机电系统绪论.ppt
机电系统及其控制,绪论,什么是机电系统？（定义）哪些系统属于机电系统？（分类）机电系统包括哪些部分？（构成）所有机电系统都包括这些部分吗？（剖析）研究哪些内容？（关键技术、设计方法）怎样展开设计？（设计流程）,机电一体化技术：从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。,为使机械系统更好的完成预期功能，在系统中引入微电子技术，并用软件将二者有机结合起来的系统。概括：以机为主，电为机用。,1-1 机电系统的定义,1-2 机电系统的分类,军事工业医疗服务,1-2 机电系统的分类,军事工业医疗服务,焊接机器人,数控铣床,1-2 机电系统的分类,军事工业医疗服务,外科手术机器人,智能假肢,1-2 机电系统的分类,军事工业医疗服务,送餐机器人,1-3 机电系统的构成,控制系统,系统及外部环境信息,检测系统,传动系统,运动信息,驱动系统,执行器,机械联系,位姿信息,机电系统的信息流,1、检测传感系统,检测产品内部状态和外部环境，实现测量、感知功能,2、控制系统,处理、运算、决策，实现控制功能。,1-4 机电系统各部分的功能,1.3机电系统构成,3、驱动系统,提供能量，转换成需要的形式，实现动力供给。,4、传动系统、机械本体,力矩传递、运动传递；实现各器件的支撑、连接（机身、框架、机械连接零件）。,5、执行机构,操作器，接收控制信息，完成要求的动作，实现主功能。,1-4 机电系统各部分的功能,龙门式高速加工中心,数控铣床,1-4 典型机电系统的解剖,机械部件,CNC,数控机床伺服系统组成,步进电机、伺服电机或伺服液压缸,丝杠丝母,PLC或(IPC)工控机,光栅,1-4 典型机电系统的解剖,基于M3S的带MANUS手臂的轮椅,护理助残机器人MANUS手臂,视觉,编码器,压力传感器或电流传感器,1-4 典型机电系统的解剖,1-4 典型机电系统的解剖,驱动：,压缩机,执行机构：,蒸发器,控制系统：,单片机,1-5 课程研究内容,机电一体化共性关键技术典型部件工作原理及选取方法机电系统设计方法机电系统的常用控制方法,1.5.1 共性关键技术,1 检测传感技术2 信息处理技术3 自动控制技术4 伺服驱动技术5 机械传动技术6 系统总体技术,研究内容,1、检测传感技术,如何采集系统内部和外部信息，如何将信息映射为控制器可识别的信号。,1.5.1 共性关键技术,研究内容,2、信息处理技术,如何完成信息的交换、存取、运算，如何利用采集到的信息做出判断和决策，其主要工具是计算机及外围电路。,传感器,放大、滤波A/D,控制器,D/A，放大,执行器,4、伺服驱动技术,如何搭建驱动电路，如何将驱动信号按照一应的时序和逻辑要求送给驱动元件。,如何将驱动系统输出的动力转化为末端执行器期望的运动形式，并满足负载、精度、运动范围等指标。,5、机械传动技术,1.5.1 共性关键技术,研究内容,3、自动控制技术,选择何种控制方法和控制器，选择何种开发语言，如何编写出满足性能要求的控制程序。,6、系统总体技术 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统各个功能模块有机的结合起来，以实现整体最优。子系统参数要匹配：,1.5.1 共性关键技术,研究内容,a 驱动系统、传动系统、执行器之间的负载匹配 b 检测系统、控制系统、驱动系统之间的电源匹配 c 接口形式及接口尺寸的匹配问题 d 控制系统周期与机械系统频率的匹配问题,机电互补：某些功能（凸轮、自锁、某些控制功能，安全保护），用机械和电控均可以实现，应发挥各自特长，选择合理方式。一体化设计：机构、驱动、检测一体化。模块化设计、可重构设计。机械设计与电路设计相辅相成，机械设计时应充分考虑到电路板的安装，有时甚至可以用电路板作为机械支撑。,研究内容,1.5.2 系统设计方法,并行工程：从产品设计开始就考虑到产品生命全过程。虚拟产品设计：计算机辅助设计、虚拟人机交互技术。绿色设计：降低能耗、减少污染，注重废物回收利用。反求设计（逆向工程）：对已有产品分析、重构、再创造。在仿制中应用较多。网络合作设计：建立网络信息、资源平台，相关的网络终端用户同时参与到产品设计中。OEM（代工）：委托其他厂商代工，贴上自己的品牌。或将产品中的某个子系统委托其他厂商代工（也可以包含设计）。,通用方法,1.5.2 系统设计方法,1.6 机电一体化系统的设计流程,调研同类产品：了解同类产品的功能、优缺点。明确功能：提出系统（产品）的预期功能。定指标：根据产品预期功能确定各项设计指标，如系统自由度数、工作空间、最大速度、最大加速度、承载能力、刚度、精度、分辨率、噪声、动态品质参数。兼顾工艺性、标准化、产品外形美观、界面友好、使用舒适、操作方便。总体方案设计：几种方案对比论证，选优。,1.6 机电一体化系统的设计流程,分割系统：依据完成的功能不同将系统划分为若干子系统。子系统设计：借鉴类似系统，原理设计、方案设计、细化设计、加工调试。连接子系统：子系统之间的接口设计。样机试制与调试综合评价：对系统主功能进行评价，如未达到指标要求，重新设计。,系统功能评价,1.6 设计流程,1.7 设计实例,全自动化学发光免疫分析仪,设计实例,化学发光免疫检测原理,设计实例,1.7 设计实例,化学发光免疫分析仪系统组成,参考教材,机电一体化技术（第二版），孙卫青，科学出版社。机电一体化系统设计（第三版），张建民，高等教育出版社。,结束语,谢谢大家！Thank you for your attention!,
