机电一体化设计理论共90页文档

——《机电一体化设计基础》——课后习题及知识点整理考试大纲1．考试的目的与作用；机电一体化系统设计是机械设计制造及其自动化专业的一门专业课。

学生的考试成绩是对其学习水平评价的重要因素之一，通过复习考试，可以巩固学生所学机电一体化系统设计的基本理论，加深对机电一体化系统各组成部分的结构以及设计方法的认识；教师通过考试可以考核学生对所学知识点的掌握程度，找出共性问题；另外，通过考试还可以检查教学效果，为今后进一步提高机电一体化系统设计课程的教学质量，促进课程建设提供重要的参考依据。

2．考核内容与考核目标；理解机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系。

了解机电一体化系统的设计方法。

了解机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统种类和特点。

掌握机电一体化系统中机械、传感检测、伺服驱动、控制等基本结构要素的技术特点，掌握典型装置的技术原理和使用方法。

了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。

3．主要参考书；刘武发等编，机电一体化设计基础，化学工业出版社，2007张建民等编著. 机电一体化系统设计（第三版）.高等教育出版社，2007.74．课程考试内容与教材的关系；根据教学大纲选用教材，根据大纲要求确定考核内容。

5．分章节的考核知识点；第1章绪论机电一体化的定义，机电一体化的基本结构要素，机电一体化的相关的关键技术。

第2章机电一体化系统设计基础机电一体化设计流程，产品的设计过程，调试过程，接口设计和可靠性设计。

第3章典型机电一体化产品规划和概念设计。

数控机床的概念设计。

第4章机电一体化系统中的机械系统设计机械设计特点，齿轮传动比的确定方法与分配方法，调整齿轮侧隙的措施；谐波齿轮传动、同步带传动的结构、特点及传动比的计算，联轴器选择；滚珠丝杠副的选则预紧计算；滚动导轨、塑料导轨的特点及选用；支承机构的特点。

第5章机电一体化中的检测系统设计传感器的组成、分类和性能指标，各种传感器的基本原理及应用特点。

机电一体化系统设计课件1. 简介机电一体化系统是将机械、电子和控制工程相结合，形成一个协同工作的系统。

本课件将介绍机电一体化系统的设计原理、组成部分以及常见应用。

机电一体化系统设计的原理是通过集成机械、电子和控制工程的知识，实现系统的自动化和优化。

设计原理包括以下几个方面：2.1 机械设计机械设计是机电一体化系统设计的基础。

在机械设计中，需要考虑系统的运动学、动力学和机构设计等问题。

通过合理的机械设计，可以实现系统的精确运动和高效能力。

电子设计是机电一体化系统设计的重要组成部分。

在电子设计中，需要考虑系统的传感器、执行器、电路和电源等问题。

通过合理的电子设计，可以实现系统的自动化和智能化。

2.3 控制工程设计控制工程设计是机电一体化系统设计的关键。

在控制工程设计中，需要考虑系统的控制算法、控制器和通信接口等问题。

通过合理的控制工程设计，可以实现系统的稳定性和可靠性。

机电一体化系统由机械部分、电子部分和控制部分组成。

下面将分别介绍这三个部分的组成部分：3.1 机械部分机械部分包括结构、传动、执行和传感器等部件。

结构部件负责支撑和固定系统的其他部件，传动部件负责将能量和动力从一个部件传递到另一个部件，执行部件负责完成系统的特定任务，传感器部件负责感知系统的状态和环境。

电子部分包括电路、传感器、执行器和通信接口等组件。

电路负责系统的信号处理和控制算法的实现，传感器负责感知系统的状态和环境，执行器负责执行系统的动作，通信接口负责系统的数据传输。

3.3 控制部分控制部分包括控制算法、控制器和人机接口等组成部分。

控制算法负责分析系统的状态和环境，并根据预设条件进行控制决策，控制器负责实施控制算法，人机接口负责人机交互和系统监控。

4. 常见应用机电一体化系统在众多领域均有应用，下面介绍其中几个常见的应用：4.1 自动化生产线机电一体化系统被广泛应用于自动化生产线中。

通过集成机械、电子和控制工程的知识，可以实现生产线的自动化和流程优化。

机电一体化机械系统设计理论1. 简介机电一体化是指在机械设计和控制系统设计中将机械部分和电气部分紧密结合，形成一个整体的系统。

机电一体化机械系统设计理论是探讨如何将机械和电气两个领域的知识结合起来，实现机械系统的高效运行和精确控制的理论体系。

本文将介绍机电一体化机械系统设计的基本原理、设计过程和设计方法。

2. 基本原理机电一体化机械系统设计的基本原理主要包括：机械工程原理、控制理论和电气工程原理。

2.1 机械工程原理机械工程原理是机械系统设计的基础，它包括力学、材料学、机械设计等方面的内容。

在机电一体化机械系统设计中，需要根据力学原理来确定机械结构的受力情况，选取合适的材料来满足机械系统的要求，并设计合理的机械结构。

2.2 控制理论控制理论是机电一体化机械系统设计中的重要组成部分，它主要包括自动控制和控制系统的理论。

在设计过程中，需要根据控制理论来确定机械系统的控制策略和参数，以实现对机械系统的精确控制。

2.3 电气工程原理电气工程原理是机电一体化机械系统设计中电气部分的基础，它主要包括电路理论、电机原理和电子技术等方面的内容。

在设计过程中，需要根据电气工程原理来确定机械系统中的电气组件的选型和电路的设计，以满足机械系统的要求。

3. 设计过程机电一体化机械系统设计的过程包括需求分析、概念设计、详细设计、制造和测试等阶段。

3.1 需求分析需求分析阶段是机械系统设计的起点，需要明确机械系统设计的目标和功能要求。

在这个阶段，需要与用户进行沟通，了解用户的需求和系统的使用环境，根据需求分析的结果来确定机械系统的设计要求。

3.2 概念设计概念设计阶段是机械系统设计的创造性阶段，需要根据需求分析的结果来确定机械系统的整体结构和工作原理。

在这个阶段，需要进行创新思维，产生多种设计方案，并评估各种方案的优缺点。

3.3 详细设计详细设计阶段是将概念设计转化为具体的技术方案的过程，需要根据概念设计的结果来进行具体的构造和计算。

第1章绪论通过本章的学习，了解机电一体化的定义、机电一体化系统的基本功能、相关技术和方法。

明确学习内容和目的，以及本课程的性质和任务。

考核知识点与考核要求1. 机电一体化的定义:是机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称识记：机电一体化的基本概念；机电一体化的理论基础和物质基础；2.机电一体化系统的基本功能要素:机械本体、控制与信息处理、动力、传感器检测、执行元件等。

3.1、机械子系统功能：机身、框架、机械联接等产品支持机构，实现构造功能要求：可靠、小型、美观2、动力子系统功能：提供能量，转换成需要的形式，实现动力功能要求：效率高、、适应性好、可靠性高3、传感检测子系统功能：检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能要求：体积小、精度高、抗干扰能力强4、执行机构子系统功能：包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成要求的动作常用执行机构：机械、电磁、电液等机构5、电子信息处理子系统功能：处理、运算、决策，实现控制功能要求：高可靠性、柔性、智能化识记：一个较完善的机电一体化系统的几个基本要素；每个功能要素在机电一体化系统中的作用。

3. 机电一体化的相关技术: 1.机械技术机械技术是机电一体化系统的基础，在机电一体化产品中，它不再是单一地完成系统间的连接，必须从系统的结构、重量、体积、刚性、可靠性能及通用性等几个方面加以改进，使机电一体化产品结构合理、重量减轻、刚性提高具有高的可靠性，实现产品的通用化、标准化、系列化，提高产品的可维修性，为机电一体化产品提供坚实的基础。

2.传感检测技术传感检测技术是机电一体化的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键性环节，它的功能越强，系统的自动化程度就越高。

3.信息处理技术信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策，主要设备是计算机或可编程序控制器及与其配套的I/O设备、显示器和外部存储器。

机电一体化系统的设计与控制引言机电一体化系统是指将机械与电气控制系统相结合，实现工业控制与自动化的一种综合应用技术。

在现代制造业中，机电一体化系统已经得到广泛应用，它不仅可以提高生产效率和产品质量，还可以降低生产成本和人工投入。

本文将重点探讨机电一体化系统的设计与控制方法。

一、机电一体化系统的设计原理1.1 机电一体化系统的概念机电一体化系统是将机械设备与电气控制系统紧密结合，通过传感器、执行器、控制器等元件的相互配合和协同工作，实现自动化控制和监测。

其设计原理主要包括机械结构设计、电气控制设计和系统集成设计。

1.2 机械结构设计机械结构设计是机电一体化系统设计的基础，它涉及到机械元件的选择、布局设计和传动系统等方面。

在机械结构设计中，需要考虑到设计的可靠性、稳定性和功能性，并进行相关的力学和动力学分析，以保证系统的正常运行和性能优化。

1.3 电气控制设计电气控制设计是机电一体化系统设计中非常重要的一环，它包括电气元件的选型、电气线路的布置以及编程控制等方面。

在电气控制设计中，需要充分考虑到系统的安全性、稳定性和可靠性，并进行相关的电气参数计算和控制逻辑设计，以实现对机械系统的精确控制。

1.4 系统集成设计系统集成设计是将机械结构设计和电气控制设计有机地结合在一起，形成完整的机电一体化系统。

在系统集成设计中，需要考虑到机械部分与电气部分之间的相互连接和协调，确保系统各个部分之间能够有效地协同工作。

二、机电一体化系统的控制方法2.1 传统控制方法传统控制方法是指基于PID控制器的控制方式，通过对机械系统的位置、速度和加速度等参数进行反馈控制，实现对机械系统的闭环控制。

传统控制方法简单、稳定性好，适用于一些简单的机械系统，但对于复杂的机电一体化系统来说，传统控制方法往往无法满足其复杂性和高精度的控制要求。

2.2 智能控制方法智能控制方法是指基于人工智能和专家系统的控制方式，通过对机械系统的学习和自适应调整，实现对机械系统的智能化控制。

⏹机电一体化设计绪论⏹ 1.1 基本概念⏹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。

⏹机电一体化不是机械与电子简单的叠加，而是在信息论、控制论和系统论的基础上建立起来的应用技术⏹机电一体化一般包含机电一体化产品(系统)和机电一体化技术两层含义。

⏹典型的机电一体化产品(系统)有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。

⏹⏹ 1.3 机电一体化系统的构成⏹ 1.3 机电一体化系统的构成⏹ 1.4 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 机械技术⏹ 6 系统总体技术⏹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。

其重要内容为接口技术。

接口包括电气接口、机械接口、人机接口⏹ 1.5 机电一体化系统设计⏹一、市场调研⏹二、总体方案设计⏹三、详细设计⏹四、样机试制与试验⏹五、小批量生产⏹六、大批量生产⏹一、市场调研⏹市场调研包括市场调查和市场预测。

所谓市场调查就是运用科学的方法，系统地、全面地收集所设计产品市场需求和经销方面的情况和资料，分析研究产品在供需双方之间进行转移的状况和趋势，而市场预测就是在市场调查的基础上，运用科学方法和手段，根据历史资料和现状，通过定性的经验分析或定量的科学计算，对市场未来的不确定因素和条件做出预计、测算和判断，为产品的方案设计提供依据。

⏹二、总体方案设计⏹1．产品方案构思⏹产品方案构思完成后，以方案图的形式将设计方案表达出来。

方案图应尽可能简洁明了，反映机电一体化系统各组成部分的相互关系，同时应便于后面的修改。

⏹2．方案的评价对多种构思和多种方案进行筛选，选择较好的可行方案进行分析组合和评价，从中再选几个方案按照机电一体化系统设计评价原则和评价方法进行深入的综合分析评价，最后确定实施方案。