時間：2023-08-16 17:05:49
序論：在您撰寫機電一體化的設(shè)計時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
（1）提高機電一體化設(shè)備的可靠性。機電一體化設(shè)備是保障工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)運行的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，隨著機電一體化技術(shù)研究的不斷深入，各類智能化、模塊化、現(xiàn)代化的機電設(shè)備不斷的更新?lián)Q代，但是作為企業(yè)采購設(shè)備的管理人員不能夠一味的追求機電一體化設(shè)備的現(xiàn)代化程度，重要的是應(yīng)該明確機械設(shè)備的使用環(huán)境，依據(jù)相關(guān)的選型設(shè)計數(shù)據(jù)選擇合適的機電設(shè)備，進而提高企業(yè)的生產(chǎn)運行穩(wěn)定性。由于機電一體化設(shè)備的工作環(huán)境以及操作者的操作熟練度等原因，同樣會導(dǎo)致機電一體化設(shè)備的損壞，因此提升操作者技術(shù)素質(zhì)以及責(zé)任意識應(yīng)該作為機電設(shè)備維護工作中的重點。（2）實現(xiàn)機電一體化設(shè)備的精細化管理。目前，機電一體化設(shè)備的現(xiàn)代化程度不斷提升，作為設(shè)備的管理者只有不斷更新管理理念，制定出現(xiàn)代化的管理措施，才能夠讓機電一體化設(shè)備維護工作發(fā)揮出實效。機電一體化設(shè)備的精細化管理就是要在機械設(shè)備管理制度中明確規(guī)定出機電一體化設(shè)備的維護時間以及維護方法，并需要對維護人員進行設(shè)定，同時設(shè)定相應(yīng)的設(shè)備維護檢查監(jiān)督部門，確保機電一體化設(shè)備能夠得以穩(wěn)定運行。此外，精細化管理體系的建立要以企業(yè)全體員工作為載體，即需要全員參與，最終確保機電設(shè)備能夠得到高效的管理及維護。（3）設(shè)備維修日志的制定。為了能夠?qū)C電設(shè)備維護進行跟蹤式管理，設(shè)備應(yīng)用企業(yè)應(yīng)該為每一個正常運行的設(shè)備監(jiān)理管理維修日志。工作人員對機電設(shè)備進行定期檢查維修后，應(yīng)認真記錄每次檢查的結(jié)果和保養(yǎng)維修的詳細步驟，并將檔案輸入總數(shù)據(jù)庫。這樣不僅可以為以后的管理和維修帶來方便，還能針對每臺設(shè)備的損壞程度制定出相應(yīng)的運行、保養(yǎng)和維修方案，從而達到延長設(shè)備使用壽命、降低維修成本、提高生產(chǎn)效率的目的。
（1）不斷總結(jié)更新機電設(shè)備管理維修中的技術(shù)。隨著機電一體化設(shè)備制造技術(shù)的不斷更新，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及功能也必將趨于完善，設(shè)備的管理維修技術(shù)也應(yīng)該發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，新時代背景下，企業(yè)應(yīng)該不斷對設(shè)備管理和維修技術(shù)進行總結(jié)更新，以滿足自身發(fā)展所需。企業(yè)可定期組織負責(zé)機電設(shè)備管理與維修的人員進行總結(jié)學(xué)習(xí)，使其相互探討研究，以更好地解決工作中出現(xiàn)的難題，從而達到提高企業(yè)生產(chǎn)效益的目的。（2）實現(xiàn)機電設(shè)備管理與維修的綠色化。如今，機電設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)走上了綠色化的道路。因此，不管是為了適應(yīng)機電設(shè)備發(fā)展所需，還是為了滿足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略所需，企業(yè)都應(yīng)努力實現(xiàn)機電設(shè)備管理與維修的綠色化。設(shè)備維修的綠色化是指盡最大可能地合理利用資源，在實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)效益最大化的同時，不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生過大不良影響，其具體措施有盡可能地將報廢設(shè)備的可用零件進行循環(huán)利用、將維修廢棄物的排放量降至最低等。（3）充分利用現(xiàn)代技術(shù)分析法———計算機輔助診斷。計算機輔助診斷是一項現(xiàn)代高科技的技術(shù)分析法，它比其他技術(shù)分析法具有更多優(yōu)勢。但這同時也是一項技術(shù)含量較高的新型分析法，因而掌握起來有一定難度，所以企業(yè)應(yīng)該加強工作人員對該分析法的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。
對于機電一體化設(shè)備的選型設(shè)計，是設(shè)備選用、改造以及更新的重要環(huán)節(jié)。對于機電一體化設(shè)備的選用，應(yīng)該明確設(shè)備的工作環(huán)境以及生產(chǎn)需求，還應(yīng)該考慮到相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟條件以及實際情況，進而依據(jù)選型的基本理論選定出最適合的機電一體化設(shè)備保證所選設(shè)備達到最優(yōu)化和最合理配置。此外，為了更好地發(fā)揮機電設(shè)備的功用，企業(yè)必須加強對機電設(shè)備管理與維修的策略選擇和技術(shù)探討，以此來保證機電設(shè)備的完好率，降低事故的發(fā)生率，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，最終實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益最大化的目標。
本文作者：趙永德工作單位：遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院
關(guān)鍵詞:機電一體化技術(shù);汽車設(shè)計;應(yīng)用
隨著我國汽車行業(yè)的發(fā)展速度不斷加快，大大拓展了汽車設(shè)計中機電一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍，同時也大大提高了機電一體化技術(shù)的水平。穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和安全性等是機電一體化技術(shù)具備的特征，通過對汽車設(shè)計中機電一體化的應(yīng)用進行研究，不但可以將汽車的整體穩(wěn)定性提升，同時可以為機電一體化技術(shù)質(zhì)量提供保障，從而對我國汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要的推動作用。
1在汽車設(shè)計中機電一體化技術(shù)存在的問題
1．1陳舊機電一體化技術(shù)設(shè)備
我國汽車機電一體化設(shè)計技術(shù)具有較晚的起步時間，這樣傳統(tǒng)手動汽車控制系統(tǒng)的設(shè)計無法使汽車用戶的實際需求得以滿足［1］。同一汽車廠對不同車型的設(shè)計標準和操作流程沒有統(tǒng)一的制定，這樣無法規(guī)范汽車機械零件的設(shè)計方法，從而使機電一體化技術(shù)出現(xiàn)一些問題，如不夠科學(xué)和規(guī)范以及無法安裝等，使人們對現(xiàn)代化汽車設(shè)計的基本要求無法滿足。這些問題的存在對汽車設(shè)計中機電一體化技術(shù)的提升和改進產(chǎn)生不利影響。由于汽車設(shè)計應(yīng)用設(shè)備的落后性不但對大量的人力、物力和財力造成了浪費，同時使汽車設(shè)計中機電一體化技術(shù)的成本提升，從而對機電一體化產(chǎn)品的更新和機電一體化設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新造成阻礙。
1．2汽車設(shè)計理念的落后性
由于落后的機電一體化設(shè)計理念會大大降低汽車整體運行的性能和工作效率，這對汽車本身的設(shè)計方案造成一定的破壞，使汽車發(fā)生故障的次數(shù)增加，對創(chuàng)新和發(fā)展現(xiàn)代化機電一體化汽車設(shè)計技術(shù)造成影響［2］。另外由于汽車設(shè)計理念的落后性，無法有效的推廣新型機電一體化技術(shù)方法，無法為汽車良好的運轉(zhuǎn)性提供保障。在汽車實際運行中，傳統(tǒng)的汽車維修人員對創(chuàng)新汽車設(shè)計理念工作并不重視，這樣無法進一步推廣和使用機電一體化技術(shù)，對創(chuàng)新汽車設(shè)計方法和提升汽車運行的整體安全性造成影響。
1．3汽車機電一體化技術(shù)人員較低的綜合素質(zhì)
由于不斷增加汽車需求量，使汽車行業(yè)缺乏相應(yīng)的汽車實際人才，這樣在汽車行業(yè)中會使用一些非?？飘厴I(yè)的工作人員，從而對機電一體化技術(shù)的使用范圍無法提供保障。另外汽車設(shè)計具有復(fù)雜的程序和較高的技術(shù)含量，如果汽車汽車人員的專業(yè)技術(shù)不豐富，會在安全過程中忽視一些小的零部件，這對汽車運行中的穩(wěn)定性無法保障。而且由于汽車機電一體化技術(shù)人員具有較低的綜合素質(zhì)和專業(yè)素質(zhì)，對安裝檢查汽車機電一體化技術(shù)設(shè)備造成影響。
2在汽車設(shè)計中完善機電一體化技術(shù)的措施
2．1將現(xiàn)代化機電一體化技術(shù)設(shè)備不斷更新
在設(shè)計汽車過程中，機電一體化技術(shù)人員應(yīng)該對計算機應(yīng)用軟件正確的使用，這樣可以對汽車工程領(lǐng)域中機械技術(shù)的改善具有重要的作用［3］。技術(shù)人員要對機電一體化技術(shù)設(shè)備不斷的改善，從而可以將汽車設(shè)計中處理信息的技術(shù)提升，而且要將汽車驅(qū)動技術(shù)和計算機集成技術(shù)等合理的應(yīng)用到汽車的設(shè)計系統(tǒng)中。汽車設(shè)計中各個方案的執(zhí)行是通過不斷創(chuàng)新機電一體化設(shè)計技術(shù)設(shè)備來完成的，這樣可以將汽車運行的整體功能性大大提升，使汽車電子系統(tǒng)與機電運行系統(tǒng)充分融合的目的得以實現(xiàn)。
2．2對傳統(tǒng)的汽車設(shè)計理論進行創(chuàng)新
在設(shè)計汽車過程中關(guān)鍵的技術(shù)主要是機電一體化技術(shù)，所以在完善汽車性能的過程中機電一體化技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計的作用是不可代替的，同時創(chuàng)新汽車設(shè)計程序和理念可以將汽車的整體性能大大提升。但是在這個過程中要對各個因素阻礙進行克服，造成這種現(xiàn)象的主要原因是人們出行的安全問題，如生命財產(chǎn)安全會受到汽車內(nèi)部各個零部件運行質(zhì)量的影響。因此要充分的融合汽車的微電子精算技術(shù)和設(shè)計機技術(shù)，不斷提升汽車的整體性能。只有在汽車設(shè)計中充分的應(yīng)用汽車機電一體化技術(shù)，才能夠?qū)⑵嚈C電一體化的微電子技術(shù)水平不斷加強，從而可以進一步提升汽車的穩(wěn)定性和安全性。
2．3將汽車設(shè)計人員的綜合素質(zhì)
不斷提升智能化和功能化是目前汽車設(shè)計中機電一體化技術(shù)的主要發(fā)展方向，所以引進汽車機電一體化設(shè)計的人員不但要掌握較高的專業(yè)技術(shù)，同時其專業(yè)素質(zhì)要符合要求［4］。同時要對新技術(shù)培訓(xùn)和專業(yè)考核制度的力度不斷加強，這樣機電一體化設(shè)計人員可以將汽車整體的機構(gòu)和運行系統(tǒng)的專業(yè)規(guī)范熟練的掌握，從而可以為汽車的運行質(zhì)量提供保障。同時汽車設(shè)計人員應(yīng)該將相應(yīng)的理論和專業(yè)技術(shù)不斷完善，將微電子技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷推廣，這樣不但可以將技術(shù)人員的實踐操作能力提升，同時可以將汽車運行的整體水平大大提升。
3結(jié)論
由此可見，隨著在技術(shù)設(shè)計中機電一體化技術(shù)的應(yīng)用力度不斷加強，消費者逐漸用更高的標準要求汽車的安全性和穩(wěn)定性等。在汽車設(shè)計中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，對機械領(lǐng)域各個方面的發(fā)展都具有重要的推動作用。但是其也存在一些相應(yīng)的問題，這需求汽車企業(yè)采取針對性的措施，將這些問題合理的解決，從而可以在汽車設(shè)計中更好的應(yīng)用機電一體化技術(shù)，進而可以大大提升汽車設(shè)計水平。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞：機電一體化、控制系統(tǒng)、設(shè)計
中圖分類號：U415.521
1. 壓路機機電一體化設(shè)計的國內(nèi)外概述
1.1國外壓路機機電一體化技術(shù)的發(fā)展
國外很多公司的自動壓實控制系統(tǒng)的新型智能可變振幅的Variomatic振動壓路機是用兩個相對旋轉(zhuǎn)的偏心軸來振動壓實輪，雙軸布置使輪子振動力的大小和方向隨著被壓物料上振動加速度的變化而相應(yīng)的變化，用液壓系統(tǒng)來調(diào)整兩軸之間的角度，通過電子控制的方式自動地完成從垂直到水平方向的無級變化，用裝在輪上的加速度表來不間斷的顯示物料硬度隨壓實進程的變化。把通過加速度表獲得的數(shù)據(jù)輸送到壓路機上的計算機里，并保存到軟、硬盤中，計算機把這些數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)置在計算機內(nèi)的參數(shù)進行比較。當(dāng)反饋達到預(yù)定值時計算機發(fā)出指令，通過調(diào)整兩根軸的相對角度來調(diào)整振動方向和有效振幅，這樣可以對壓實力進行優(yōu)化，既減輕司機操作的工作量又改善壓實均勻度。
1.2國內(nèi)壓路機機電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)壓路機廠家在機電自動調(diào)整方面取得了一定的成績，如湖南江麓機械廠研制的W1102DZ振動壓路機配備自動駕駛作業(yè)系統(tǒng)，很多壓路機也配置了聲光報警系統(tǒng)。雖然對關(guān)鍵參數(shù)實施了時時監(jiān)控，并且控制方式獨特、自成體系，安裝與維護簡單直觀，抗外界干擾能力強，但由于線束復(fù)雜，各功能單元之間的父子控制難以實現(xiàn)，傳感器資源利用率不高。
2.智能壓路機發(fā)動機及其工作原理
電子智能（ EDI） 發(fā)動機主要以尖端的電子技術(shù)為特征， 其卓越機械特性表現(xiàn)在燃油輸送特性、發(fā)動機管理功能和診斷等方面。作為高度集成化的系統(tǒng)與其它系統(tǒng)（ 如變速箱和冷卻系統(tǒng)） 相互作用， 先進的電子系統(tǒng)提供了不受發(fā)動機轉(zhuǎn)速影響的更大的燃油噴射率、燃油正時控制和更高的噴射壓力， 同時還提高產(chǎn)品的性價比和環(huán)保性。電子智能發(fā)動機的核心單元是一個裝在發(fā)動機上的ECM， 這個是基于微處理器為的控制系統(tǒng)， 它的作用是利用自能發(fā)動機上的傳感器控制發(fā)動機的運行狀態(tài)及監(jiān)控發(fā)動機主要輸入輸出參數(shù)： 還用智能發(fā)動機轉(zhuǎn)速、凸輪軸位置、吸管壓力、油溫、油壓、致冷劑溫度等參數(shù)。因此， 智能控制系統(tǒng)監(jiān)控著發(fā)動機的主要工作特性并存儲了相關(guān)信息， 檢修時，通過一臺工業(yè)標準診斷儀，工作人員就可以查看發(fā)動機的歷史工作性能的， 進而對機器實施故障分析， 實現(xiàn)快速低成本的維修。根據(jù)ECM 電子控制模板就可以準確計算燃油噴射壓力、噴射速度和噴射時間， 然后通過液壓控制的電子系統(tǒng)控制噴射系統(tǒng)HEUI 進行動作。
3.液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計
該液壓控制系統(tǒng)是由變量泵、安全閥、壓差傳感器及其電器控制部分組成。用壓差傳感器來檢測負載壓力， 用泵、閥控制器發(fā)出控制指令， 按照負載的大小調(diào)節(jié)液壓泵的排量， 使泵輸出壓力比工作負載壓力高出一不大的恒定值， 這樣是保證液壓泵輸出功率與負載相適應(yīng)， 提高效率。
2. 1 振動系統(tǒng)的雙頻雙幅調(diào)節(jié)
液壓控制系統(tǒng)的振動泵是由兩個電磁閥控制的， 其中，每個電磁閥對應(yīng)控制一個高壓油流方向， 這兩個電閥循環(huán)交替通電、斷電， 就能可改變高壓油流的方向。通過控制定量馬達的正反轉(zhuǎn)使振動軸上大小偏心塊相分別實現(xiàn)疊加和疊減， 疊加時泵的液壓油的排量小， 即出現(xiàn)高幅低頻； 疊減時泵的液壓油排量大， 即出現(xiàn)低幅高頻。
2. 2 對協(xié)調(diào)行走馬達進行功率分配。
該壓路機的行走系統(tǒng)由一個行走泵、三個行走馬達組成， 通過負荷傳感系統(tǒng)和速度傳感器完成對行走馬達的功率分配。為了擺脫前輪打滑的現(xiàn)象， 就在前輪設(shè)置一個小排量馬達，這樣， 馬達的扭矩只能發(fā)揮最大排量時的一半； 后輪兩馬達設(shè)置大排量， 其要發(fā)揮最大排量輸出扭矩驅(qū)動壓路機。同理，為了擺脫后輪打滑的狀況，后輪馬達設(shè)置小排量， 前輪馬達設(shè)置為大排量。利用電子控制程序的柔性結(jié)合電液伺服技術(shù)，最終實現(xiàn)液壓泵效率的合理分配。
2. 3 液壓控制系統(tǒng)中位軟啟動功能
該壓路機具有一套光電信號傳感模塊， 發(fā)動的機啟動是靠行走手柄放在中位來實現(xiàn)的，。這套保護裝置是防止壓路機帶載啟動造成對電機的沖擊。
2. 4 壓路機的自動滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)
為滿足大型工程施工的實際需求（ 要求爬坡能力超過50%） ， 壓路機的自動滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)在無滑轉(zhuǎn)軸和剎車閘的作用下避免單輪快速滑轉(zhuǎn)， 并通過傳感器檢測振動輪和橡膠驅(qū)動輪之間的滑轉(zhuǎn)， 通過調(diào)整液壓驅(qū)動系統(tǒng)液壓流量使?fàn)恳阅苓_到最佳狀態(tài)， 防止振動滾輪和橡膠驅(qū)動滾輪同時滑轉(zhuǎn)， 避免機器停頓或下陷。
2. 5 液壓控制系統(tǒng)污染檢測和主動維護功能
利用液壓系統(tǒng)對傳感器測出的各種信號進行處理， 用成熟的模糊邏輯原理進行合理的推理與分析，在有多個因素導(dǎo)致故障的情況下， 采用思維模擬技術(shù)， 確定故障誘發(fā)的因素。因為故障的復(fù)雜多樣性， 利用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理診斷信號。 為了設(shè)計和諧的人機對話界面， 在設(shè)計時采用大量圖像分析、液晶顯示識別系統(tǒng)來輔助。、
4.目前最迫切的工作
推廣與應(yīng)用機電一體化技術(shù)首先改變傳統(tǒng)的設(shè)計觀念，一味的強調(diào)低成本競爭會把企業(yè)帶人死胡同。當(dāng)然機械產(chǎn)品元件越少其可靠性會越高，但是這種可以犧牲產(chǎn)品多功能換來產(chǎn)品靠性喪失的開發(fā)不值得借鑒。國外公司正是看到了故障的存在性，才借助機電液一體化技術(shù)來減少故障、迅速發(fā)現(xiàn)并解決故障，也正是因為電子元件質(zhì)優(yōu)價廉，才使這項技術(shù)的廣泛應(yīng)用得到延伸與發(fā)展。
再者，要合理利用該技術(shù)則離不開同行的之間的合作、引進、吸收和開發(fā)。例如英格索蘭、卡特彼勒兩家公司合作，選用瑞土專業(yè)電子儀器公司開發(fā)的計算機軟件和控制系統(tǒng)，作為連續(xù)壓實控制的壓實數(shù)據(jù)系統(tǒng)（CDS）以及處理CCC的PC軟件程序。把這些壓路機制造公司沒有能力開發(fā)的技術(shù)要用有限的資金去引進，在學(xué)習(xí)、消化和吸收之與國內(nèi)其它公司聯(lián)合進行技術(shù)開發(fā)，利益共享。
小結(jié)
在科技高速發(fā)展和用戶需求日趨主題化、個性化和多樣化的時代背景下，產(chǎn)品技術(shù)含量的高低和功能的多樣性與企業(yè)的利潤和生存的聯(lián)系越來越密切?？鐕緸榱诉m應(yīng)市場降低成本，實施制造本地化及采購全球化戰(zhàn)略，促使制造業(yè)競爭越來越激烈。本文正是通過對壓路機機電一體化設(shè)計的研究，來找到提高機械產(chǎn)品的智能化水平，占領(lǐng)市場，讓用戶滿意的有效途徑。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】機電一體化；控制技術(shù)；設(shè)計；應(yīng)用方法
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
工業(yè)一直以來都是國民經(jīng)濟的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，其不僅關(guān)系著國家經(jīng)濟的發(fā)展進程，也影響了整個社會科技的發(fā)展水平。新經(jīng)濟體制下，我國工業(yè)科技取得了新的研究成果，改變了過去單一的技術(shù)應(yīng)用方案。機電一體化控制系統(tǒng)是工業(yè)經(jīng)濟中的先進模式，由于多種技術(shù)融入而提高技術(shù)的實用性，這些都能為企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。
一、機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成
從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術(shù)、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。
從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能?！皺z測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。從系統(tǒng)的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。
既然機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計歸根結(jié)底就是“接口設(shè)計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調(diào)整的功能。
二、機電一體化控制系統(tǒng)的設(shè)計要點
隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展。現(xiàn)在的機電一體化技術(shù)，是機械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)，它的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化、智能化。從企業(yè)角度分析，開辟新工業(yè)生產(chǎn)模式是行業(yè)科技的創(chuàng)新要求，也是實現(xiàn)經(jīng)濟收益最大化的必要條件。筆者認為，機電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注重幾大模塊的控制：
（1）結(jié)構(gòu)模塊。機械本體是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等，這是機電系統(tǒng)控制的主要對象。設(shè)計一體化系統(tǒng)要考慮設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)設(shè)置，使機電、機械等設(shè)備發(fā)揮出預(yù)期的功效，這樣才可以加快控制系統(tǒng)的功能發(fā)揮。
（2）動力模塊。動力驅(qū)動部分依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。無論是哪一種類型的機械設(shè)備，都要借助動力系統(tǒng)才能正常地運轉(zhuǎn)，這是機電一體化設(shè)計的主要內(nèi)容。動力模塊設(shè)計可選用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，根據(jù)主電機傳輸能量的大小，由變頻器自動控制電傳動速率，進而對設(shè)備動力供應(yīng)系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，這樣能夠方便機電系統(tǒng)的自動化運轉(zhuǎn)。
（3）感知模塊。測試傳感部分對系統(tǒng)的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。傳感器是信息傳遞的主要設(shè)備，用其作為信號感應(yīng)與自處理裝置，對機電設(shè)備調(diào)度具有指導(dǎo)作用。無線傳感技術(shù)的普及應(yīng)用，能夠幫助控制系統(tǒng)快速地分析數(shù)據(jù)信息，避免其他信號傳遞造成的干擾。
（4）指令模塊?？刂萍靶畔⑻幚聿糠謱碇疁y試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。機電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮指令的控制，尤其是自然語言與計算機語言之間的轉(zhuǎn)換，更應(yīng)該朝著一體化方向轉(zhuǎn)變，這是保證機電信號穩(wěn)定傳輸?shù)闹攸c條件。
三、機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)
（1）機械技術(shù)：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設(shè)計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。
（2）傳感檢測技術(shù)：傳感檢測技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。
（3）信息處理技術(shù)：信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計算機信息處理技術(shù)的范疇。
（4）自動控制技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。
（5）伺服傳動技術(shù)：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。
（6）系統(tǒng)總體技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)是一個技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。
四、機電一體化控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的主要趨勢，也是基于信息科技的自動化控制平臺，用其作為工業(yè)生產(chǎn)控制模塊，有助于加強生產(chǎn)設(shè)施的工作性能，帶動了生產(chǎn)效率的全面提升。同時，借助控制及信息處理部分發(fā)出的指令，可快速完成規(guī)定的動作和功能。除此之外，新型機電控制系統(tǒng)應(yīng)用還表現(xiàn)在其它方面：
（1）人機智能化。從未來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展角度考慮，我國機電一體化控制系統(tǒng)也將朝著智能方向改進，這種智能性特點是在原控制模式上的升級，應(yīng)用了多功能控制技術(shù)作為輔助方案。隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的不斷推廣，機電一體化作業(yè)模式的智能系數(shù)更高，大部分人工操作均可通過計算機控制平臺處理，這些改變了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)模式的不足。
（2）數(shù)字一體化。數(shù)字一體化是對機電一體化控制的延伸，其選用高科技數(shù)字系統(tǒng)作為支撐，對機電設(shè)備動作指令進行合理地調(diào)度，幫助工業(yè)系統(tǒng)解決實際生產(chǎn)中的問題。數(shù)字一體化以微型計算機為控制平臺，這種小型計算機具備了常規(guī)計算機的數(shù)據(jù)處理功能，因其外形輕巧而適合安裝于機電設(shè)備。利用數(shù)字傳感器對控制系統(tǒng)實時感應(yīng)，發(fā)現(xiàn)異常信號后及時調(diào)整指令，加快了數(shù)字系統(tǒng)的自處理效率。
參考文獻
[1]丁子華.新時期多功能通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與應(yīng)用[J].工業(yè)科技研究.2009，20（12）：19～21
關(guān)鍵詞：機電一體化；系統(tǒng)設(shè)計；構(gòu)成；過程；方法；可靠性
機電一體化概念始于70年代，是根據(jù)英文Mechanics(機械學(xué))的前半部分和Electronics(電子學(xué))的后半部分而構(gòu)成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協(xié)會專家組定義為：“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。
機電一體化技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服傳動技術(shù)與機械技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù)，是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)向機械技術(shù)不斷滲透的產(chǎn)物。機械技術(shù)是機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著高新技術(shù)引入機械行業(yè)，機械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)與變革。在機電一體化產(chǎn)品中，它不再是完成單一的系統(tǒng)聯(lián)接，而是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統(tǒng)有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復(fù)雜，對控制系統(tǒng)的要求越來越高。
1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與關(guān)鍵技術(shù)
1.1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成
從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術(shù)、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。
從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲。“動力功能”是向系統(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能?！皺z測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。從系統(tǒng)的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。
既然機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計歸根結(jié)底就是“接口設(shè)計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調(diào)整的功能。
1.2機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)
①機械技術(shù)：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設(shè)計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術(shù)：傳感檢測技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術(shù)：信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計算機信息處理技術(shù)的范疇。④自動控制技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。⑤伺服傳動技術(shù)：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統(tǒng)總體技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)是一個技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。
2 機電一體化的設(shè)計過程
機電一體化的機械動力部分由一般電動機演變?yōu)榭刂齐妱訖C，里程碑式地引入了電子和計算機等先進技術(shù)，代替人完成機器的檢測與控制等工作。在知識經(jīng)濟中體現(xiàn)了制造業(yè)高科技化，促進了高科技產(chǎn)業(yè)和知識經(jīng)濟的發(fā)展。它是一種用于機電產(chǎn)品最優(yōu)設(shè)計的方法學(xué)。它包括4個基本學(xué)科：電氣、機械、計算機科學(xué)和信息技術(shù)。如圖1所示。
摘要：本文結(jié)合筆者的多年工作經(jīng)驗，對機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成及關(guān)鍵技術(shù)進行了簡要的分析，并就機電一體化系統(tǒng)的幾種可靠性設(shè)計進行了探討。
關(guān)鍵詞：機電一體化；系統(tǒng)設(shè)計；構(gòu)成；過程；方法；可靠性
機電一體化概念始于70年代，是根據(jù)英文Mechanics(機械學(xué))的前半部分和Electronics(電子學(xué))的后半部分而構(gòu)成的，即Mechatronics。在80年代由美國機械工程協(xié)會專家組定義為：“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。
機電一體化技術(shù)，是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、伺服傳動技術(shù)與機械技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù)，是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)向機械技術(shù)不斷滲透的產(chǎn)物。機械技術(shù)是機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著高新技術(shù)引入機械行業(yè)，機械技術(shù)面臨著挑戰(zhàn)與變革。在機電一體化產(chǎn)品中，它不再是完成單一的系統(tǒng)聯(lián)接，而是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性與耐用方面對機電一體化系統(tǒng)有著重要影響。目前，隨著機電一體化系統(tǒng)所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制過程日趨復(fù)雜，對控制系統(tǒng)的要求越來越高。
1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成與關(guān)鍵技術(shù)
1.1機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成
從構(gòu)成要素上來看，機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)(機構(gòu))、電子信息處理系統(tǒng)(計算機)、動力系統(tǒng)(動力源)、傳感檢測系統(tǒng)(傳感器)、執(zhí)行元件系統(tǒng)(如電機)等五個子系統(tǒng)組成。機電一體化系統(tǒng)的基本特征是給”機械”增添了頭腦(計算機信息處理與控制)，因此是要求傳感器技術(shù)、控制用接口元件、機械結(jié)構(gòu)、控制軟件水平較高的系統(tǒng)。
從所要實現(xiàn)功能上來看，因為機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)是由若干具有特定功能的機械與微電子要素組成的有機整體，要有滿足人們使用要求的功能(目的功能)，所以根據(jù)不同的使用目的，要求系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素)進行某種處理，輸出所需要的物質(zhì)、能量和信息。因此，系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換(加工、處理)功能；②傳遞(移動、輸送)功能；③儲存(保持、積蓄、記錄)功能,不管是實現(xiàn)哪類“目的”功能的系統(tǒng)(或產(chǎn)品)，其系統(tǒng)內(nèi)部必須具備如下圖所示的五種內(nèi)部功能，即主功能、動力能功能、檢測功能、控制功能、構(gòu)造功能。其中“主功能”是實現(xiàn)系統(tǒng)“目的功能”直接必需的功能，主要是對物質(zhì)、能量、信息或其相互結(jié)合進行變換、傳遞和存儲?！皠恿δ堋笔窍蛳到y(tǒng)提供動力、讓系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)的功能?！皺z測功能和控制功能”的作用是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息和外部信息對整個系統(tǒng)進行控制，使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實施“目的功能”。而“構(gòu)造功能”則是使構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)及元、部件維持所定的時間和空間上的相互關(guān)系所必需的功能。從系統(tǒng)的輸入／輸出來看，除有主功能的輸入／輸出之外，還需要有動力輸入和控制信息的輸入／輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以及非目的性輸出(如廢棄物等)。
既然機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)可以分解成一系列要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，那么怎樣使各要素或子系統(tǒng)之間順利地進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換呢?這就涉及到了接口的概念。所謂接口就是各要素或各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系條件。從系統(tǒng)外部看，機電一體化系統(tǒng)的輸入／輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入／輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。從這一觀點出發(fā)，系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為綜合系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，在某種意義上講，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計歸根結(jié)底就是“接口設(shè)計”。廣義的接口功能有兩種，一種是輸入／輸出的功能；另一種是變換、調(diào)整的功能。
1.2機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)
①機械技術(shù)：機電一體化的機械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機械結(jié)構(gòu)更簡單、機械功能更強、性能更優(yōu)越。在設(shè)計和制造機械系統(tǒng)時除了考慮靜態(tài)、動態(tài)剛度及熱變形等問題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和新型結(jié)構(gòu)及新型的制造工藝和工藝裝置。②傳感檢測技術(shù)：傳感檢測技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理。機電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測裝置能快速、準確、可靠地獲取信息。③信息處理技術(shù)：信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計算機信息處理技術(shù)的范疇。④自動控制技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)中的自動控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。⑤伺服傳動技術(shù)：伺服傳動包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，常見的伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。⑥系統(tǒng)總體技術(shù)：機電一體化系統(tǒng)是一個技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運用而達到整體系統(tǒng)的最佳化。
2 機電一體化的設(shè)計過程
【關(guān)鍵詞】機電一體化；控制系統(tǒng)；原理；分類；應(yīng)用；分析
0.引言
機電一體化技術(shù)是將機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息機電一體化技術(shù)傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進行有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實際中去的綜合技術(shù)，是現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機電一體化的設(shè)備。
控制系統(tǒng)在機電一體化系統(tǒng)中處于核心地位，主要用于信息處理和動作控制，通過計算機接口與外部設(shè)備和相應(yīng)驅(qū)動設(shè)備相連接，協(xié)調(diào)機電一體化系統(tǒng)各部位的運轉(zhuǎn)。
1.控制系統(tǒng)的組成及工作原理
控制系統(tǒng)由控制裝置、執(zhí)行機構(gòu)、被控對象和傳感與檢測裝置組成，各設(shè)備之間通過標準接口連接，形成控制回路。主要工作方式為：首先輸入指定信號，設(shè)置控制參數(shù)，并通過傳感與檢測裝置接收外界信號，然后傳遞至控制器進行信息處理，將分析結(jié)構(gòu)傳遞至執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)進行動作運轉(zhuǎn)，將指定作用于被控對象，使得被控對象處于控制器設(shè)計狀態(tài)，最終通過被控對象輸出被控參數(shù)，進而實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)控制的目的。
2.控制系統(tǒng)分類
2.1按照控制系統(tǒng)所依據(jù)的判斷原則中是否存在被控對象的運行函數(shù)，可以將控制系統(tǒng)分為順序控制系統(tǒng)和反饋控制系統(tǒng)
2.1.1順序控制系統(tǒng)
其運行原理是：通過對時間、運行邏輯、外部條件等參數(shù)進行分析，輸出具體的被控對象運行步驟，屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。優(yōu)勢在于操作簡單、運行成本低、維護成本低，但是其操作精度過低，并且對外界環(huán)境的不利因素和干擾過于敏感。
2.1.2反饋控制系統(tǒng)
其運行原理是：通過傳感器接收被控對象的運行狀態(tài)參數(shù)，實時反饋給控制器，然后進行運行狀態(tài)調(diào)整，屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)。雖然該結(jié)構(gòu)的運行成本高且維修復(fù)雜，但是該系統(tǒng)的運行精度高、且動態(tài)調(diào)整性能好，對外界干擾的抵抗能力也較強。
2.2按照控制系統(tǒng)輸出信號的變化規(guī)律可將控制系統(tǒng)分為鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)
（1）鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)的特點在于不受外界干擾，輸出信號維持系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)，主要用于恒溫系統(tǒng)、恒定速度系統(tǒng)等機電一體化系統(tǒng)的控制。
（2）隨動系統(tǒng)即跟蹤系統(tǒng)，特點在于系統(tǒng)的輸出信號可以在一定范圍內(nèi)進行任意變化，不需遵循一定的規(guī)律，因此信號輸出不存在固定函數(shù)，設(shè)備的動作需要無間斷的進行精確指令發(fā)送，對系統(tǒng)的運行和分析能力要求極高，常用于瞄準設(shè)備、無定向探測設(shè)備等。
（3）程序控制系統(tǒng)即過程控制系統(tǒng)，特點在于按照提前設(shè)定的函數(shù)進行輸出信號的變化，信號的輸出屬于預(yù)先設(shè)定信號，但是信號的變化按照固定函數(shù)進行，常用于車床等預(yù)先已知動作變化規(guī)律的機電一體化設(shè)備中。
3.機電一體化控制系統(tǒng)原則
機電一體化控制系統(tǒng)的種類繁多，但是其控制基本特點及原則都是一致的。主要有以下三方面：
3.1準確性
在進行系統(tǒng)調(diào)控過程中，輸出制定與設(shè)計指令之間的偏差不能超出允許范圍內(nèi)，并且在不影響控制穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上不斷減小誤差。準確度決定著加工產(chǎn)品的精度，也關(guān)系著控制系統(tǒng)的最終效果。
3.2穩(wěn)定性
保持系統(tǒng)穩(wěn)定的意義在于保障產(chǎn)品質(zhì)量與預(yù)期設(shè)計相同，并且在外界存在干擾的情況下，不會引起產(chǎn)品質(zhì)量降低。尤其是閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋機制，容易受到參數(shù)不匹配的影響，導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩進而影響工作能力。
3.3快速性
快速性的含義是系統(tǒng)消除偏差值的速度以及處理異常信號的速度必須快，因為當(dāng)系統(tǒng)存在偏差值時會導(dǎo)致系統(tǒng)無法運行或產(chǎn)品質(zhì)量降低，因此必須在短時間內(nèi)快速消除系統(tǒng)偏差，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性。
4.機電一體化設(shè)計應(yīng)用及發(fā)展方向
4.1機電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用
機電一體化控制系統(tǒng)在機械制造業(yè)中應(yīng)用廣泛，典型的設(shè)計應(yīng)用有以下幾點：
（1）挖掘機的制造過程中，通過模擬控制理論及控制系統(tǒng)，檢測液壓系統(tǒng)中泵的輸油壓力、控制壓力和其它參數(shù)，進而將運行參數(shù)輸入到控制系統(tǒng)中，調(diào)整挖掘機控制器工作方式，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用。
（2）壓縮機的制造過程中，通過控制系統(tǒng)檢測震動輪內(nèi)部偏心塊震動曲線，進而分析震動輪加速度，通過傅里葉變換等方式，求解地面壓實數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)壓縮機工作模式調(diào)整的目的。
（3）在國外的大型起重機械制造領(lǐng)域，已經(jīng)開始使用控制系統(tǒng)的模糊控制功能，將實踐經(jīng)驗和理論操作參數(shù)項結(jié)合，通過微處理技術(shù)使得控制系統(tǒng)可以像人工操作一樣自如，效率和安全性能更高。
4.2機電一體化控制系統(tǒng)應(yīng)用方向
機電一體化控制系統(tǒng)實現(xiàn)了機電設(shè)備的智能化發(fā)展，隨著光學(xué)、通信、微電子以及機械等技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)的發(fā)展方向也不斷細化，此外，人工智能、光纖和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，也大幅提升了機電一體化控制系統(tǒng)的性能。當(dāng)前，機電一體化控制系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展方向主要有以下幾個方面：
4.2.1模塊化
模塊化系統(tǒng)設(shè)備的模塊化屬于機電一體化發(fā)展的重要進步，由于當(dāng)前整個一體化系統(tǒng)設(shè)備來自于不同的生產(chǎn)廠家和設(shè)備制造商，因而需要對信號接口、轉(zhuǎn)換接口、電氣接口等連接部位進行標準設(shè)定，而模塊化使得單獨控制設(shè)備得以通用于任何一個機電一體化系統(tǒng)中，為行業(yè)發(fā)展和交流掃除了設(shè)備參數(shù)不同的障礙。
4.2.2智能化
智能化的發(fā)展得益于人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新技術(shù)的發(fā)展，賦予機電一體化控制系統(tǒng)自主分析和控制能力，極大的解放了生產(chǎn)力，降低了操作繁瑣程度。但是，這一目標的實現(xiàn)需要高標準的硬件設(shè)備和高速運轉(zhuǎn)的計算機技術(shù)來支撐。
4.2.3網(wǎng)絡(luò)化
網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得科技的傳播范圍不斷擴展，對于機電一體化控制系統(tǒng)而言，只要機電一體化控制系統(tǒng)的性能足夠優(yōu)越，便能夠迅速的被國際市場所認可，因此，不斷擴張的市場規(guī)模有利于刺激行業(yè)的進步和科研的深入探索，進而實現(xiàn)機電一體化控制系統(tǒng)性能的快速提升。
4.2.4環(huán)境化
環(huán)?；I(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化控制產(chǎn)品，符合當(dāng)前的環(huán)保要求。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指設(shè)備在使用時不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，設(shè)備報廢后能夠回收利用。
5.結(jié)束語
當(dāng)前機電一體化控制系統(tǒng)已經(jīng)在機械設(shè)備制造行業(yè)廣泛使用，其優(yōu)越的性能和便捷的操作使得用戶在進行機電設(shè)備選擇是更傾向于此類設(shè)備。雖然機電一體化控制系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)非常完備，各類輔助設(shè)備和控制軟件也非常的完善，但是應(yīng)該看到當(dāng)前實際應(yīng)用中的不足與缺陷，從最優(yōu)化角度出發(fā)，將機電一體化控制系統(tǒng)繼續(xù)的細分和具體化，面向各具體領(lǐng)域，開發(fā)針對性強、實用性高的一體化設(shè)備控制系統(tǒng)。對機電一體化控制系統(tǒng)的研究也應(yīng)立足當(dāng)前，不斷提升計算機技術(shù)與機械制造技術(shù)，為我國機電一體化控制系統(tǒng)的發(fā)展貢獻應(yīng)有的力量。
【參考文獻】
[1]胡玉琴.機電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計方案研究[J].科技與生活，2011（9）：203-203.
關(guān)鍵詞: 機電一體化;設(shè)計方法;步驟
機電一體化系統(tǒng)設(shè)計是多個學(xué)科的交叉和綜合,涉及的學(xué)科和技術(shù)非常廣泛,其技術(shù)發(fā)展迅速,水平越來越高。由于機電一體化產(chǎn)品覆蓋面很廣,在系統(tǒng)的構(gòu)成上,有著不同的層次,但在系統(tǒng)設(shè)計方面有著相同的規(guī)律。機電一體化系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)系統(tǒng)論的觀點,運用現(xiàn)代設(shè)計的方法構(gòu)造產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、賦予產(chǎn)品性能并進行產(chǎn)品設(shè)計的過程。
整個開發(fā)設(shè)計過程按步驟可劃分為四個階段:
1 設(shè)計籌劃階段
1)在籌劃階段中要對設(shè)計目標進行機理分析,對客戶的要求進行理論性抽象,以確定產(chǎn)品的性能、規(guī)格、參數(shù)。在這個階段,因為用戶需求往往是面向產(chǎn)品的使用目的,并不全是設(shè)計的技術(shù)參數(shù),所以需要對用戶的需求進行抽象,要在分析對象工作原理的基礎(chǔ)上,澄清用戶需求的目地、原因和具體內(nèi)容,經(jīng)過理論分析和邏輯推理,提煉出問題的本質(zhì)和解決問題的途徑,并用工程語言描述設(shè)計要求,最終形成產(chǎn)品的規(guī)格和參數(shù)。對于加工機械而言,它包括如下幾個方面:
① 運動參數(shù):表征機器工作部件的運動軌跡和行程、速度和加速度。
② 動力參數(shù):表征機器為完成加工動作應(yīng)輸出的力(或力矩)和功率。
③ 品質(zhì)參數(shù):表征機器工作的運動精度、動力精度、穩(wěn)定性、靈敏度和可靠性。
④ 環(huán)境參數(shù):表征機器工作的環(huán)境,如溫度、濕度、輸入電源。
⑤ 結(jié)構(gòu)參數(shù):表征機器空間幾何尺寸、結(jié)構(gòu)、外觀造型。
⑥ 界面參數(shù):表征機器的人機對話方式和功能。
2)在這個階段中要根據(jù)設(shè)計參數(shù)的需求,開展技術(shù)性分析,制定系統(tǒng)整體設(shè)計方案,劃分出構(gòu)成系統(tǒng)的各功能要素和功能模塊,然后對各類方案進行可行性研究對比,核定最佳總體設(shè)計方案、各個模塊設(shè)計的目標與相關(guān)人員的配備。系統(tǒng)設(shè)計方案文件的內(nèi)容包括:
① 系統(tǒng)的主要功能、技術(shù)指標、原理圖及文字說明。
② 控制策略及方案。
③ 各功能模塊的性能要求,模塊實現(xiàn)的初步方案及輸出輸入邏輯關(guān)系的參數(shù)指標。
④ 方案比較和選擇的初步確定。
⑤ 為保證系統(tǒng)性能指標所采取的技術(shù)措施。
⑥ 抗干擾及可靠性設(shè)計策略。
⑦ 外觀造型方案及機械主體方案。
⑧ 經(jīng)費和進度計劃的安排。
2 理論設(shè)計階段
首先,根據(jù)系統(tǒng)的主功能要求和構(gòu)成系統(tǒng)的功能要素進行系統(tǒng)要素進行主功能分解,劃分出功能模塊,畫出機器工作時序圖和機器傳動原理簡圖;對于有過程控制要求的系統(tǒng)應(yīng)建立各要素的數(shù)學(xué)模型,確定控制算法;計算出各功能模塊之間接口的輸入、輸出參數(shù),確定接口設(shè)計的任務(wù)分配。應(yīng)當(dāng)說明的是,系統(tǒng)設(shè)計過程中的接口設(shè)計是對接口輸入輸出參數(shù)或機械結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計,而功能模塊設(shè)計中的接口設(shè)計則是遵照系統(tǒng)設(shè)計制定的接口參數(shù)進行細部設(shè)計,實現(xiàn)接口的技術(shù)物理效應(yīng),兩者在設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計分工上是不同的。不同類型的接口,其設(shè)計要求有所不同。傳感器是機電一體化系統(tǒng)的感覺器官,它從待測對象那里獲得反映待測對象特征與狀態(tài)的信息,監(jiān)視監(jiān)測整個設(shè)備的工作過程,傳感器接口要求傳感器與被測對象機械量信號源應(yīng)有直接關(guān)系,保證標度轉(zhuǎn)換及數(shù)學(xué)建模快速、準確、可靠,傳感器與機械本體之間聯(lián)接簡潔、牢固,靈敏度高、動態(tài)性能好,抗機械諧波干擾性強,正確反映待測對象的被測參數(shù)。變送接口要滿足傳感器模塊的輸出信號與微機前向通道電氣參數(shù)的匹配及遠距離信號傳輸?shù)囊?接口信號的傳輸要精確,可靠性強,抗干擾能力強,噪音容限較低;傳感器的輸出阻抗要與接口的輸入阻抗相配合;接口輸出的電平要與微機的電平一致;為方便微機進行信號處理,接口輸入信號和輸出信號之間的關(guān)系須是線性關(guān)系。驅(qū)動接口要能滿足接口的輸入端與微機系統(tǒng)的后向通道在電平上保持一致,接口的輸出端與功率驅(qū)動模塊的輸入端之間電平匹配的同時,阻抗也要匹配。其次,為防止功率設(shè)備的強電回路反竄入微機系統(tǒng),接口必須采取有效的抵抗干擾措施。傳動接口是一個機械接口,要求它的聯(lián)接結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧,具有較高的傳動精度和定位精度,安裝、維修、調(diào)整簡單方便,傳動效率高,剛度好,相應(yīng)快。
其次,以功能模塊為單元,依據(jù)以上接口設(shè)計參數(shù)的要求對信號檢測與轉(zhuǎn)換、機械傳動與工作機構(gòu)、控制微機、功率驅(qū)動及執(zhí)行元件等進行各個功能模塊的選型、組配、設(shè)計。在此階段的設(shè)計工作量較大,既包括機械、電氣、電子、控制與計算機軟件等系統(tǒng)的設(shè)計,又包括總裝圖、零件圖的具體模塊選型、組配。一方面不僅要求在機械系統(tǒng)設(shè)計時選擇的機械系統(tǒng)參數(shù)要與控制系統(tǒng)的電氣參數(shù)相匹配,同時也要求在進行控制系統(tǒng)設(shè)計時,要根據(jù)機械系統(tǒng)的固有結(jié)構(gòu)參數(shù)來選擇及確定相關(guān)電氣參數(shù),綜合應(yīng)用微電子技術(shù)與機械技術(shù),讓兩項技術(shù)互相結(jié)合、互相協(xié)調(diào)、互相補充,把機電一體化的優(yōu)越性充分體現(xiàn)出來。為提高工效,應(yīng)該盡量應(yīng)用各種cad、PRO/E等輔助工具;整個設(shè)計應(yīng)盡量采用通用的模塊和接口,以利于整體匹配,利于后期進行產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
最后,以技術(shù)文件的方式對完整的系統(tǒng)設(shè)計采取整體技術(shù)經(jīng)濟指標分析,設(shè)計目標考核與系統(tǒng)優(yōu)化,擇優(yōu)選擇出綜合性能指標最優(yōu)的方案。
其中,系統(tǒng)功能分解應(yīng)綜合運用機械技術(shù)和電子技術(shù)各自的優(yōu)勢,努力使系統(tǒng)構(gòu)成簡單化、模塊化。經(jīng)常用到的設(shè)計策略有如下幾種:
① 用電子裝置替代機械傳動,縮減機械傳動裝置,簡化機械結(jié)構(gòu),減小尺寸,減輕重量,增強系統(tǒng)運動精度和控制靈活性。
② 在選擇功能模塊時要選用標準模塊,通用模塊,防止重復(fù)設(shè)計低水平的功能模塊,采用可靠的高水平模塊,以利于減少設(shè)計與開發(fā)的周期。
