下载文档原格式
机电一体化系统的设计方法
机电一体化系统的设计方法包括以下几个方面：
1. 概念设计：在机电一体化系统的设计初期，需要进行概念
设计，明确系统的功能、性能和结构等需求。
这个阶段需要进行需求分析、方案比较和选优等工作，确定系统的整体框架和设计指标。
2. 结构设计：在概念设计确定后，需要进行具体的结构设计，包括机械结构和电气结构的设计。
机械结构设计要考虑系统的运动学和动力学要求，选择合适的传动方式、机构和零部件等。
电气结构设计要考虑系统的电力和信号传输等需求，选择合适的电源、驱动器和控制器等。
3. 控制设计：机电一体化系统的控制设计是整个系统的关键，需要针对系统的工作原理和特点进行控制算法的设计。
根据系统的动态响应和稳态性能要求，选择合适的控制方法和参数调节方式，设计控制系统的结构和参数。
4. 效能设计：机电一体化系统的效能设计包括能量利用和噪
声控制等。
要在设计过程中考虑到能量的损失和转化效率，提高系统的能效。
同时，要对系统的噪声产生和传播进行分析和控制，减少系统产生的噪声。
5. 可靠性设计：机电一体化系统的可靠性设计是确保系统正
常工作和长期稳定运行的关键。
要进行可靠性分析和评估，识别可能的故障模式和失效原因，并采取相应的设计措施，提高
系统的可靠性和可维护性。
综上所述，机电一体化系统的设计方法涉及概念设计、结构设计、控制设计、效能设计和可靠性设计等方面，需要综合考虑系统的功能需求、结构特点、控制要求和效能指标，以实现系统的整体一体化和优化设计。
第一章1、机电一体化系统的构成要素与功能特征五大功能构成要素：机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机)五个子系统组成。
·2、机电一体化系统（产品）设计的考虑方法：1) 机电互补法机电互补法又称取代法。
该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。
例如：用PLC或计算机取代机械式的变速器、凸轮机构、离合器等。
可简化机械结构、提高性能。
2) 结合(融合)法它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件(子系统)，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。
例如：将电机的转子轴作为扫描镜的转轴。
3) 组合法它是将结合法制成的功能部件(子系统)、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统（产品），故称组合法。
3、机电一体化系统的设计类型1）开发性设计它是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品或系统。
2)适应性设计它是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。
3)变异性设计它是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。
第二章1.机电一体化的机械系统与一般机械系统相比，具有一定的特殊要求：（1）较高的定位精度。
（2）良好的动态响应特性。
——响应快、稳定性好。
（3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。
（4）高的谐振频率、合理的阻尼比。
2.滚珠丝杠副特点具有传动阻力小；传动效率高（92%~98%）；轴向刚度高；传动平稳；传动精度高；不易磨损、使用寿命长等优点；缺点:但不能自锁；因而用于高精度传动和升降传动时，需制动定位装置。
3.消除和减小丝杠轴向间隙的主要方法：双螺母螺纹预紧调整特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方便; 但不能精确定量调整。
ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ121 2010 7机电一体化，是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展并向机械工业领域迅猛渗透，以及与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术和软件编程技术等群体技术，即实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。
一、现代机械的机电一体化目标1.提高精度机电一体化技术使机械传动部件减少，因而使由机械磨损、配合间隙及变形而引起的误差大为减小。
同时，由于机电一体化技术采用电子技术实现自动检测和自动控制，校正和补偿由各种干扰因素造成的动态误差，从而达到单纯机械装备所不能实现的工作精度。
2.增强功能现代高新技术的引入，使机械产品具有多种复合功能，成为机电一体化产品和系统的一个显著特点。
3.提高生产效率机电一体化系统可以有效地减少生产准备时间和辅助时间，缩短新产品的开发周期，提高产品的合格率，减少操作人员，从而提高生产效率，降低生产成本。
4.节约能源，降低能耗通过采用低能耗的驱动机构、最佳调节控制和提高能源利用率等措施，机电一体化产品和系统可以取得良好的节能效果。
5.提高安全性、可靠性机电一体化系统通常具有自动检测、监控子系统，因而可以对各种故障和危险自动采取保护措施并及时修正参数，提高系统的安全可靠性。
6.改善操作性和实用性机电一体化系统的各相关子系统的动作顺序和功能协调关系由控制系统决定。
随着计算机技术和自动控制技术的发展，可以通过简便的人机界面操作，实现复杂的功能控制和良好的使用效果。
7.减轻劳动强度，改善劳动条件减轻劳动强度包括繁重的体力劳动和复杂的脑力劳动。
机电一体化系统能够由计算机完成设计制造和生产过程中极为复杂的人的智力活动和资料记忆查找工作，同时又能通过过程控制自动运行，从而替代人的紧张和单调重复操作以及在危险环境下的工作。
8.简化结构，减轻重量机电一体化系统采用先进的电力电子器件和传动技术，替代老式笨重的电气控制和机械变速结构，由微处理器和集成电路等微电子元件和程序逻辑软件，完成过去靠机械传动链来实现的关联运动，从而使机电一体化产品和系统的体积小，结构简化，重量减轻。
机电一体化系统设计方法及其发展随着科技的飞速发展，机电一体化系统已成为现代工业生产的重要标志之一。
机电一体化系统的设计方法不仅需要考虑机械系统的稳定性和功能性，还需要考虑电气系统的性能和可靠性。
本文将探讨机电一体化系统的设计方法及其发展。
机电一体化系统的定义机电一体化系统是指将机械部件、电气元件、电子元件和控制器件等集成在一个系统中，形成一种功能完善、性能卓越、可靠性高的系统。
机电一体化系统是现代工业生产的重要标志之一。
机电一体化系统的设计方法需要考虑以下几个方面：1. 系统的可靠性设计机电一体化系统的可靠性设计是关键，需要考虑到各个部件之间的协调和匹配，确保在使用过程中不出现故障或损坏。
可靠性设计需要对系统中各个方面进行全面的分析，包括设备的寿命、结构的稳定性、系统的性能等。
控制系统的设计是机电一体化系统设计的核心，需要考虑到各个组成部分之间的配合，确保系统能够正常运行。
控制系统的设计需要考虑到各种传感器和控制器的使用，以实现准确的控制和监测。
3. 系统的诊断和维护机电一体化系统在使用过程中需要进行诊断和维护，以确保系统一直保持高水平的性能和可靠性。
诊断和维护包括系统的检测、故障排除以及维护保养。
机电一体化系统的发展已经历了三个阶段：1. 传统机械系统与电气系统独立发展阶段在这个阶段内，机械系统和电气系统是独立发展的，彼此之间并没有相互影响。
这种传统的设计方法存在着很多的问题，例如稳定性差、可靠性低、操作复杂等等。
2. 机械和电气系统的分离与嵌套阶段在这个阶段中，机械和电气系统开始相互嵌套，设计方法开始向着一体化系统的方向发展。
但由于没有很好地解决各个系统之间的协调性和一致性问题，导致了系统设计的复杂性和成本的增加。
在这个阶段中，机械、电气和控制系统被融合到一个系统中，形成了一个完整的机电一体化系统。
设计方法不再是简单地将各个系统简单地嵌套在一起，而是将各个系统融合到一起，形成一个更加完整、协同性更好的系统。
机电一体化机械系统的设计思想
机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：静态设计和动态设计。
1、静态设计
静态设计是指依据系统的功能要求，通过讨论制定出机械系统的初步设计方案。
该方案只是一个初步的轮廓，包括系统主要零、部件的种类，各部件之间的联接方式，系统的掌握方式，所需能源方式等。
有了初步设计方案后，开头着手按技术要求设计系统的各组成部件的结构、运动关系及参数；零件的材料、结构、制造精度确定；执行元件（如电机）的参数、功率及过载力量的验算；相关元、部件的选择；系统的阻尼配置等。
以上称为稳态设计。
稳态设计保证了系统的静态特性要求。
2、动态设计
动态设计是讨论系统在频率域的特性，是借助静态设计的系统结构，通过建立系统组成各环节的数学模型和推导出系统整体的传递函数，利用自动掌握理论的方法求得该系统的频率特性（幅频特性和相频特性）。
系统的频率特性体现了系统对不同频率信号的反应，打算了系统的稳定性、最大工作频率和抗干扰力量。
静态设计是忽视了系统自身运动因素和干扰因素的影响状态下进行的产品设计，对于伺服精度和响应速度要求不高的机电一体化系统，静态设计就能够满意设计要求。
对于精密和高速智能化机电一体化系
统，环境干扰和系统自身的结构及运动因素对系统产生的影响会很大，因此必需通过调整各个环节的相关参数，转变系统的动态特性以保证系统的功能要求。
动态分析与设计过程往往会转变前期的部分设计方案，有时甚至会推翻整个方案，要求重新进行静态设计。
机电一体化系统设计方法及其发展机电一体化系统是指在产品设计中融合了机械、电子、计算机等多学科技术，以实现系统整合、功能优化、成本降低的一种系统设计方法。
在当今工业制造领域，机电一体化系统已经成为一个不可或缺的重要技术。
本文将介绍机电一体化系统设计的方法和其发展历程。
1. 多学科协同设计机电一体化系统的设计需要涉及到多学科的知识，例如机械、电子、计算机等。
多学科协同设计是非常重要的。
这需要设计团队成员之间进行密切的交流与合作，以确保各个学科的设计都能够相互协调一致。
2. 系统化设计思维机电一体化系统的设计需要从整体上进行考虑，而不是只考虑其中的某个部分。
系统化设计思维强调整体性、协调性和一致性，以确保所设计的系统能够达到预期的效果。
3. 信息技术的应用信息技术在机电一体化系统设计中扮演了非常重要的角色。
利用CAD、CAE、CAM等技术工具可以实现对系统设计的模拟、优化和仿真，从而提高系统设计的精度和效率。
二、机电一体化系统设计的发展机电一体化系统设计的发展可以追溯到20世纪70年代。
当时，随着电子技术和计算机技术的迅速发展，人们开始意识到可以将这些技术与传统的机械领域进行结合，从而实现系统设计的创新和提升。
随着科技的不断进步，机电一体化系统设计逐渐成为了一种新的趋势。
在发展过程中，机电一体化系统设计逐渐形成了一套完整的方法论和体系。
首先是多学科协同设计的方法得到了广泛的应用。
设计团队中的成员不再是单一的专业人才，而是包括了各种不同领域的专家，他们能够共同协作，推动系统设计的完善。
信息技术在机电一体化系统设计中的应用也得到了重要的发展。
CAD、CAE、CAM等软件工具的不断更新和完善，为机电一体化系统设计提供了更多的支持。
设计师可以利用这些工具进行虚拟设计、仿真验证等工作，从而在系统设计的初期就能够避免一些潜在的问题，并且可以在生产制造阶段提高效率。
随着人工智能、物联网等新技术的不断涌现，机电一体化系统设计也迎来了新的发展机遇。
机电一体化系统设计方法及其发展一、引言机电一体化系统指的是机械和电子两个领域的结合，通过控制系统和传感器实现机械设备的智能化。
随着科技的发展和工业自动化的需求增加，机电一体化系统在工业生产中扮演着越来越重要的角色。
本文将介绍机电一体化系统的设计方法及其发展。
二、机电一体化系统设计方法1. 需求分析在进行机电一体化系统的设计之前，首先需要对系统的需求进行分析。
这包括对系统功能、性能、工作环境等方面的需求进行详细的了解。
同时需要对设备的技术指标、成本预算等进行评估分析，为系统设计提供参考。
2. 系统架构设计系统架构设计是机电一体化系统设计的关键环节。
在这一阶段需要确定系统的整体结构，包括硬件组成、软件开发、控制策略等方面。
通过系统架构设计可以明确系统的功能模块、通信接口、数据流动等内容，为后续的详细设计提供基础。
3. 传感器与执行器选择在机电一体化系统中，传感器和执行器是至关重要的组成部分。
传感器用于采集系统的各种参数信息，执行器则用于对机械设备进行控制。
在选择传感器和执行器时需要考虑其适应性、精度、稳定性、成本等因素，以保证系统的稳定运行和良好性能。
4. 控制算法设计控制算法是机电一体化系统中的核心部分，其设计直接关系到系统的控制性能和稳定性。
在进行控制算法设计时需要考虑系统的动力学特性、传感器反馈、执行器响应等因素，通过模拟仿真和实验验证来寻找最优的控制方案。
5. 软硬件协同设计在机电一体化系统中，软件系统和硬件系统是相辅相成的。
软件系统负责实现系统的控制算法、数据处理、用户界面等功能，而硬件系统负责实现传感器采集、执行器控制等功能。
在软硬件协同设计中需要考虑二者的协作方式、通信协议、数据交互等内容。
6. 系统集成测试系统集成测试是机电一体化系统设计的最后一步，其目的是验证系统的整体性能和稳定性。
在进行系统集成测试时需要对系统的功能进行全面测试，包括开关量输入输出、模拟量采集输出、控制效果等方面。
机电一体化系统设计第一篇：机电一体化系统设计机电一体化系统设计1、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）等五个子系统组成。
2、系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换（加工、处理）功能；②传递（移动、输送）功能；③储存（保持、积蓄、记录）功能。
3的变换、调整功能，可将接口分成四种：1）零接口；2）无源接口；3）有源接口；4）智能接口。
4、机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、结合（融合）法和结合法。
5擦、低惯量、高强度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。
6、为达到上述要求，主要从以下几个方面采取措施：1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，如采用滚珠丝杠副、滚动导向支承、动（静）压导向支承等。
2如用加预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动和支承刚度；采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构；丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。
3的等效动惯量，尽可能提高加速能力。
5如选用复合材料等来提高刚度和强度，减轻重量、缩小体积使结构紧密化，以确保系统的小型化、轻量化、高速化和高可靠性化。
第二篇：机电一体化系统设计讲稿项目一数控车床主传动系统设计与部件选择1.1无级变速传动链1.1.1机床主传动系统设计满足的基本要求机床主传动系统因机床的类型、性能、规格尺寸等因素的不同，应满足的要求一也不一样。
在设计机床主传动系统时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。
在设计时应结合具体机床进行分析，一般应满足下述基本要求:(1)满足机床使用性能要求。
首先应满足机床的运动特性，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数(对于主传动为直线运动的机床，则有足够的每分钟双行程数范围及变速级数);传动系统设计合理，操作方便灵活、迅速、安全可靠等。
(2)满足机床传递动力要求。
主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。
机电有机结合之二---机电一体化系统动态设计考虑方法机电一体化系统的伺服系统的稳态设计只是初步确定了系统的主回路，还很不完善。
在稳态设计基础上所建立的系统数学模型一般不能满足系统动态品质的要求，甚至是不稳定的。
为此，必须进一步进行系统的动态设计。
系统的动态设计包括：选择系统的控制方式和校正(或补偿)形式，设计校正装置，将其有效地连接到稳态设计阶段所设计的系统中去，使补偿后的系统成为稳定系统，并满足各项动态指标的要求。
控制方式：常用反馈控制方式或前馈和反馈相结合的复合控制方式等。
校正形式：工程上常用对数频率法（借助Bode图)和根轨迹方法进行设计。
对数频率法，主要适用于线性定常最小相位系统。
系统以单位反馈构成闭环，若主反馈系统不是单位反馈，需要等效成单位反馈的形式。
动态设计的一般考虑方法和步骤：该方法主要用系统开环对数幅频特性进行设计，必须将各项设计指标反映到波德图上，并画出一条能满足要求的系统开环对数幅频特性，并与原始系统(稳态设计基础上建立的系统)的开环对数幅频特性相比较，找出所需补偿(或校定)装量的对数幅频特性。
然后根据此特性来设计较正(或补偿)装置，将该装置有效地连接到原始系统的电路中去，使校正(或补偿)后的开环对数幅频特性基本上与所希望系统的特性相一致。
一、系统的校正（补偿）方法当系统有输入或受到外部干扰时，其输出必将发生变化，由于系统中总是含有一些惯性或蓄能元件，其输出量也不能立即变化到与外部输入或干扰相对应的值，也就是说需要有一个变化过程，这个变化过程即为系统的过渡过程。
机电一体化系统的动态设计过程，首先要根据系统传递函数（可由理论推导或实验方法获得）分析系统过渡过程品质(响应的稳、快、准）。
系统在阶跃信号作用下，过渡过程大致有以下三种情况：系统的输出按指数规律上升，最后平稳地趋于稳态值；系统的输出发散，没有稳态值，此时系统是不稳定的；系统的输出虽然有振荡，但最终能趋于稳态值。
具体表征系统动态特性好坏的定量指标就是系统过渡过程的品质指标，可以用时域内的单位阶跃响应曲线（图8.8)中的参数来表示。
机电有机结合之一---机电一体化系统稳态设计考虑方法一、负载分析机电伺服务系统的被控对象作机械运动时，该被控对象就是系统的负载，它与系统执行元件的机械传动联系有多种形式。
负载的运动形式有直线运动、回转运动、间歇运动等，具体的负载往往比较复杂，为便于分析，常将它分解为几种典型负载，结合系统的运动规律再将它们组合起来，使定量设计计算得以顺利进行。
1.典型负载：包括惯性负载、外力负载、弹性负载、摩擦负载（滑动摩擦负载、粘性摩擦负载、滚动摩擦负载）等。
具体系统的负载可能是以上一种或几种典型负载的组合。
2.负载的等效换算在第二章/第三节齿轮传动比分配的“等效转动惯量最小原则”中曾提高过等效转动惯量的计算方法，本节将更详细地讨论。
为使执行元件的额定转矩（或力、功率）、加减速控制等，与被控对象的固有参数（如质量、转动惯量等）相互匹配，需要将被控对象相关部件的固有参数及其所受的负载（力或转矩等）等效换算到执行元件的输出轴上，即计算其输出轴承受的等效转动惯量和等效负载转矩（回转运动）或计算等效质量和等效力（直线运动）。
F面以图示的机床工作台伺服进给系统为例加以说明。
所示系统由一个移动部件和n个转动部件组成。
M、v和F分别为移动部件的质量（kg）、运动速度（m⑸和所受的负载力（N）；Jj、nj（j）和Tj分别为转动部件的转动惯量（kgm2）、转速（r/min或rad/s）和所受负载转矩（N m）。
（1）求等效转动惯量Jeq,根据能量守恒定律有:丄/ 加二丄十驹r r丄亠J J』七£尸】所叭等效转动惯量为:J2 “ — l 歿丿 用工程上常用单佞时，可拓上式改写为血丿J A 血丿 r=—4兀~ 移动部分为丝杠螺母传动时：跟丝杠连接的齿轮是第 n 个齿轮:(2)求等效负载转矩Teq 上述系统在时间t 内克服负载所作功的总和等于执行元件所做功，即:⑴心凤—土巧呼 户!所以*等效贡菽轻矩为：f 廿、寸 丄;*工r；7S 1用工程上常用单位时，可特上式改写为 —F — 2彳”：F tLyr/|^ ■ B 1速比之间的关系参见前面等效转动惯量部分。
机电一体化系统设计方法及其发展机电一体化系统是指将机械、电气、控制、计算机等技术融合在一起，形成一个整体的系统。
随着科技的不断发展，机电一体化系统在各个领域得到了广泛的应用，从生产制造到交通运输，从医疗设备到家用电器，无处不在。
本文将介绍机电一体化系统设计的方法及其发展状况。
1.需求分析机电一体化系统的设计首先需要进行需求分析，确定系统的功能和性能需求，包括机械结构、电气控制、通信及数据处理等方面的需求。
在需求分析阶段，需要充分了解系统的工作环境、工作条件和使用要求，为后续的设计工作奠定基础。
2.系统设计在系统设计阶段，需要将需求分析的结果转化为具体的系统设计方案。
这包括机械结构设计、电气控制方案设计、传感器和执行器的选择以及系统整体的布局和结构设计。
在系统设计过程中，需要充分考虑各个子系统之间的协调和统一，确保整个系统可以协同工作。
3.软硬件开发针对机电一体化系统的电气控制部分，需要进行软硬件开发工作。
包括控制算法的设计、嵌入式系统的开发、传感器和执行器的驱动程序开发等。
在软硬件开发过程中，需要结合具体的硬件平台和软件工具，确保系统的稳定性和可靠性。
4.集成测试集成测试是机电一体化系统设计过程中的关键环节，通过集成测试可以验证系统的整体性能和稳定性。
在集成测试阶段，需要对机械结构、电气控制、通信和数据处理等方面进行全面的测试，发现和解决潜在的问题，确保系统可以正常工作。
5.系统优化系统优化是机电一体化系统设计的最后一个环节，通过系统优化可以进一步提高系统的性能和稳定性。
在系统优化过程中，需要根据实际的使用情况和反馈信息，对系统进行调整和改进，使系统能够更好地满足用户的需求。
二、机电一体化系统设计的发展随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，机电一体化系统设计也在不断发展和完善。
主要体现在以下几个方面：1.智能化和自动化随着人工智能技术的飞速发展，机电一体化系统设计也越来越注重智能化和自动化。
智能化和自动化的机电一体化系统可以更好地适应复杂的工作环境和变化的需求，提高工作效率和生产质量。
机电一体化系统的设计分析机电一体化系统主要是在机械原有功能的基础上，将微电子技术应用在其中，从而使机械与电子得到有机结合，使机械具备更强大的功能。
机电一体化系统的应用使得机械的控制功能越来越复杂，使得机械的控制难度得到加大，对机械控制系统的要求也日益提高。
将计算机技术应用在机电一体化系统中，可提高机械的控制力度，从而促进机械性能的提升，让机械的操作更便捷和灵活，提高机械操作的效率和质量。
1 机电一体化系统的设计策略1.1 纵向分层设计法纵向分析设计法主要从机电一体化系统的整体来考虑，对机电一体化系统的纵向结构和功能进行系统化设计，从而使机电一体化系统的结构层次更加分明，并且提高结构层次与组织架构的对应性。
当面对不同的操作任务时，可以实现不同任务由不同结构层次负责，使机电一体化系统的结构层次得到充分的利用，体现了机电一体化系统纵向设计的精细化和科学化，实现了机电一体化系统宏观设计和微观设计的有机结合。
当然，宏观设计和微观设计隶属不同的机构层次。
宏观设计具有一定的战略性，主要为了实现机电一体化系统的经济目标和技术目标，主要在结合企业的管理层意见的基础上，再考虑企业高级技术进行完成；微观设计也属于战略性设计，但是其战略性主要体现在具体的设计技术和方案等方面，因此微观设计一般由技术部门独立完成。
1.2 横向分块设计法在应用机电一体化系统横向分块设计法时，主要包括以下方式：①替代法。
替代法主要是将机械中的复杂部件进行替换，将电子元件取代原有机械部件的位置，从而完善机械的功能，使机电一体化系统更加的优化。
例如，在对齿轮调速系统进行调整时，可利用伺服机电来弥补齿轮调速系统的不足，扩大调速范围和调速精度，从而使扭矩发生转变，让机电一体化系统的机构更加简洁，使机电一体化系统制造的周期得到缩减。
值得注意的是，在进行电子原件的替换时，必须严格遵守摩尔定律，从而在确保机电一体化系统性能的基础上，减低生产的投入。
而且随着科学技术水平的提高，电子原件替代法也将成为机电一体化系统设计的趋势之一；②融合法。
机电一体化系统设计方法嘿，咱今儿就来说说机电一体化系统设计方法这档子事儿。
机电一体化啊，那可不是简单地把机械和电子凑一块儿就完事儿了。
它就像一场精彩的交响乐演出，每个乐器都要在合适的时间发出合适的声音，才能奏出美妙的乐章。
设计一个机电一体化系统，首先得有个清晰的目标吧。
你总不能瞎捣鼓，得知道自己要干啥，要达到啥效果。
这就好比你要去一个地方，得先知道目的地在哪儿，对吧？然后呢，就得好好研究研究机械部分。
这机械就像是人的骨骼，得结实、可靠，能撑起整个系统的运作。
你想想，要是骨骼不结实，那人还能站直了走路吗？电子部分也不能小瞧啊。
它就像人的神经系统，传递着各种信号，让一切都有条不紊地进行。
传感器就像是人的眼睛、耳朵，能感知周围的环境；控制器呢，就像是大脑，指挥着各个部件该干啥。
还有啊，软件部分也很重要。
它就像是给这个系统注入了灵魂，让它能按照我们的想法去工作。
没有好的软件，那这个系统不就成了个没头苍蝇，乱撞一气啦？在设计的过程中，咱得考虑各种因素。
比如说，可靠性，总不能三天两头出毛病吧，那多闹心啊。
还有兼容性，各个部件得能和谐共处，别互相掐架。
就像盖房子，你得先打好地基，然后一砖一瓦地往上盖。
每一步都得精心设计，不能马虎。
机电一体化系统设计也是一样，每一个细节都可能影响到整个系统的性能。
你说，要是设计的时候不认真，等系统做出来了才发现问题，那不就晚啦？那可就像做了一件衣服，等穿上了才发现袖子长短不一样，多别扭啊。
咱再想想，一个好的机电一体化系统得有多厉害。
它能让机器变得更智能，更高效，能为我们解决好多问题呢。
比如说，那些自动化生产线，不就是机电一体化的杰作嘛。
所以啊，机电一体化系统设计方法可不能小瞧。
咱得认真对待，用心去设计，才能创造出优秀的系统来。
你说是不是这个理儿？咱可不能随随便便就对付了，那不是浪费时间和精力嘛。
总之呢，机电一体化系统设计就像是一门艺术，需要我们用心去雕琢，才能绽放出绚丽的光彩。
探讨机电一体化系统设计方法近年来，我国的社会经济增长速度在世界经济中占有重要的地位，而根据我国工业领域的发展趋势，自动化系统的技术也就成为了工业产业的重要生产手段，关于机械电子技术的水平也在不断地扩大其在相关技术领域的影响力，通过机械电子技术优化了机电一体化的控制系统的设计方案，提高了机电一体化的控制技术的工作性能。
随着机电一体化的技术广泛的应用，智能微电脑技术也融入到了机械设备技术的系统中，智能微电脑的分析性能和控制技术，机电一体化系统在工业制造的工作的普及性应用，明显地提高了工业生产的效率和质量。
标签：机电一体化系统;设计方法;工业制造0 引言在经济社会发展的过程中，科学技术现代化发展的现阶段。
科学技术的发展对国家的影响是巨大的，而根据科学技术的研发，相关技术需要以科学技术成果为起点，开发出适合相关领域的技术系统，为自身的发展谋求生机。
科技技术带给社会的作用是多元化的，例如近年来兴起的互联网产业，颠覆了社会群众对科学技术的认知，互联网技术的通用性，在各行各业的技术范围里，都产生了极大的影响。
这种影响是正面的，好处是多样化的，社会群众在互联网时代的普及下，对自身生活品质的要求发生了巨大的变化，过去传统的技术已经无法满足当今发展的需要，而机电一体化相关的技术系统，对机械制造技术的利用对现代的发展的影响是多面性的，如何利用智能微电脑技术提高机械制造的自动化技术，成为了机电一体化和机械制造业首先要研究的发展战略，为带给现代社会的技术应用，以及社会群众的生活质量的提高，应合理地结合现代技术为自身的工业发展提供利好的条件，不断地发展。
1 关于机电一体化系统的具体分析机电一体化技术系统通过对智能微电脑系统的信息传输功能对机械作业流程的运算，产生工作操纵的界面，对机械作业的状态下实现自动化操纵的监控，自动化技术还可以对作业的目的进行操作设置以及实时监控，如今的技术可选择性是非常高的，最合适机械作业系统的技术例如包括有：现代数字技术以及机械技术这两项先进的技术，这两种技术可以针对机械的控制系统对正在进行运行的机械系统进行任务的干预，通过信息传输的性能，参与机械作业的操纵，开展远程监控的模式，对机械的作业系统进行自动化的设置以及操作。
机电一体化系统设计方法的探讨摘要：机电一体化系统设计的目的是综合运用机械技术和电子技术各自的特长，迅速设计制造一个能够经济、方便、有效、可靠的满足用户需要的系统或产品。
系统设计是一种创造性活动，必须依靠思考和推理，综合运用多种学科的专门知识和丰富的实践经验，才能获得正确、合理的设计。
关键词：系统设计原则；设计方法；设计类型；开发路线1 系统设计原则在系统设计时，需要考虑的因素很多，有技术的、经济的、社会的因素，但对于机电一体化系统设计，有如下一些共同的基本原则需要遵守。
1.1 机电互补原则考虑到机械技术和电子技术自身的特点，相得益彰。
比如，在经常需要调整系统转速的时候，可以用电子装置来代替齿轮调速装置，这样不仅可以提高调速精度而且灵活方便；采用PLC替代电磁继电器，不但可以大大提高系统可靠性，而且可以减小系统的体积和重量，给系统设计提供更大的灵活性。
因此，根据机电互补原则进行系统设计，要求从机械技术、电子技术、硬件技术等方面来衡量的经济和技术的利弊，采取正确的选择。
1.2 功能优化原则功能优化原则指在系统设计的时候，抓住用户最为关心的技术指标，特别是系统的可靠性、实用性、经济性等。
对各种相关技术进行优化组合，而不是片面追求高指标、全功能。
1.3 自动化、省力化原则高精度、高效率、高可靠性是机电一体化系统设计的重要指标，要求系统运行过程中可以实现自动的检测、控制、调节、记录和自动显示；在系统出现故障时能进行自动的诊断和采取应急措施，实现自动保护功能；在生产过程中生产任务变化的时候，可以灵活的改变，使其柔性化增加；更大限度地减少人为干预，降低人的体力和智力影响。
1.4 效益最大原则在达到了系统功能目标和满足寿命要求时，尽可能的降低成本，需要合理的选用材料，多使用标准零件，正确进行结构设计，优化加工制造工艺，降低生产成本。
优先使用先进的成熟技术，提高系统的技术附加值，增强系统的竞争力。
1.5 开发性原则所谓开放性是指一组标准的原则，规范或约定统一的接口，通信和系统的外部连接，该系统可容纳的设备和软件产品的不同的生产厂家，还可以适应新的技术，以适应未来发展。
机电有机结合之二---机电一体化系统动态设计考虑方法机电一体化系统的伺服系统的稳态设计只是初步确定了系统的主回路，还很不完善。
在稳态设计基础上所建立的系统数学模型一般不能满足系统动态品质的要求，甚至是不稳定的。
为此，必须进一步进行系统的动态设计。
系统的动态设计包括：选择系统的控制方式和校正(或补偿)形式，设计校正装置，将其有效地连接到稳态设计阶段所设计的系统中去，使补偿后的系统成为稳定系统，并满足各项动态指标的要求。
控制方式：常用反馈控制方式或前馈和反馈相结合的复合控制方式等。
校正形式：工程上常用对数频率法（借助Bode图)和根轨迹方法进行设计。
对数频率法，主要适用于线性定常最小相位系统。
系统以单位反馈构成闭环，若主反馈系统不是单位反馈，需要等效成单位反馈的形式。
动态设计的一般考虑方法和步骤：该方法主要用系统开环对数幅频特性进行设计，必须将各项设计指标反映到波德图上，并画出一条能满足要求的系统开环对数幅频特性，并与原始系统(稳态设计基础上建立的系统)的开环对数幅频特性相比较，找出所需补偿(或校定)装量的对数幅频特性。
然后根据此特性来设计较正(或补偿)装置，将该装置有效地连接到原始系统的电路中去，使校正(或补偿)后的开环对数幅频特性基本上与所希望系统的特性相一致。
一、系统的校正（补偿）方法当系统有输入或受到外部干扰时，其输出必将发生变化，由于系统中总是含有一些惯性或蓄能元件，其输出量也不能立即变化到与外部输入或干扰相对应的值，也就是说需要有一个变化过程，这个变化过程即为系统的过渡过程。
机电一体化系统的动态设计过程，首先要根据系统传递函数（可由理论推导或实验方法获得）分析系统过渡过程品质(响应的稳、快、准）。
系统在阶跃信号作用下，过渡过程大致有以下三种情况：系统的输出按指数规律上升，最后平稳地趋于稳态值；系统的输出发散，没有稳态值，此时系统是不稳定的；系统的输出虽然有振荡，但最终能趋于稳态值。
具体表征系统动态特性好坏的定量指标就是系统过渡过程的品质指标，可以用时域内的单位阶跃响应曲线（图8.8)中的参数来表示。
1.PID调节器当系统过渡过程性能指标不满足要求时，可先调整系统中的有关参数，如仍不能满足使用要求就需进行校正（补偿）。
常用的校正网络是PID调节器（P-比例、I-积分、D-微分），它由运算放大器与阻容电路组成，其类型如图8.9所示。
（1）比例调节器（图a）它的调节作用的大小主要取决于增益Kp(比例系数)的大小。
Kp越大，调节作用越强，但是存在调节误差。
而且Kp太大会引起系统不稳定。
（2）积分调节器（图b）系统中采用积分环节可以减少或消除误差，但由于积分调节器响应慢，故很少单独使用。
（3）比例-积分调节器（图c）这种环节既克服了单纯比例环节有调节误差的缺点，又避免了积分环节响应慢的弱点，既能改善系统的稳定性能，又能改善其动态性能。
（4）比例-积分-微分调节器（图d）其中，这种校正环节不但能改善系统的稳定性能也能改善其动态性能。
但是，由于它含有微分作用，在噪声比较大或要求响应快的系统中不宜采用；PID调节器能使闭环系统更加稳定，其动态性能也比用PI调节器时更好。
2.PID调节作用分析图示为闭环机电伺服系统结构图的一般表达形式。
图中的调节器Gc(s)是为改善系统性能而加入的。
在控制系统的评价或设计中，重要的是系统对目标值的偏差和系统在有外部干扰时所产生的输出(即误差)。
由前图可写出控制系统对输入和干扰信号的闭环传递函数分别为：C(s)—输出量拉氏变换；R(s)—输入量拉氏变换；D(s)—外部于扰信号拉氏变换；Gc(s)—调节器的传递函数；Gv(s)—控制元件的传递函数Gp(s)—执行元(部)件的传递函数；Gh(s)—检测元件的传递函数；Gd(s)—外部干扰的传递函数。
系统在输入和干扰信号同时作用下的输出为：调节器控制作用有三种基本形式，即比例作用、积分作用和微分作用。
每种作用可以单独使用也可以组合使用，但微分作用形式很少单独使用，一般与比例作用形式或比例—积分作用形式组合使用。
基本形式如表7.1所示，表中m为调节器的输出；e为偏差信号；Kp为比例增益；Ti为积分时间常数；Td为微分时间常数。
上述控制形式对阶跃、脉冲、斜坡及正弦波四种典型信号的响应如表所示。
表PID对典型控制信号的响应下面讨论各种控制形式对右图所示系统产生的控制结果。
（1）应用比例(P)调节器系统的闭环响应为：spanstyle='mso-ignore:vglayout;;z-index:2;left:0px;margin-left:192px;margin-top:10px;width:150px; height:52px'其中,从以上推导知，系统加入具有比例作用的调节器时，其闭环响应仍为一阶滞后，但时间常数比原系统执行元件部分的时间常数小了，这说明系统响应快了。
当外部干扰为阶跃信号（幅值为D0）时，由干扰引起的稳态误差为：若输入信号也为阶跃信号(幅值为R0)，则用同样的方法可求出其稳态输出为：若取k1=1，即,则输出等于输入。
由以上可以看出，比例调节作用的大小，主要取决于比例系数K0，K0愈大调节作用愈强，动态特性也愈好。
但K0太大，会引起系统不稳定。
比例调节的主要缺点是存在误差。
因此，对于干扰较大、惯性也较大的系统，不宜采用单纯的比例调节器。
（2）应用积分(I)调节器系统的闭环响应为按照（1）的计算方法，系统对阶跃干扰信号的稳态响应为零，即外部干扰不会影响该控制系统的稳态输出。
当目标值阶跃变化时，其稳态响应为若取A=Kh,则稳态输出值等于目标值。
积分调节器的特点是，调节器的输出值与偏差e存在的时间有关，只要有偏差存在，输出值就会随时间增加而不断增大，直到偏差e消除，调节器的输出值才不再发生变化。
因此，积分作用能消除误差，这是它的主要优点。
但由于积分调节器响应慢，所以很少单独使用。
（3）应用比例-积分(PI)调节器系统的闭环响应为按(1)的计算方法，当外部干扰为阶跃信号时，其稳态响应为零，即外部扰动不会影响该系统的稳态输出。
若目标值阶跃变化，其稳态输出为：这与应用积分作用的情况相同，但瞬态响应得到了改善。
由以上分析可知，应用PI调节器，既克服了单纯比例调节有稳态误差存在的缺点，又避免了积分调节响应慢的缺点，即稳态和动态特性都得到了改善，应用广泛。
（4）应用比例-积分-微分(PID)器对于一个完整的PID调节器，在阶跃信号作用下，首先是比例和微分作用，使其调节作用加强，然后再进行积分，直到最后消除误差为止。
因此，采用PID调节器无论从稳态，还是从动态的角度来说，调节品质均得到了改善，从而使用PID调节器成为一种应用最为广泛的调节器。
由于PID调节器含有微分作用，所以噪声大或要求响应快的系统最好不使用。
实际数字PID的调整方法：试凑法实验经验法积分分离PID算法模糊控制＋PID算法加入各种调节器的系统在阶跃干扰信号作用下的响应如图所示。
3.局部反馈校正在机电伺服系统中，执行元件系统是显著的非线性环节，它严重影响系统的稳定性。
为改善这种状况，常采用电流负反馈或速度负反馈。
在其中加入测速发电动机进行速度反馈就是局部负反馈的实例之一。
设被控对象的传递函数为：无局部反馈校正器的控制系统闭环传递函数为加上速度反馈校正后的闭环传递函数为式中，J —系统的等效转动惯量；F —系统的等效粘性摩擦系数；K —未加校正器时的系统开环增益。
比较两式可知，用反馈校正后，系统的阻尼(由分母中第二项的系数决定)增加了，因而阻尼比ζ增大，超调量σ减小，相应地相角裕量γ则会增加，故系统的相对稳定性得到改善。
通常，局部反馈校正的设计方法比串联校正复杂。
但它有自己的优点。
如图所示，当|G(s)H(s)|》1时，局部反馈部分的等效传递函数:因此，被局部反馈所包围部分的元件的非线性或参数的波动对控制系统性能的影响可以忽略。
基于这一特点，采用局部速度反馈校正可以达到改善系统性能的目的。
二、机械结构弹性变形对系统的影响结构谐振（机械谐振）：由传动系统的弹性变形而产生的振动。
1.结构谐振的影响由于机械装置具有柔性，可其物理模型简化为质量—弹簧—阻尼系统。
例如机床进给系统中，床身、电动机、减速箱、各传动轴都有不同程度的弹性变形，并具有一定的固有谐振频率。
对于一般要求的系统，控制系统的频带比较窄，只要传动系统设计的刚度较大，结构谐振频率通常远大于闭环上限频率，故结构谐振问题并不突出。
随着科学技术的发展，对控制系统的精度和响应快速性要求愈来愈高，这就必须提高控制系统的频带宽度，从而可能导致结构谐振频率逐渐接近控制系统的带宽，甚至可能落到带宽之内，使系统产生自激振荡而无法工作，或使机构损坏。
2.结构谐振的分析在机电伺服系统中，机械传动系统的结构形式多种多样。
为分析方便，可按照第一节负载分析的思路将整个机械传动系统的弹性变形等效到输出轴上。
La为电动机电枢回路的电感；Ra为电动机电枢回路的电阻；Jm为电动机电枢(转子)的转动惯量；ua和Ia为电动机的电枢电压和电流；ωm为电动机输出轴的角速度；Tm为电动机的电磁转矩；T为输出轴的弹性力矩；KT为扭转变形弹性系数；θ1、θ2为弹性轴输入/出端角位移；JL为被控对象的负载惯量；B为粘性阻尼系数；i为减速器的减速比。
由上图可得到下面的方程组，并据此得到系统的结构进一步可简化成图所示的形式其中，τa=La/Ra为伺服电动机的电磁时间常数, Jm’=Jmi2是从电动机输出轴折算到减速器输出轴上的等效转动惯量。
可以看出，由于传动装置的弹性变形，不仅θ1到θ2之间存在一个振荡环节,而且在电动机的等效传递函数中，分子和分母都增加了高次项。
只有当KT=∑,即为纯刚性传动时，才与不考虑弹性变形时的系统结构相一致。
传递函数为当La与B可以忽略不计时，传递函数)可以简化为：τm=RaJm/KaKm电动机的机电时间常数；τ =(JL/KL)0.5为机械自振周期；τL= RaJL/(KaKmi2)为控对象的等效时间常数，用根轨迹法对上式的分母进行因式分解，将其改写为：简化后的等效框图和小闭环的开环根轨迹如图所示（可见，小闭环的开环极点包括一个负实极点和一对共扼复极点）。
由于τL的值很小，可以忽略，故小闭环的闭环极点离开环极点-1/τm 、j/τ、-j/τ也不远。
小闭环传递函数分母可以写成:式中,τm’ ?τm，τ‘= 1/ωn ?τ，最终的传递函数为：可见，考虑弹性变形时，伺服系统的传递函数既有积分环节和惯性环节，又有振荡环节。
由于共轭复根靠虚轴很近，即相对阻尼比很小（0.01＜ζ＜0.1），因此，这样的振荡环节具有较高的谐振峰值。
而当KT=∑,即为纯刚性传动时，将τ‘?τ =(JL/KL)0.5 ?0带入上式可知：不考虑弹性变形时，伺服系统的传递函数只有积分环节和惯性环节。
