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1、2020/10/25,机 电 传 动 与 控 制, ,刘 玉 锋,2020/10/25,第一章 绪论,第一节 机电传动控制的发展 一.机电传动的发展: 1.成组拖动 一台电机拖动一根天轴,然后由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各种生产机械. 特点:生产效率低,劳动条件差. 2.单电动机拖动: 一台电机拖动一台生产机械, 提高了传动效率, 目前中小型生产机械采用单电动机拖动.,2020/10/25,3.多电机拖动:,一台生产机械,每个运动部件分别由一台电动机拖动. 例如:龙门刨床 刨台 刀架 横梁 夹紧机构 分别由独立的电动机拖动 特点:简化了传动机构. 控制灵活. 便于实现生产自动化,2020/1
2、0/25,4.交直流无级调速,直流电动机具有良好的起动,制动和调速性,能在宽范围内实现平滑无级调速. 交流电动机调速,利用变频器实现交流电动机调速,能在宽范围内实现平滑无级调速. 特点:单机容量大,转速高,体积小,可靠性高.,2020/10/25,二. 机电控制系统的发展,1,继电接触器控制 实现的功能:起动,停车,调速,自动循环 保护等控制 特点: 结构简单,价廉,控制方式直观,可靠, 易掌握,易维护.体积大,工耗大,控制速度 慢,改变控制程序难,2020/10/25,2:顺序控制器控制,顺序控制器控制是继电器和半导体元件综合应用控制装置. 特点:容易改变程序,通用性强. 随着微电子技术和计
3、算机技术的发展,出现两个分支: (1).可编程序控制器控制技术 (2).单片机控制技术,2020/10/25,3:可编程序控制器PLC,可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Control-PLC),是微电子技术,计算机技术,继电接触器控制技术相结合的产品. 特点:容易编程,通用性强,接线简单,有功率级 输出,抗干扰能力强,工作可靠 发展方向: 微型,简易,价廉. 适合于机电一体 化产 品大容量,高速,高性能,能实现 网络通信,2020/10/25,第二节:机电一体化技术,一。机电一体化的基本概念 1。机电一体化的意义 随着大规模的集成电路和微型计算机的发展，机械技术与电子
4、技术的深度结合，综合运用机械技术，微电子技术，自动控制技术，信息技术，传感测试技术，电力电子技术，接口技术，信号变换技术及软件编程技术等群体技术。 根据系统功能的目标和优化组织结构的目标，合理配置机械本体，执行机构，动力驱动装置，传感测试元件，微电子信息传输和处理单元等硬件元素。并在,2020/10/25,软件程控和微电子电路的逻辑，有目的信息流向导引下， 相互协调，有机融合和集成。形成物质，能量和信息 的有序规则运动。在高功能，高质量，高可靠性，低 能耗的意义上，实现特定功能价值的系统工程技术。 A.机电一体化技术 它是微电子技术，计算机技术，信息技术与机械 技术相结合的，新兴的综合性的高新
5、技术与微电子技 术的有机结合。 B.机电一体化产品 它是新型机械与微电子器件，特别是微处理器，微 型机相结合，而开发出来的新一代电子化机械产品。 20世纪七十年代，机电一体化是最早出现的日本汉字。后来我国接受这一概念， Mechatronics 机电一体化。 机械电子学. Mechanics 机械学。Electronics 电子学。,2020/10/25,日本造英文字。 1984年，美国机械工程协会ASME给出现代机械系统定义：由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力，运动和能量流等动力学任务的机械和机电部件相互联的系统。 2.基本结构要素 一个完善的机电一体化系统，应包括五大基本要素
6、： （1）。机械本体 系统所有功能元素 的机械支持结构，包括机 身框架，机械连接等。材料，工艺，性能和水平的提高。 适应产品的高效，多功能，可靠，结构上，小型，轻量 和美观等要求。 （2）。能源部分 为系统提供能量和动力，使系统正常运行。常用 主要能源：电源，气压源和液压源等,2020/10/25,（3）。测试传感部分 对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数 及状态进行检测，变成可识别的信号。传输到信息处理 单元。经过分析和处理后，产生相应的控制信息。 （4）。驱动机构执行机构 提供动力，驱动各种执行机构，来完成各种动作 和功能。 要求：高效率，快速响应特性。对外部适应性和可靠性。 根据
7、控制信息和指令，完成要求的动作。 执行机构是运动部件：机械，电磁，电液等。 要考虑匹配性，改善性能，提高刚度，减轻重量， 实现模块化，标准化和系列化。提高整体的可靠性。,2020/10/25,（5）。控制及信息处理单元 将各传感信息和外部命令进行集中存储，分析，加工，并 按一定的程序和节奏发出相应的指令。控制整个系统有目 的运行。 组成：计算机，可编程控制器PLC，数控装置，逻辑电路， I/O,A/D，D/A。 要求：处理速度快，可靠性高，抗干扰能力强。完善的系 自我诊断功能。 智能化，小型化，轻量化，标准化等。,2020/10/25,头脑,手足,检测,控制,五官,骨胳,内脏,驱动,结构,能源
8、,人体五大要素 机电一体化五大功能,机电一体化系统或产品和人体功能要素,2020/10/25,头脑,手足,传感器,计算机,五官,骨胳,内脏,执行 机构,机械 结构,动力,人体五大要素 机电一体化五大要素,机电一体化系统或产品和人体功能要素,2020/10/25,3.机电一体化产品的分类: (1)以发展水平分类: A.功能附加型初级产品 B.功能代替型中级产品 C.机电融合型高级产品 (2)以应用范围分类: A.日常生活机电产品.亦称民用产品 例如:自动洗衣机,自动照相机 B.社会生产机电产品,亦称产业机电产品 例如:数控机床,工业机器人 C.办公自动化机电产品.亦称办公机电产品 例如: 复印机
9、,打字机,2020/10/25,二.机电一体化系统的相关技术,1.机械技术 机械技术是基础,在结构,质量,体积,材料,刚性和耐用等方面,与机电一体化相适应,利用高新技术更新概念. 例如, CAPP , CAD/CAM,专家系统,CIMS等 2.计算机与信息处理技术 计算机的硬件技术和软件技术,网络与通信技术,数据库技术,人工智能技术,专家系统技术等. 信息处理技术包括信息的交换,存取,运算,判断和决策等等,2020/10/25,3.系统技术 以整体的概念组织，应用各个相关技术。从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互联系的若干个概念单元，以功能单元为子系统进行二次分解，生成功能更为单一和具体
10、的子功能单元，直到能找出一个可实现的技术方案。对系统设计和产品开发十分重要。 如：电气接口，机械接口，人机接口 4。自动控制技术 具体控制装置和控制系统的设计。 如：位置控制，速度控制。自适应控制。自诊断校正等,2020/10/25,直接指行操作的技术，实现电信号到机械动作的转换装置和部件。 如：电液马达，油缸，气缸，步进电动机，直流伺服电动机和交流伺服电动机等等,6。伺服驱动技术,5。传感与检测技术 传感与检测是实现自动控制和自动调节的关键环节。 如：物理量，化学量和生物量等变成可视别的电信号,2020/10/25,三。机电一体化技术的经济效 益,社会效益及发展前景,一.经济效益,社会效益及
11、发展前景 1。提高精度 由于 机械传动的减少，配合间隙和受力变形等所引 起的误差减小，自动检测，自动控制，自动补偿和校正。 如：电子化圆度仪，精度由0。025微米到0。01微米 大型数控镗铣床，精度由0。06微米到0。02微米 2。增强功能 采用高新技术，机电一体化产品具备多种复合功能。这是一个显著特征。 如：加工中心，一次装夹完成多道工序，,2020/10/25,3.提高生产效率，降低生产成本 减少操作人员，减少准备时间和辅助时间，提高产品 的合格率，缩短新产品的开发周期 如：数控机床生产率提高56倍 柔性制造系统生产周期缩短40%，成本降低50% 4。节约能源，降低消耗 采用低能耗的驱动机
12、构，最佳的调节控制。 如：微处理机控制工业锅炉节煤520% 5。提高安全性和可靠性 机电一体化系统具有自动检测监控，能对各种故障和 危险情况自动保护。 如：大型冲压机。,2020/10/25,1.性能上：向高精度，高效率，高性能，智能化 的方向发展。 2.功能上：向小型化，轻型化，多功能方向发 展。 3.层次上：则向系统化，复合集成化的方向发 展。,二.发展前景,2020/10/25,HOMEWORK PAGE 4 1.1;1.2;1.3;1.4.,2020/10/25,HOMEWORK PAGE 4 1.1;1.2;1.3;1.4.,2020/10/25,HOMEWORK PAGE 4 1.1;1.2;1.3;1.4.,