机电一体化概论2-3-讲义

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机电一体化基础
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
• 三、基本物理量的折算
3、刚度系数的折算 2）扭转刚度系数的折算
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1 k1
2
T2
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z2 z1
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3
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机电一体化基础
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
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1 k3
1 k
机电一体化基础
第2章 机械系统设计
2.1 机械系统数学模型的建立
• 三、基本物理量的折算
4、系统的数学模型 将基本物理量折算到某一部件后，即可按单一部 件对系统进行建模。在本例中，设输入量为轴I的 转角xi，输出量为工作台的线位移xo，则可以得到 数控机床进给系统的数学模型:
机电一体化基础
第2章 机械系统设计
控制系统微分方程的列写 • 弹簧：
机电一体化基础
第2章 机械系统设计
控制系统微分方程的列写 • 阻尼：
机电一体化基础
第2章 机械系统设计
机械平移系统：
机电一体化基础
第2章 机械系统设计
机械平移系统：
式中，m、D、k通常均为常数，故机械平移系 统可以由二阶常系数微分方程描述。显然，微分方 程的系数取决于系统的结构参数，而阶次等于系统 中独立储能元件（惯性质量、弹簧）的数量
机电一体化基础
第2章 机械系统设计
– 2.1.2 建立数学模型的方法
控制工程基础
解析法：依据系统及元件各变量之间所遵循
的物理或化学规律列写出相应的数学关系式，
建立模型。

6、系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放 式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁 和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现 之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、 DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系， 机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品 的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、 情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层 境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机 电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的 启发研制出来的。
目前机电一体化技术能为人们普遍接受的涵义是“机电一 体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能 上引进微电子技术并将机械装置与电子设备以及相关软件有 机结合而构成的系统总称〞。
机电一体化不是机械技术和电子技术的简单叠加，而是将 电子设备的信息处理功能和控制功能“揉和〞到机械装置中去， 从而到达扬长避短、互为补充的目的，使机电一体化产品更具 有系统性、完整性和科学性。
1.1.3 机电一体化的开展趋势 机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多 学科的交叉综合，它的开展和进步依赖并促进相关技术的开展和 进步。因此，机电一体化的主要开展方向如下： 1、智能化 智能化是21世纪机电一体化技术开展的一个重要开展方向。人 工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控 机床的智能化就是重要应用。
机电一体化的开展大体可以分为三个阶段。20世纪60年 代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人 们自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。 20世纪70至80年代为第二阶段，可称为蓬勃开展阶段。这一 时期，计算机技术、控制技术、通信技术的开展，为机电一体 化的开展奠定了技术根底。

1.1机电一体化的定义和基本概念(2)
■ [例1-1]机械手 组织教学 建议：①参观机械手及其动作，结合讲授。 ②重点介绍机电一体化共性的各关键技术及其含义。
1.2机电一体化系统的基本结构和功能 (1)
■ 基本结构：机械部分、控制及信息处理部分、动力部分、传感检测部分、驱动部 分等五个部分(或系统)。
3.5全自动洗衣机
■ 简介： 全自动洗衣机是广泛应用于家用电器中典型的机电一体化设备。
■ 种类： 波轮式、滚筒式、搅拌式等。 洗衣基本原理 基本结构： 洗涤系统、给排水系统、脱水系统、电动机与传动系统、控制系统、箱体与支撑机构 等。
3.5全自动洗衣机
■ 新型洗衣机----模糊洗衣机 几个概念：模糊逻辑、控制原理、模糊控制推理系统、推理规则等。 组织教学 建议：在教学中尽量多结合实际例子或实物进行讲授。
2.7接口技术(1)
■ 概念： 接口----指将机电一体化系统的各部分连接起来的连接电路。 设置接口电路的原因。 接口电路的主要作用、功能。 接口电路的类型：人机接口与机电接口两大类。
2.7接口技术(1)
■ 人机接口-----指人与计算机之间建立联系、实现交换、传输信息的输入/输出设备 的控制电路。 两个任务：信息形式的转换和信息传输的控制。 机电接口---指计算机与机械装置或设备之间联系的控制电路。
■ 组织教学 建议：①结合[例1-2]平面关节型机械手，重点掌握机电一体化系统的结构。 ②结合实物----机械手，介绍机电一体化系统的结构。
1.3机电一体化产品(系统)的种类
■ 按功能来划分： 数控机械类；电子设备类；机电结合类；信息处理类；其它类。
■ 按用途来划分： 生产用类；运输、包装及工程用类；存储、销售用类；社会服务性用类；家庭用 类；科研及பைடு நூலகம்程控制用类；其它用类。 组织教学 建议：在教学中结合日常生活和工作的实际例子进行讲授。

《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理
8. 其他信号检测传感器 （2）超声波传感器（Ultrasonic sensors） 超声波探头又称为超声波传感器、超声波换能器。当工 件内无缺陷时，接收能量大，仪表指示值大；有缺陷时 部分能量被反射，接收能量小，仪表指示值小。根据这 个变化可把工件内部缺陷检测出来。
转速为 n60f /z
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理
3. 转速检测传感器 （2）电感式转速传感器
设齿数为z，由测速表测的频率计算出测量转速为：n60f /z
原理图
汽车后轮转速测量 电感式转速传感器原理
实物
目前已生产的电感式转速传感器测量转速从600r/min 到6000r/min。测量点间距达到2～10 mm，测量误差 小于0.01％。
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理
1. 线位移检测传感器 （1）电阻式线位移传感器
滑线位移式
绕线位移式
滑线位移传感器，电阻丝端电压恒定为Ui，当待测物体往返运动
时，将带动拉杆、电刷运动，电刷在电阻丝上往返滑动，其输出 端电压为Uo，且与位移量成正比。因此，当我们检测到输出电压
的变化量△Uo，就可以获知待测物体的位移量。
滑线式位移传感器
实物
绕线位移传感器
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.3.2 传感器的结构与基本原理