机电一体化与自动化范例6篇

机电一体化与自动化

机电一体化与自动化范文1

关键词:机电控制系统;自动控制技术;一体化设计

DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.147

随着我国生产力的不断发展和科学水平的提高,自动化控制技术得到广泛的应用,已经成为人类社会发展不可缺少的重要部分。利用自动化生产控制技术,不仅有利于扩大生产规模,而且体现了技术上的先进性,对其进行深入研究和分析意义重大。机电一体化在我国制造业地位显著,具有卓越的创新思维,在产品上的应用也越来越完善。当然,不同类型的产品在进行设计的过程中需要采取不同的方法,根据实际情况选择最合理的方法才能确保产品制作过程的顺利。

1 机电控制系统和自动控制技术的介绍

1.1 机电控制系统

机电控制系统的核心元素是控制,它是指在无人参与和指导下,利用控制装置的作用使机器、设备或生产的过程能够自动按照设计好的方式运行,共同完成指定任务。机电控制通过一套完整的系统把控制器、控制对象和其他部件组合在一起,需要多种技术的共同配合来完成,例如微电子、信息处理、通信、自动控制等技术。所以,机电控制技术是一项综合性技术,主要包括检测传感、自动控制、信息处理、伺服传送这四种技术方式。随着计算机的发展和开发,机电控制系统出现之后便得到大力推广,现已经在生产制造、航空航天等领域被广泛的应用着,占据较为稳定的地位。

机电控制系统主要进行远程控制,管理人员可以通过异地拨号或者网络连接来远程控制异地的计算机,来完成相应的任务或指令。这种控制技术基于网络平台,可以对系统的每一个过程实时监督,保证人机之间可以随时建立联系。

1.2 自动控制技术

自动控制技术是指通过控制器使被控制的对象或过程能够自动按照预定的规律运行的一种技术方式。这一技术的理论基础是自动控制原理,通过协调机械、电器的各部件共同工作来有效完成动作过程,在机电控制系统中扮演着重要的角色。自动控制原理分为经典控制理论和现代控制理论,统称为传统控制理论。第一种理论的研究对象是针对单变量的线性时不变系统,这种理论要借助数学工具拉普拉斯变换,利用函数传递的方法在频率域进行系统分析。经典控制理论也叫自动调节原理,在负反馈闭环系统中,通过自动调节器的反馈作用来控制系统的中心环境。第二种理论的研究对象则是多变量、非线性和时变系统,借助的数学工具为矩阵论、线性代数和集合论等。它的研究内容主要是“四种控制”,分别是最优控制、自适应控制、随机控制和鲁棒控制,利用状态空间的方法在时间域内作系统分析,根据所处的状态或条件来分析下一步会出现的状态,然后用状态方程来描述整个系统过程。这两种理论存在的共同之处就是把被控制对象的精确数学模型作为基础,把控制对象和其他干扰因素都用严格的数学方程和函数来表示。但是随着时代的发展,21世纪的智能化进程更进一步,传统控制理论越来越显得有气无力,而新兴的智能控制系统则完全得心应手,表现出强大的功能和优势。智能控制是多个领域相互交叉的学科,目前发展也只是初步阶段,还需要根据实际情况不断补充和完善才能发挥出更加重要的作用和优势。

在机电控制技术中,自动控制技术非常重要,主要负责提高产品精度、加工效率、设备利用率等问题,技术的关键就是依据现代控制理论,表现出工程化和实用化的特点,优化控制模型,精确边界条件等。不过,任何技术要想在社会快速发展的今天不被淘汰或取代,就必须不断地进行改进和优化,全面适应发展需求。所以,自动控制技术也应该根据实际情况努力实现突破和创新。

2 机电一体化设计思想

根据调查,最早机电一体化是由日本的一家机械整形协会经济研究所提出的,他们设想将电子技术加入机构中的动力功能、主功能等加以控制和管理,实现电子设计、软件设计和接卸装置三者融合成一个统一的整体,非常具有创造性。后来随着社会经济的发展和科技的进步,机电一体化的思想越来越成熟,也逐步发展成一个较为完善的学科。在对产品进行设计工作时,机电一体化要求系统分析设计产品,反复审核,综合结果,不断进行修改和完善,从而达到最理想的效果。作为世界制造业的大国,我国出现并推广机电一体化思想是非常必要的,使产品表现出智能化、人性化、绿色化、微型化等先进理念,具有一定优越性。另外,机电一体化的产品有机融合了微电子技术、机械技术、自动控制技术等,系统的质量和性能都得到了进一步的提高,在特殊功能和任务的完成度上也有了良好的改善。

3 机电一体化产品的设计方法

3.1 整体法

这种方法就是将机械部分与电子部分进行有机整合,也就是

将机械技术与电子技术进行有机整合,从整体上开展设计。机电

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(上接第167页)

一体化的设计,最关键的就是表现出创新性的产品设计理论,打破传统的设计模式,全面提高产品的质量和性能。整体法通过把电子技术和机械技术整合成为一个不可分割的有机整体,实现产品设计上的新颖和独特,也体现了一种创新的思维方式,具有一定的影响和价值。

3.2 取代法

这一设计方法就是用电子线路代替机械控制结构,一般用于电子化产品设计。机械控制结构在完成指定任务的运行过程中形式过于单一,这种情况在机电设计一体化中就得到了改变,也就是利用电子线路来控制机构。我们往往将电子线路控制分步骤进行,首先在控制器或微型计算机上编出相应的程序,用于把电子线路和机械控制结构有机地相结合;然后,开始取代工作,即用电子线路代替原有机械结构,用变速机构、凸轮等代替那些接触式控制器。这样一来,传统的机械结构得到简化,体现出机电一体化的设计思想,而且产品的质量和性能也能得到相应的提高。

3.3 组合法

组合法是功能模块的整合,就是把各种标准功能的模块组合成各个机电一体化系统。当简单的机械与电子的有机整合并不能完成指定任务时,我们往往采取组合法,将各个功能模块进行整合,形成一个一体化的多功能模块的综合系统,然后对系统进行设计来达到预期效果。现在组合法在数控机床上面的应用效果显著、优势明显,拓展了多种使用功能,极大地提高了产品质量。另外,这一设计方法周期短、质量高,还可以节约设备成本,在生产管理、使用和维修上都非常方便,今后也一定会得到进一步的发展和完善。

4 总结

机电控制系统融合多种技术,在人类社会生产生活中发挥着越来越重要的作用。而机电一体化是新时代下的产物,在带来显著的经济效益和社会效益的同时,为机械工业的发展注入新的生命力。关于机电一体化产品的设计方法,虽然目前主要总结出三种,但今后肯定会出现更多的具有创新性的设计理念,在产品的人性化服务和自身质量性能上作出更大的提高和进步。随着未来科学技术和社会经济的不断提高,各种技术呈现相互融合的发展趋势,不同学科相互渗透,因此,机电一体化发展前景一片光明,必将得到更优质的完善并发挥出更大的价值。

参考文献:

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[3]潘六寿.浅析机电控制系统自动控制技术与一体化设计[J].黑龙江科技信息,2015(01):31.

机电一体化与自动化范文2

现代工程施工中,工程机械的性能、自动化程度及其经济性等可直接影响到施工工艺的好坏;而工程机械的电气与电子控制系统部分质量与性能的优劣又直接影响到工程机械的动力性、经济性、可靠性、施工质量、生产效率及使用寿命等。电子控制系统已成为现代工程机械技术水平的一个重要依据。随着科学技术的不断发展及对产品性能要求不断提高,电子控制系统在工程机械中所占的比重将会越来越大,其功能将会越来越强,应用范围也将越来越广,而且其复杂程度也随之提高,这样就对使用与维修人员提出了更高的要求。

现代工程施工要求工程机械具有以下性能生产效率高且能量损失小,节约能源;自动化程度高,施工质量好,精度高;性能稳定,工作可靠,安全,使用寿命长;具有较好的经济性;高的技术价格比和低的制造与使用成本;操作简单、轻便、劳动强度低,驾驶员的工作条件好,具有运行状态监视、故障自诊及自动报警功能,能及时准确地指出故障部位,减少停机维修作业时间。

机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。

20世纪60年代以来,人们利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能后,刺激了机械产品与电子技术的结合。计算机技术、控制技术、通信技术的发展为机电一体化的发展更进一步奠定了技术基础。20世纪80年代末期,机电一体化技术和产品得到了极大发展。各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持,20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入了深入发展时期。光学、通信技术等进入了机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中展露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。我国从20世纪80年代开始开展机电一体化研究和应用。取得了一定成果,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。机电一体化已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容。

机电一体化产品和技术可分为机械、电子和软件三大部分。模块化技术是这三者的共同技术。模块化技术可以减少产品的开发和生产成本,提高不同产品间的零部件通用化程度,提高产品的可装配性、可维修性和可扩展性等。融合机械、电子和软件三大部分的机电一体化模块代表了未来产品的发展方向,具有高度自主性、良好的协调性和自组织性的特点。总之,模块化设计与制造是机电一体化系统的基本方法和发展趋势。随着微处理器性能价格比的迅速提高和微机械电子(MEMS)技术的飞速发展,各种机电一体化模块将越来越多地出现在市场上。利用这些模块,可以迅速方便地设计和制造出各种新的机电一体化产品。

机电一体化是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。21世纪,机电一体化技术将成为机械工业的主角,在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益。机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势,机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

机电一体化与自动化范文3

关键词:机电一体化;机械系统;性能设计

我国信息技术的发展与进步,使机电一体化应用相关电子技术获得了广大的发展前景,有效提高了机械系统的设计水平。机电一体化的应用突破了传统机电行业的工作方式,加强改革与创新,通过对各部件的协调,强化了机电系统的运行状态。当前机电一体化机械系统中,仍存在灵活性、柔性不足等问题,为了提升机电系统的自动化能力,应明确机电一体化机械系统设计的要点和发展前景。

1机电一体化机械系统设计原则

(1)精度高。机电一体化可发挥机电一体化系统优势,提高产品精度,严格控制设计过程。例如:一旦机械系统精度未满足相关标准,出现产品不合格现象,便难以保证生产质量与生产效率,而通过机电一体化对精度标准进行判定,可提高零部件的尺寸标准率与产品合格率[1]。(2)智能化。智能化是机械系统的主要特征之一,在进行产品设计中,可及时发现并处理机电突况,缩短反应周期。因机电一体化在工作时,机械系统的各部件处于独立运行状态,当设计出现变动与更改时,不会因为一个部件而影响整体系统。智能化系统可及时发现故障,快速地向机械系统传达智能,执行相关操作,保证机电一体化可以正常运行或及时停止,避免故障增加。(3)稳定性。机电一体化机械系统的稳定性较高,不仅可以延长机械元件的寿命,还可提升工作效率,提升机电产品性能。在设计中,应严格控制机电一体化系统性能,单个机械系统涉及较多子系统,严格控制机械振动频率与摩擦系数,从而满足系统稳定性[2]。

2机电一体化机械系统的设计要点

2.1性能设计

提高精度是机电产品设计的基本原则,只有精度达到标准要求,才能加强产品应用优势,为机电产品的生产带来保障[3]。然而,在机电产品的设计中,往往会出现机电一体化机械系统设计不够准确的问题,导致产品不合格,生产出的零件尺寸不合理,零件精度不够,无法满足客户要求。加强其智能化机电设计和快速响应,是机电一体化系统的主要功能,通过智能化的运用,可以处理在生产过程中发生的突发事件,还可减少生产时间,临时修改设计内容。在系统收到计算机的指令后,智能系统便可快速与机器中的各种元件进行工作,传达信息内容,进而提升机械系统稳定性,从而提高各元件的寿命与效率[4]。因此,作为一个庞大、元件众多的机械系统,为了保证其稳定性,应减少机械振动的频率与零件与器械之间的摩擦次数,应确认零件尺寸的选择,向小型化与轻量化的方向发展。

2.2部件设计

机械系统的性能分析包括动态与静态特征分析,需要应用数学模型与公式表达,进而反映出机械系统的相关性能[5]。设计系统中,因各部件的运动参数、关系与结构确定了零件的精度与材料等特点,而选择其他部件等工作都由机械系统来决定,这些性能决定了机械产品的功能质量参数,功能质量参数优,则表示机械产品的性能较好,使用寿命长,灵敏度高,零件较为耐磨,可以长期运作。传统机械系统中,动力元件是重要的组成部分,机械系统的机电元件由计算机信息网络进行控制,为传动部件提供源源不断的动力。随着计算机技术的不断发展,机电一体化的机械系统零件逐渐智能、自动化,减少了人力投入,为企业带来更高的效益。其中,机电系统中的导体为驱动元件,驱动元件将计算机传达的指令转化为机电一体化的运用语言,进而引导机电一体化的工作,驱动元件主要由变速器转矩与速度转化器组成,具有精度高、体积小、重量低、效率高等特点,是一种稳定、高效的传输元件。

2.3传动设计

传动设计可使机械系统应用动力机的机械能,主要集中在伺服机械系统方面,在进行实际的设计过程中,要根据机电结合的具体内容将控制电机引入系统中,在引入的同时,保证控制电机具有无级调速功能并将速度调为较大范围,减少其他零件的应用数量,进而降低磨损,避免在制造过程中出现误差,减少传动设计流程,使机电一体化的运行更为简单[6]。此外,控制电机应用过程中,传动方式要以并联为主,由执行、传动、控制等多种机构构成系统,控制机械系统的运行环节,发挥计算机的作用。在传动设计中,要应用现行或无间隙传动方式,加强机械系统的稳定性。

3机电一体化机械系统的发展趋势

3.1强化机电一体化的安全性

随着时代的发展,国外先进的机械生产技术逐渐在我国得到应用,其中在电子与机械方面,加强了自动化工作,减少了人员投入与生产成本,实现了经济效益。未来设计人才与设计理念将进一步加强机电一体化的设计与应用,增加科研与后期维修的支出,实现效益最大化。机电一体化机械系统不仅显著节省了人力、成本投入,还提升了制作成品的精密度,提高了成品的质量。微电子技术与电力电子技术是机电一体化技术发展的核心,应加强探究与应用,其中微型计算机与微型处理器最为重要,机电产品监控特点体现在操作、控制方面,可进行及时反馈,增加了机电一体化的安全性,保证了日常的维护工作,进而延长了机电一体化的使用寿命[7]。可见,机电产品监控加强了机电一体化的灵活性与自主性。

3.2应用柔性制造系统

未来,智能化、集成化的传感系统将得到更广泛的应用,机电一体化将以高性能、高处理速度与计算模式为智能控制方案创造有利条件,进一步推动机电产品的智能化发展。其中柔性制造系统具有一定的代表性,柔性制造系统指将各种设备由一个传输系统联系起来,由传输装置将工件送到各加工设备,使工件进行准确、迅速加工。柔性制造系统使机电一体化具有自动化能力,使其工作效率得到显著提升[8]。

4机电一体化系统的发展策略

4.1促进科技创新

首先要摒弃传统的思想观念,并在传统观念基础上加强创新,企业领导人要加强对机电一体化技术的重视,发展机电一体化技术,转变原有的“投资成本过高”等不正确的思想观念,要对机电一体化技术的发展进行创新,融入现代先进技术,保证机电一体化技术满足时代需要,符合社会需求。同时,要加强机电一体化技术在人们生活中的应用,提升用户对机电一体化的重视程度,发挥机电一体化的作用,进而促进我国经济发展。

4.2将现代技术与机电一体化结合

机电一体化技术并不单一存在,需要将其与现代技术结合。在未来发展中,将机电一体化与信息技术、高新技术结合,进而优化机电一体化系统,增加企业的经济效益;同时,对机电一体化进行现代管理,通过高新技术加强机电一体化的创新。应用这两种技术,可以找出机电一体化在工作中的不足,进而对机电一体化进行改进,发挥其最大作用。

4.3融入节能环保理念

机电一体化系统具有广阔的设计与发展前景,在未来发展中,要提升其制作成品的质量,加强机电一体化的性能,因此在进行设计中,要严格进行质量控制,采用正确的设计方式;同时对系统配置、设备接口和结构进行优化创新,将节能环保理念应用到机电一体化机械系统设计中。在对机电一体化的设计与使用过程中,要进行环保考量,保证其对生态环境的污染破坏较小,再通过正确的使用方式,优化设计流程,实现机电一体化的环保作用,进而使企业稳定发展,符合社会的发展规律。

5结束语

随着机电一体化技术的发展,将推动机械系统的新一步完善,而机械自动化在行业发展中具有较大优势,提高机电一体化的智能性将成为行业发展的最终选择,因此设计人员要结合机电产品的设计要求,在机械系统的设计过程中,要严格控制设计质量,从结构、动力元件、传动元件等多种方面提升机械制造技术水平,发展广阔的市场空间,实现机电一体化机械系统的设计目标。

参考文献:

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机电一体化与自动化范文4

[论文摘要]机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。

一、机电一体化的基本概念

机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科,而机电一体化产品是在机械产品的基础上,采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合,它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。与传统的机电产品相比,机电一体化产品具有下述优越性。

(一)使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中,遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时,能自动采取保护措施,避免和减少人身和设备事故,显著提高设备的使用安全性。

(二)生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能,其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高,通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作,使之不受机械操作者主观因素的影响,从而实现最佳操作,保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时,由于机电一体化产品实现了工作的自动化,使得生产能力大大提高。例如,数控机床对工件的加工稳定性大大提高,生产效率比普通机床提高5~6倍。

(三)使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示,操作按钮和手柄数量显著减少,使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现,系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序,实现自动最优化操作。

(四)具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制,具有复合技术和复合功能,使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能,能应用于不同的场合和不同领域,满足用户需求的应变能力较强。例如,电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能,使其应用范围大为扩大。

(五)调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时,可通过改变控制程序来实现工作方式的改变,以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中,而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品,可以事先存入若干套不同的执行程序,然后根据不同的工作对象,只需给定一个代码信号输入,即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施,使工作恢复正常。

机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛,涉及到工业生产过程的所有领域,因此,机电一体化产品的种类很多,而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能,可以将其分成下述几类。

①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。

②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。

③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置,如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置,控制机构是接受电信号的液压伺服阀。

⑤信息控制类。主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外,机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。

二、机电一体化产品的构成及特点

机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看,机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性,而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能,即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能,而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。

(一)机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础,因此对机械结构提出了更高的要求,需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。

(二)动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能,去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主,包括电源、电动机及驱动电路等。

(三)传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量,同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定,为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现,对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。

机电一体化与自动化范文5

现代科学技术的发展极大地推动机械工业领域的技术改造与革命。在机械工业领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”的发展阶段。迄今为止,世界各国都在大力推广机电一体化技术。在人们生活的各个领域已得到广泛的应用,并以蓬勃的生机向前发展,不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展,而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。

1 机电一体化概述

机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。

机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术,根据系统功能目标要求,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值, 并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体系。但是,发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还被赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说,机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的延伸,智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

2 当前机电一体化技术主要的应用领域

2.1 数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40 年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在: 总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多CPU、多主总线的体系结构;开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益;WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊控制等智能机制;大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强了CNC系统的控制功能;能实现多过程、多通道控制;系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。

2.2 柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。

2.3 交流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力电子技术和微电子技术的发展,交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性,电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动,数字技术的发展,使复杂的矢量控制技术实用化得以实现,交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎,应用不断扩大。

3 机电一体化的发展状况

机电一体化与自动化范文6

关键词:机电一体化机械设计工程自动化

中图分类号:TH-39文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)02(c)-0000-00

进入20世纪60年代以来,微电子技术、信息技术、自动化技术得到了迅猛发展,以信息技术为中心,极大地提高劳动生产率和工作效率为重要目标。测量与控制技术、计算机技术和通信技术,三者结合在一起,构成完整的信息系统。在这种新技术革命的影响和冲击下,机电业发生了深刻的变化。机电一体化的共性关键技术是;精密机械技术、伺服传动技术、传感检测技术、信息处理技术、白动控制技术以及系统总体技术。但是区分机电一体化或非机电一体化的机械系统,其核心是计算机控制的伺服控制系统,其他的都是与此匹配的重要部分现有机械产品的电子化必须采用系统科学的观点和综合集成的技巧,使机械、电子设备和软件之间相互适应和匹配,发挥各自的优势,才能促进工业产品和消费产品向自动化方向发展。

1 机械机电一体化技术及其应用

机电一体化系统的形式多种多样,其功能也各不相同。一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素:机械本体、动力单元、传感检测单元、执行单元、驱动单元、控制及信息处理单元。随着机电一体化产品技术性能、水平和功能的提高,机械本体需在机械结构、材料、加工工艺以及几何尺寸等方面都应适应产品高效、多功能、可靠、节能、小型、轻量、美观等要求。动力单元动力单元的功能是按照机电一体化系统的控制要求,为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。机电一体化的显著特征之一是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。与一般的同类型机械装置相比,机电一体化系统中的机械部分精度要求更高,结构更简单,功能更强大,性能更优越,同时还要有更好的可靠性、维护性和更新颖的结构。零部件要求模块化、标准化、规格化,还有许多新的课题要加以研究和运用,如对结构进行优化设计,采用新型复合材料以使机械系统既减轻重量、缩小体积,同时又不降低机械的静、动刚度,采用高精度导轨、精密滚珠丝杠、高精度主轴轴承和高精度齿轮等,以提高关键零部件的精度和可靠性;开发新型复合材料以提高刀具、磨具的质量;通过零部件的模块化和标准化设计,提高其互换性和维护性等。因此机械技术的出发点在于如何与机电一体化技术相适应,利用其他高新技术来更新概念,实现结构上、材料上、性能上以及功能上的变革。

2 信息处理与自动控制技术及其应用

机电一体化系统中主要采用丁业控制机(包括可编程控制器,单、多回路调节器,单片微控制器,总线式丁业控制机,分布式计算机测控系统)进行信息处理。计算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化技术发展和变革的最重要因素。随着社会和经济发展,对信息交流的需求越来越大,这就需要信息传输,即通信技术,围绕如何提高传输速度、减少误码率等进行的。为了共享资源、提供分布式功能和集中管理,可通过通信设备和线路,将不同地理位置具有独立处理功能的多个计算机连接起来,运用功能完善的网络软件按照网络协议进行数据通信,组成计算机网络系统。计算机技术、通信技术和计算机网络技术的发展为信息处理技术提供了技术保障。

控制与信息处理单元像是对其他要素和它们之间的连接进行有机的统一控制一样,其功能是将来自传感器的信息和各种命令进行集中处理,根据处理结果,按照一定的规则发出相应的控制信号,控制各要素或子系统连接成为一个有机整体,使各个功能环节有目的地协调一致运动,并达到预期的性能,从而形成机电一体化的系统工程。各子系统之间必须通过控制信息进行联系才能协调统一的运动,进行有规则地物质和能量的交换和转移。因此,控制与信息处理单元是机电一体化系统的核心单元,一般由计算机、可编程控制器、数控装置以及各种逻辑电路等组成。信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策。自动控制技术包括高精度位置控制、速度控制、自适应控制、自校正等技术。自动控制就是依据自动控制原理对具体控制装置或系统在设计之后进行系统仿真,现场调试,最后使研制的系统可靠地投入运行,尤其是计算机技术高速发展,使得自动控制技术与计算机技术的结合越趋密切,因此自动控制技术是机电一体化技术中十分重要的关键技术。

3 伺服驱动技术及其发展

电动机伺服驱动方式在数控系统中的运用非常广泛,交直流伺服电动机驱动主要用在闭环伺服数控系统中。由于变频技术的进步,交流伺服电动机驱动技术取得突破性进展,为机电一体化系统提供了高质量的伺服驱动单元,极大地促进了机电一体化技术的发展。步进电动机驱动主要用在开环伺服数控系统中。对机电一体化系统的动态性能、控制质量和功能来说,伺服驱动技术具有决定性的作用。液压伺服系统(如液压马达、脉冲液压缸等)具有工作稳定、响应速度快、输出力矩大等特点,特别是在低速运行时其性能更突出,但液压系统需要增加液压泵等动力源,设备复杂、体积大、维修难及污染环境;而电气伺服系统(如步进电动机、直流伺服电动机等)具有控制灵活、费用较小、可靠性高等优点,但低速时输出力矩不够大。由于近年来变频技术的进步,交流伺服驱动技术取得突破性进展,为机电一体化系统提供了高质量的伺服驱动单元,极大地促进了机电一体化技术的发展。

4 结论与展望

机电一体化技术需要很多部门、产业的配合和支持,才能取得满意的结果。我们不仅要对机电一体化的各项相关技术进行全面深入的了解,还要能从系统工程的概念人手,通过系统总体设计来使各个相关技术形成有机的结合,并且要注意研究和解决技术融合过程中所产生的新问题,只有这样才能满足机电一体化高速发展的需要。机电一体化概论都很好,如果整个系统不能很好地协调,则它仍然不可能可靠地正常运行。随着科技的进步和社会经济的发展,机电一体化技术正在不断地深人到各个领域,并且迅猛地向前推进,特别是制造工业对机电一体化技术提出了许多新的更高的要求。机电一体化的发展趋势应为:在性能上向高精度、高效率、高性能、智能化方向发展;在功能上向小型化、轻型化、多功能方向发展;在层次上向系统化、复合集成化的方向发展。

参考文献

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