多种技术，给学生提供了一个典型的机电产品学习环境。通过完成系统故障检测、站点间联网程序控制等，使学生以前学过的许多专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升，这对培养学生的动手能力具有重要意义。教学与科技创新活动相结合。现在国家每年都举办各种大学生科技创新活动比如全国大学生机械创新设计大赛，在教学中可充分利用这一条件，带领学生参加各种竞赛，学以致用。通过搭建如机械人、智能硬币分拣器、智能车等机械模块，完成其电机驱动、传感器的选择和安装以及电路板的设计、制作、编程和调试。这不仅可以激发学生的学习兴趣和创新意识，而且这将使学生对机电一体化系统设计的理论认识得到进一步提升，与此同时学生的实践能力和创新能力也得到培养。教学与科研活动相结合。工科院校培养的人才不仅要有胜任当前就业需要的素质，更要有发挥潜力所需的能力。高校教学改革实践表明，科研训练是提高本科教育质量的重要经验，是培养具有创新意识和创造能力研究型人才的有效途径[3]。我院各专业自2010年开始实施专业导师制，每个学生均配备有专业导师，因此日常学习中，导师不仅要指导学生掌握书本内容，更要注重在实践教学中培养学生的科研意识，鼓励学生参与到导师的科研项目中，坚持教学内容与培养科研素质相结合，在潜移默化中培养科研理念，使蕴藏在学生身上的学术科研潜能得到充分发挥。
4教学方法的改革
针对《机电一体化系统设计》课程内容繁多、枯燥、抽象等特点[4]，可采用多种形式的教学方法来激发学生的学习兴趣，针对不同教学内容采用不同的教学方法，避免教学方式单一。比如在授课过程中，为了增强学生的感性认识、强化学生对相关知识点的理解，可采用实物展示、动画演示等形式。为了引导学生思考并发现系统设计时要注意的问题，可用环环相扣的实例为诱饵，采用案例教学法，从系统观点出发，加入学生讨论环节，充分调动学生积极性，老师并及时给予点评和讲解，以增强学生的实际应用能力，为学生毕业后从事机电专业工作打下坚实的基础。为激发学生的创新欲望，可结合科研成果采用启发式教学方法，着重从方法和思路方面加以讲解，注重理论教学与机电工程应用相结合，并用视频教学的方式向学生展示那些工程领域和已得到广泛应用的机电新产品。另外，随着互联网的普及，可建立课程学习网站提供基于互联网资源的开放教学环境如慕课的引入，引导学生自主学习和拓宽知识，方便灵活不受时间限制，同时还可解决授课学时不足的问题。
5考核方式的改革
考试是检验学生掌握所学内容的一种重要方式，但单纯的理论考试并不能全面反映学生的知识水平和解决实际问题的能力[5]。该课程经改革，采用如下考核方式：考核成绩=理论考试成绩（70%）+资格审核（20%）+平时作业（10%），理论考试采取闭卷考试，时间120分钟。资格审核类似于课程设计，三人一组，一组一个题目，满分100分，资格审核成绩低于60分不能参加理论考试，资格审核的目的是给学生一定的压力和动力，最终目的是锻炼学生的动手实践能力。资格审核通过答辩的形式进行，采用本教学组两、三名教师组成评审组对学生设计的作品进行评审，资格审核的最终成绩由指导老师结合评审组意见和各小组上交的书面报告最后给出。这种考核方法不仅能客观真实地评价学生对该门课程的学习情况，全面地反映学生应用该课程知识解决实际问题的能力，而且避免出现高分低能的情况，并且使学生学习的主动性和创新性得到提高。
6结束语
根据《机电一体化系统设计》课程实际教学中存在的问题，本文对教学内容、教学方法和考核方式进行了改革探讨，在理论教学上采取制定面向实践的课程教学大纲，选取优质教材、精选教学内容，制定合理的教学计划。在实践教学中，采取教学与工程实践、科技创新活动和科研活动等相结合，多方位激发、培养学生的创新能力和动手实践能力。实践证明，通过从教学改革，学生学习的积极主动性得到提高，课程的教学效果也得到很好的改善。
参考文献
[1]贾茜,汪木兰,刘树青.机电一体化系统设计教学方法的改革与实践[J].中国现代教育装备,2013,(21):61-62．
[2]丁继斌．《机电一体化系统设计》课程教学改革的实践[J].机械职业教育,2005,(12):32-33．
[3]赵江铭,杨杰伟,白国长.《机电一体化系统设计》教学改革探讨[J].科技信息,2011,(25):168．
[4]姜培刚,盖玉先.机电一体化系统设计[M].北京:机械工业出版社,2011．
机电一体化的设计范文3
【关键词】渗透压仪;机电一体化;冰点测量;医药卫生
Abstract：Osmotic pressure meter is widely used in medicine，health. At present，the most commonly used osmotic pressure meter have disadvantages of complex structure，high cost，low precision and efficiency. To solve these problems，we propose a novel osmotic pressure test instrument in the paper，which is designed by mechanotronics theory. Meanwhile，the principle，the realization scheme and functional characteristics of the system are introduced in the paper. The instrument has the advantages of small size，high accuracy，fast detection speed etc.. In addition，the apparatus is designed with a data transmission interface，convenient data analysis and comprehensive utilization.
Key words：Osmotic pressure meter;Mechanotronics;Freezing point test;Medicine
引言
渗透压仪在医药、卫生领域应用十分广泛。在制作注射针剂、滴眼液等药物时，必须考虑药剂的渗透压，渗透压过高或过低都会导致人体细胞或细胞壁破裂等严重后果。为了更好的指导医生临床用药，必须在药物标签上注明溶液的渗透压相关参数[1-2]。因此研制开发渗透压测试仪器在药物研发、生产及临床用药等方面具有重大意义。
目前，常用的渗透压测定方法有：冰点下降法、沸点升高法、半透膜法等[3]，本文提出的新型渗透压测量仪采用冰点下降法设计，融合了机电一体化系统设计理论。该仪器克服了传统检测方法的不足，具有体积小、精度高、重复性好、操作简便等优点。
1.渗透压仪工作原理及技术方案
1.1 工作原理
本文提出的渗透压仪基于拉乌尔冰点理论设计。所谓拉乌尔冰点理论就是任何溶液如果其单位体积所溶解的颗粒总数相同，则引起溶液冰点下降的值也相同。根据该理论，我们知道，水溶液的渗透压摩尔浓度与其对应的冰点值有一一对应关系;其渗透压摩尔浓度与冰点温度下降值为线性关系，其关系为;其中表示水溶液的渗透压摩尔浓度;表示水溶液的冰点温度值相对于水的冰点温度值的下降值。可见，通过测量被测水溶液的冰点温度下降值可以算出对应水溶液的渗透压摩尔浓度。
对于任意水溶液，其结冰过程可以用图1所示的结冰曲线来描述。图中AB段为降温阶段;BC段为过冷阶段;CD段为溶液受到扰动后，开始结晶放热，溶液温度回升阶段;DE段为温度稳定阶段，该段温度即为所测溶液的冰点温度。因此，测得这段平稳曲线的温度值，最终就能评价所测溶液的渗透压值。
图1 水溶液结冰曲线图
1.2 技术方案
基于拉乌尔冰点理论的渗透压测量仪总体上可以分为机械结构和控制电路两部分，仪器整体是一个典型的机电一体化装置，整个系统的设计遵循机电一体化系统设计原则。其中，机械结构部分包括一套探针搅拌机构、两套制冷机构、和两套传动及定位机构。控制电路部分包括供电电路、单片机电路、通信电路、传动控制电路、制冷控制电路、高精度温度检测电路、按键及显示电路等，控制电路结构如图2所示。仪器采用AC220V供电，通过内部的供电电路，转换成+5V、±15V，+12V等控制电源供仪器使用;单片机选用STC12C5A芯片，实现键盘读入、LCD显示、高精度温度测量、制冷和传动控制等功能。STC12C5A60S2是一款高效微控制器，内部集成了10位ADC模块，转换速度可达250K/S，具有技术成熟可靠、灵活方便、价格低廉等优点，其软硬件资源可以满足设计要求[4];溶液冰点温度测量采用美国SENSOR公司的负温度系数热敏电阻SP60A实现。该型号的热敏电阻采用玻璃封装形式，能够实现液体温度的高精度测量，误差为±5%;半导体制冷元件采用单级温差电制冷组件TEC1-12706设计，该组件采用+12V供电，配合NTC温度传感器实现对样品和探针的制冷控制;此外，仪器还设计有按键、液晶显示、EEPROM存储等电路，用于完成标定和测量参数显示等功能。
图2 渗透压仪控制电路结构图
图3 机械系统结构示意图
2.仪器机械结构设计
本仪器的机械结构主要包括三部分，下面将分别介绍。
1）探针搅拌机构。由直流电动机、曲柄滑块机构和探针组成，该机构利用电机转动，带动探针做上下直线运动，从而实现对溶液的搅动并触发其立刻结晶。
2）制冷机构。本仪器有两套制冷机构，分别负责对被测溶液和探针的制冷控制。每套制冷机构包括制冷半导体、制冷铜块、温度传感器和绝热填充材料等。
3）传动和定位机构。本仪器有两套传动和定位机构，分别负责对制冷机构的平移控制和探针搅拌机构的升降控制。每套传动和定位机构由直流电动机、齿形带传动机构、光耦开关等组成（见图3）。
3.仪器硬件电路设计
3.1 冰点温度检测电路
仪器中，溶液冰点温度的检测采用NTC温度传感器SP60A来完成。检测电路如图4所示。NTC插入样品，与被测溶液充分接触，当溶液温度发生变化时，NTC的阻值也随之变化，利用图4所示的电路可以测得阻值的变化，从而测得溶液温度。根据结冰曲线，可以分析出溶液的冰点温度。电路分析：IC6A，R97，R98组成一个200mA恒流源电路;利用恒流源将NTC的阻值转换为电压信号;再利用IC7采集并将信号送给单片机;最后单片机再根据温度曲线计算冰点温度。
3.2 传动控制电路
传动控制电路是本设计的重要组成部分，是整个电路系统的一个有机整体。仪器中有两套传动机构，分别由两个12V供电的直流电机控制，实现制冷机构的平移控制和探针机构的升降控制。电机控制由LMD18200完成[5]。LMD18200是美国国家半导体公司推出的专用于直流电机驱动的H桥组件。其连续输出电流达3A，工作电压高达55V，且具有过热和短路保护功能，能够方便的实现对直流电动机的可靠控制。电机控制电路原理如图5所示，LMD18200所接收的转向信号由单片机的P1.1输出，而PWM信号由P1.2模拟输出，实现直流电动机的转速和转向控制，进而实现对传动系统的控制。
图5 电机控制电路原理
3.3 制冷控制电路
渗透压仪在工作过程中，（下转第121页）（上接第119页）探针和被测溶液需要通过半导体制冷来使其达到规定的温度范围。本仪器中半导体制冷元件采用单级温差电制冷组件TEC1-12706设计，该组件采用+12V供电，配合NTC温度传感器实现对样品和探针的制冷控制。电路图如图6所示。当P2.1为低电平时，Q1导通，制冷半导体得电，开始制冷;当温度达到规定值时，P2.1变为高电平，Q1截止，制冷半导体失电，停止制冷。
图6 制冷控制电路原理图
3.4 RS485总线接口电路
本文设计的总线接口电路采用RS485通信方式，接口电路原理如图7所示。利用RS485总线接口，实现渗透压仪的数据传输与分析。
图7 RS485接口电路原理图
4.实验与分析
针对设计的渗透压测量仪，进行了测试实验，实验对象是质量分数为0.9%的NaCl标准溶液。三次测量据如表1所示。实验结果表明，三次测量结果的相对偏差小于1%，测量平均值的相对误差小于1%，本仪器的测量精度和重复性较高，能够满足设计要求。
表1 渗透压仪精度及重复性实验数据表
电压值（V） 冰点温度
（℃） 渗透压摩尔浓度
（mOSmol/kgH2O） 误差
第一次测量 1.837 -0.535 287.9 -0.2%
第二次测量 1.839 -0.538 289.5 0.3%
第三次测量 1.835 -0.532 286.3 -0.7%
平均值 1.837 -0.535 287.9 -0.2%
标准值 288.5
5.结束语
本文提出的新型渗透压测量仪采用冰点下降法设计，融合了机电一体化系统设计理论。该仪器克服了传统检测方法的不足，具有体积小、精度高、重复性好、操作简便等优点。在医药、生物和食品卫生等领域具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]董来鑫，李艳宁.基于MSC1210的冰点温度测量系统[J].电子测量技术，2008，8：151-153.
[2]戴稼禾，忻伟钧.冰点渗透压计及其在医学临床上的应用[J].中国医疗器械杂志，1997（3）：65-66.
[3]叶宏宇，沈满，刘锁.渗透压测量方法简析[J].药物分析杂志，2001（21）：94-95.
[4]陈桂友.增强型8051单片机实用开发技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.
[5]赵景.基于ARM的溶液冰点仪研制.硕士学位论文，天津大学，2007.
机电一体化的设计范文4
关键词：机电一体化；煤矿机械；应用；研究
中图分类号：TH-39 文献标识码：A
随着我国相当数量的大中型煤矿大量采用进口采掘机械以及具有自主知识产权的高度自动化采掘机械对传统煤矿机械设备进行更新换代，我国煤矿机电技术水平有了迅速的发展。同时也促进了煤矿企业生产水平向更高的层次迈进，大大提高了煤矿产量以及生产效率，对于煤炭资源的浪费也起到一定的控制作用．对于促进机电一体化技术在我国煤矿产业中的应用有着积极的促进作用。
一、机电一体化在煤矿机械中应用的重要性
为满足各行各业对于煤炭产量的需求，我国目前新建大中型煤矿均采用较为先进的机电一体化设备进行生产．但是同时我们需要看到，目前大多数国内煤矿企业尤其是多数中小型煤矿企业对于应用机电一体化技术进行设备改造以及更新换代存有抵触心理，一方面是由于缺少对新技术有充分了解以及具有相应操作能力的人才。另一方面则是由于与新技术相适应的新设备投资较大，成本较高。因此整体来看我国煤矿机电一体化技术的应用在新建大中型煤矿企业应用较为广泛，但是大部分的中小型煤矿仍旧存在技术落后。
随着现代化程度的提高，煤矿采矿机械也有了较大的发展，尤其是机电一体化的发展对煤矿开采过程产生了很大的影响，主要表现在以下几个方面。
1.1提高了煤矿开采效率
由于机电一体化的快速发展和广泛使用，极大的提高了煤矿开采的劳动效率。对于煤矿开采企业来说，自动化技术、微处理等设备的投人使用，可使采煤技术的自动化水平得到一定程度的提高，致使企业的年产量大幅增加。
1.2提高了企业的经济效益
采用机电一体化技术之后，煤矿企业的年产量大幅提高，致使企业的经济收入也有了很大的提高，提高了企业的经济效益。同时，煤矿企业的发展也促进了当地其他行业的经济发展。
1.3降低了事故发生率，加大了劳动保障
煤矿开采主要是在地下几百米的深处进行开采，工人所处的开采环境是危险的、恶劣的，工作强度也很大，当使用自动化技术后，大大改善了工人的采矿环境和劳动强度，减少了人为事故的发生率，加大了工人的劳动保障。
二、机电一体化在煤矿机械中的具体应用
2.1在矿井的安全生产监测监控系统中得到了应用
机电一体化在煤矿开采技术中的一个主要应用就是矿井安全生产监控系统。这个系统主要具有以下几个功能：其一，对采矿过程进行监控；其二，在发现安全隐患时，能够进行报警。这些功能保证在生产进行的过程中，如果出现问题能够及时维修和维护，极大的减少了矿井的出事率。与其他发达国家相比，我国在这方面起步较晚，大约开始于上世纪的80年代，后来随着国家重视程度的增加，投入力度也得到大幅提升，同时积极借鉴外国的现金经验，并结合我国地域特点，最终开发出了适合我国地域特点的专用监测监控系统。
2.2在矿井的提升机中得到了应用
机电一体化在煤矿开采技术中的一种大型设备的应用就是矿井提升机。为了适应越来越现代化的采煤需求，必须大力提高煤矿机械的自动化水平，尤其是对于井下、井上的运输和提升系统。目前矿井多用的是内装式的全数字化提升机，这种提升机将驱动和滚筒组合为一体，使机械设备得到了一定程度的简化，并且由于其配置简单、和其他采矿设备的兼容性强、系统的软启动和软件控制相对简单、可以瞬间进行较高的加速等优点在采矿企业得到了广泛的使用。这种设备主要具备两个功能：其一，能够重复对设备进行检测诊断；其二，能够进行简单的即时通讯。
2.3在矿井的井下带式输送机中得到了应用
机电一体化在煤矿开采技术中的一个重要应用就是井下带式输送机。带式输送机的特点是长距离、连续性、运量大、运行稳定、效率较高、便于自动化作业。基于这些优点，在我国的大量煤矿井下主要作为煤矿的传输设备。根据采矿安全的需要，输送机的机电一体化是现阶段研究的关键课题，目前我国使用的可控软启动装置为CST，这种驱动装置多用于平滑启动运送大惯性载荷。在传输设计上，允许由多台CST来驱动一台皮带运输机。但是，此装置现在还有以下几个关键技术问题未能解决：其一，工作过程中不能进行动态分析；其二，工作过程中不能实现在线监控；其三，启动的迟延。基于此，我国的带式输送机在多点驱动的设置上最多为点，如果设置过多，就会限制单机长度与煤矿的运输量。
2.4在矿井的液压支架电液控制系统得到了应用
机电一体化在煤矿开采技术中的一个关键应用就是液压支架电液控制系统。到目前为止，国外的部分发达国家，液压支架电液控制系统具有十分成熟的专业技术，应用也十分广泛。但是我国此方面的研究开展比较迟，虽然目前也取得了一定的研发成绩，但是和国外相比，还具有较大的差距，因此，我国自主开发研究的此项技术还没有得到大面积的推广使用，在一些大型的高效煤矿企业仍然选用进口设备。
2.5在矿井的电牵引采煤机中得到了应用
机电一体化在煤矿开采技术中的一个典型应用就是电牵引采煤机的应用。这种机器与传统的采矿机相比具有较多的优点：(1)动力方面较强，牵引特性突出，能满足采煤机向前与向下的滑动动力要求，不仅能提供牵引力，且可以发电进行制动，并反馈到电网。(2)采煤机发动机轴端安装有制动装置，能解决大角度采煤下的设备滑动问题。(3)使用寿命与可靠性方面有较大优势，具备较强灵敏度、动态性能等特点，结构设计简单，维护方便，设备重量较轻，传动效率极高，可以高出传统液压机30％。
2.6机电一体化技术在通风设备中得到了应用
保持通风良好对于煤矿安全生产具有至关重要的作用，通风的作用很大程度上在于降低巷道中瓦斯的浓度，减小爆炸事故或瓦斯中毒事故发生的可能性。机电一体化技术的出现为改善巷道通风状况提供了新思路。新近研发的双电源电气闭锁真空磁力启动器可实现在短短几秒钟内完成掘进面双风机双电源自动切换。极大的降低无计划停止供风的事故，保证安全生产。
三、机电一体化的发展趋势
(一)更加网络化
计算机技术的迅速发展促进了网络技术的发展，进一步增加了企业之间的竞争。煤矿开采过程中的监测和远程控制技术也在机电一体化技术中得到了广泛的应用。煤矿开采行业要想获得进一步的发展，必须引入竞争机制，通过网络信息这一平台加强企业之间的信息交流，提高煤矿的生产效率。
(二)更加智能化
煤矿开采中的智能化是指在进行煤矿开采之前，将关于煤矿开采的相关细节输入电脑的模拟系统中，使这种系统具备人性化的思维模式，能够根据矿井中的各种情况做出正确的选择。这样一来，综合机械化和机电一体化就代替了人的体力劳动和脑力劳动，大大减轻了工作人员的劳动强度，保证了施工安全，提高了工作效率。
(三)更加绿色化
在煤矿开采这一行业中，维持企业的可持续发展，实现煤矿资源的绿色开采，努力把对环境的危害程度降到最低，这些都可以在综合机械化和机电一体化中得到解决，同时，煤矿生产中报废的机械还可以回收利用，这也为企业的可持续发展做出了贡献。
四、结束语
综上可知，煤矿机电一体化是设计多门专业、多个学科综合交叉发展的技术，随着现代化技术的发展，将会在煤矿企业得到越来越广泛的应用，包括煤矿的开采、挖掘、输送等方面，将会极大的提高我国煤矿企业的综合开采实力，为进一步实现我国煤矿企业的高效、安全、优化等奠定了良好的基础。
参考文献
机电一体化的设计范文5
机电一体化的发展现状
(1)第一阶段。机械一体化技术大致经过了三个发展阶段,第一阶段起于上世纪的60年代,人们逐步的将电子技术应用到机械产品的生产过程中,机械产品性能得以提升。二战以后,机械产品和电子技术的合作进一步加深,机电技术的结合对战后经济恢复和繁荣起到了重要的作用。但是这期间的电子技术发展水平比较低,电子技术和机械技术还没有真正的结合,机电产品也没有得到大范围的推广。(2)机电一体化蓬勃发展的阶段。上世纪七八十年代是机电一体化发展的第二阶段,通信技术、计算机技术和控制技术在此期间发展迅速,为机电一体化技术的发展提供了技术保障和支持。在此期间,微型计算机以及集成电路发展的规模日益壮大,机电一体化技术的发展有了物质基础。各国都加大了对机电一体化技术的重视程度,机电一体化技术得到了快速的发展,机电一体化产品逐渐增多。(3)机电一体化新时期的发展。智能化、自动化和模块化是机电一体化的典型特征,机电一体化技术在上世纪90年代以后得到了更大程度的进步,通信技术以及光学技术逐渐进入机电一体化,有关机电一体化的研究逐渐增多,机电系统的分析、集成方法和建模设计逐渐增多。在人工智能技术以及光纤技术的影响下,机电一体化的发展前景更为广阔。我国对机电一体化的研究始于上世纪80年代,近年来也获得了较大的进展,但是目前我国机电一体化技术还存在产品水平较低、科技基础较为薄弱、发展潜力不足以及高水平产品较少的问题,机电一体化技术还需要进一步的发展,增强技术发展对我国经济发展的促进作用。
机电一体化技术的发展与思考探析
经济的发展带动科技的进步,科技的进步也会反过来促进经济的发展,两者之间是相辅相成的关系。机电一体化技术经过长达半个世纪的发展,已经是集电子、机械、控制、计算机技术以及光学和信息技术于一体的综合学科。在新时期,机电一体化技术也会朝着更加智能化、绿色化、数字化和微型化的方向发展。(1)智能化。智能化是技术的发展方向,机电一体化技术和产品在信息技术、模糊技术的帮助下,会朝着智能化的方向逐渐发展。未来的机电一体化产品不再是层次结构较为简单的产品,技术产品需要向着有冗余度和复杂的双向联系发展,人工智能在机电一体化技术中的应用将进一步加大,提高该技术在数控机床和机器人中的应用力度。此外,机电一体化技术的研究和发展要加大对运筹学、人工智能、计算机技术、动力学、模糊数学和心理学的研究,通过新技术和新方法来提高机械的模拟能力,使生产机械具有人类的逻辑思维能力、判断能力以及自主决策能力,整体上提升机电一体化的智能化。机电一体化技术和产品虽然不能达到人脑的智能化程度,但是机电一体化产品微处理器的高速和高性能还是可以实现的,智能化是机电一体化的发展方向。(2)柔性化。柔性化是对突发事件应对能力的提高,机电一体化的控制和执行将会有更高程度的冗余度,系统之间能够按照任务的分配来实现独立的工作,增强自身的自律性。柔性化的典型特点是机电一体化技术的子系统可以产生附加信息,在完成总工作任务的前提下要实现信息的产生和附加,提高系统的处理能力和反应能力,减少故障对机电一体化技术的影响,整体上提升机电一体化技术的发展水平。(3)网络化。计算机信息技术改变了人们的生活,人们工作的效率逐渐提高,生产领域、教育领域以及政治军事领域都进行着重大的变革。计算机网络实现了生产部门之间的连接,质量可靠、功能良好的机电产品会在计算机网络的帮助下进一步的发展和完善起来。与此同时,机电一体化技术的网络化还会简化生产的流程,减轻工作人员的任务量,实现机电产品技术新的发展。(4)模块化。未来的机电一体化产品虽然具有智能化和柔性化的特点,但是产品不同系统之间的分工将会更加精细,机电产品的模块化将是未来发展的方向。机电产品的模块化是系统而复杂的工作,研制人员需要对机械接口、环境接口、动力接口以及电器接口进行整体的研究和分类,使机电一体化产品成为具有识别功能、视觉和图像处理功能的新型产品,实现电器产品的系列化和标准化。结语随着经济的发展和科技的进步,机电一体化技术在众多领域得到了广泛的应用,提高了生产效率,增强了信息处理的精度和准度。机电一体化技术是集机械、电气、信息处理等于一体的综合技术,机电产品和技术会向着智能化、自动化、网络化和模块化的方向进一步发展,扩大机电产品和技术的应用范围。
机电一体化的设计范文6
【关键词】企业；技术改造；经济分析
机电的一体化系统并未形成具体的标准和统一的定义，从机械的角度上认为机电一体化系统的本质特征就是机械，是在机械的系统的主功能和相应的信息以及控制功能的实现上引进了相应的电子技术，使相应的机电系统实现与软件的有机结合，是一种特殊的机械系统。从机电系统的设计功能上考虑，完成了机械类、运动和信息等多任务的机械和相应部件联系起来，形成了机电系统的一体化模式以及形成了完整的机电系统，强调各种技术和功能的协调和良好结合，从而形成相应的机电的自动化系统。
一、机电系统的概念设计中的信息一体化
随着经济的发展和相应的技术革命，各学科的基础理论由于研究基础的发展和技术的相互渗透实现了产品设计的不断发展和完善，相应的机械设计逐步走向自动化和智能化的发展趋势从而实现机械设计指导的自动化和科学化、知识化。通过相应的计算公式和模型设计和比对实现了最优化的方案设计模式，机械概念设计的发展也逐步向现代化的设计模式靠近。通过计算设计的分析和综合，实现了更大范围内的机电系统的信息流动和管理控制，从而使相应的信息流更好地为机电系统的一体化设计服务。计算机与机电系统设计的相结合实现了信息载体的转换，通过更为新颖和快捷的设计方式和信息交流实现了信息的极大交流，从而使相应的机电系统设计方案的设计和选择达到最优状态。
二、机电系统概念设计中的功能结构一体化
功能结构的设计是机电系统设计的重点和关键，一般说来机电系统的功能结构设计分为功能设计和功能映射两个模块，然而这样分块的设计模式使机电系统的设计过程建立在抽象的概念基础之上，难以实现形象化和具体化的特点，设计过程中易出现信息的模糊和残缺，致使这样的设计模式难以形成形象而直观的感受，并从相应的机械制造的理论层面进行推理控制，这样的设计方式不利于机电系统概念设计的一体化模式的形成和协调。在相应的机电系统概念设计过程中应在建立了信息交流模式的基础之上增强概念系统设计的可行性和可操作性。在建立相应的信息交流模式基础之上实现机电系统的一体化优化设计。
三、机电系统概念设计的机电技术一体化
传统的机电系统的概念设计将机械与电子技术结合起来，从而通过机械、电子技术的系统结合实现相应的机械系统的功能特点，同时改变了人工的操作和判断，形成机电系统的自动化模式，并通过相应的程序协调机电系统的任务模式。然而传统的机电系统的设计难以满足现代机电系统设计的创新性要求，从而要实现一体化和自动化、智能化的发展模式。实现机械系统和电子技术的良好结合，从整体的系统功能上进行协调，从而实现机械技术和电子技术的协调组合，共同构成机电系统的功能结构。
四、机电系统概念设计的人机交互系统一体化
机电系统的一体化和信息化设计的最终目的是形成人机一体化的交互模式，形成智能化和科学化的机电系统的设计方式，随着计算机技术和相应技术的发展和创新，机械设计和应用的智能化模式逐步成为机械设计和应用的发展模式，人机交互系统的设计实际上实现了更为方便快捷的系统操作和应用模式，同时也提高了相应的生产的效率，提高了设计的科学化程度。在机电系统概念设计过程中，应以人为本建立机电系统的协同发展决策，从而使相应的机电系统充分使用于相应的设计人员。
参考文献
