机电一体化与自动化篇1
【关键词】机电控制系统；自动控制技术；一体化设计
机电控制系统被制造业普遍运用，由于制造业不断的发展，如今对机电控制系统的要求也就越发的高，为了跟得上这种高要求的发展，设计者需要将更广泛的高科技元素融入其中，从而产生了自动化与一体化技术。
1机电控制系统与自动控制系统的含义
1.1机电控制系统内涵
机电控制系统的含义是指在无人参与情况下，运用控制设备将设备机器按照生产流程进行自动化预定设计运行操作。通过全方位的系统控制将控制对象和控制器相连接完成规定的目标。在机电控制系统中核心环节就是控制。在技术层面上来讲，机电控制运用了传感检测、伺服传动、通信以及自动控制等多项综合性技术手段，在信息处理和计算机微电子等技术领域上也有相关的应用和涉及。通过涵盖各方面的技术领域和技术理论最终形成四位一体的综合性系统技术。机电控制系统通过远程操控，管理人员运用计算机等网络系统进行异地网络平台的实时操控。
1.2自动控制系统
自动控制系统是指让被控制对象按照预定的运行原理通过控制器的控制来进行自动的规律性运行。自动控制技术的核心是它所具有的实用性以及协调有效性等特征。自动控制系统依照控制内容分为不同的方面，高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断和校正控制等方面。
2机电一体化设计构想
作为机械制造业的大国，我国对机械产品的需求越来越高，在信息化发展的进程中，机械制造业逐渐的融入了一体化的思想，使得机电设备更好的为制造企业服务。我国是机械制造业发达国家，对机械产品的要求是特别高的，在信息化发展的过程中，机械制造业正向一体化思想逐步迈进，这就让机电设备能够在制造企业做出更多成就。机电一体化的理论起源日本，在这样一理论指导下，日本设计出来功能一体化的设备，其中最为典型的就是软件、电子以及装卸三者有机结合，使得普通的机电设备供更为强大。机电一体化的理念逐渐的被世界各国所接受，并且在原有理论的基础上融入了更多的动力元素，进而形成了目前的机电一体化设计系统。研究人员对该系统的进行了基本的逻辑构想，他们认为现代的机电一体化系统应该具备智能化、模块化等功能，在这些功能的基础上，加进机械技术以及自动化控制技术，进而使得机电一体化系统具备优化配置项目的功能，使得系统的性能更加的优越。在设计机电一体化系统时，设计人员首先要对整个系统进行深入的研究分析，之后依据分析结果总结出设计方案的优缺点，最终设计出最佳的方案，方案完成之后还需要经过多次的考察，不断的修改与完成，最后才算是真正的定稿。设计系统是否满足要求，判定的标准就是该系统是否达到既定的目标，如果没有达到还需要进行充分的设计优化。从某种程度上来说，机电一体化系统就是设计人员意识形态最好的体现，在该系统中，设计人员将自身的理念融入其中，最终形成实体。
3机电一体化产品设计方案
机电产品的设计就是一项高难度的工作，所以机电一体化产品的设计的难度可想而知，其既是一项高精度的工作，同时也是一项综合性要求高的工作，在设计过程中，设计人员及要掌握机电产品的相关理念，同时还需要掌握机电技术，两者相互配合，进而完成最终的设计结果。此外，机电一体化设计工作还要求设计人员了解机械产品的各项参数要求，比如产品造价、精度要求等，另外，还有一点设计人员必须考虑，即市场的反应，设计的机电一体化产品必须以市场需求为准，否则难以在市场上立足，设计也会以失败告终。一般情况下，机电一体化产品的设计可以划分为两步：第一步是开发设计，其设计的目标就是让产品能够达到性能要求；第二步是适应性设计，这一步主要是依据现有要求标准，对产品的细节以及功能进行完善，以使其性能得到最佳的优化。
4机电一体化产品的设计方法
机电一体化产品的设计方法多样，具体选择哪种设计方法，主要是根据产品类型而定，通常情况下，设计人员主要是用三种设计方法，笔者总结如下：
4.1取代法
该种设计方法一般情况下应用在电子线路中，其主要的功能就是代替机械式控制，以使机电产品更容易控制。传统的产品控制系统通常时候机械控制机构，但是在机电一体化设计方案中，将其用电子线路来替换，控制效果如何主要与电力线路设计是否完成有一定关系。如果机电产品只有单纯的依靠机械来运行，一般而言，只有单一机械能够完成控制工作，而是用电子线路来控制之后，主要是应用先进的计算机设备来完成控制任务，在控制中，传统的接触式控制企业逐渐的被取代，变为变速装备。这种设计既能够是机电一体化产品质量得到有效的提升，同时其实用性也明显的增强，与此同时，原有的机械机构也得到了相应的简化，使其结构更加简单易懂。这种设计方法与机电产品原有的结构基本上相同，因此改善起来更加容易，但是因为原有的机械产品限制明显，在设计时无法真正的做到全新的改革。
4.2整体设计法
该设计方法主要针对的是机械产品的电力部分以及机械部分，通过合理的设计将两者有效结合，使其成为一个有机整体。为了能够使机电产品性能高，价格相对低廉，则需要将上述两个部分进行连接设计。整体设计方法是一种全新的设计理念，但是其并不摒弃所有的传统设计理念，而是调出传统思维，以一种全新的方式，设计出性能更加优良，质量更有保证的产品，这是该种设计方法所要达到的基本目标。
4.3组合法
该种设计方法主要是将机械产品中所涉及到的各种功能模块进行有效的组合，进而使其成为一体化系统。但是在组合设计时，需要注意的是，不能采取单一组合的方式，这种方式无法完成预期的任务，必须整体组合，才能使各个功能模块的性能更优良，实现预期目标。这种设计方法，设计时间段，而且质量也能够有所保证，并且制造成本相对来说也比较低，后期使用期间，生产与维修更为方便。
5结束语
综上所述，可知对机电控制系统自动控制技术与一体化设计进行探讨非常必要，尤其是在技术高速发展的今天，一体化技术会成为机械制造业发展的主流，成为未来机械设计的主导，因此需要对其进行深入探讨。
参考文献：
[1]黎洪洲.机电控制系统自动控制技术与一体化设计[J].信息系统工程，2013（8）.
机电一体化与自动化篇2
关键词：机电一体化；概念；现状；发展趋势
一、机电一体化的概念与由来
人类进入了一个新的世纪──21世纪。回顾过去的20世纪，人类的经济和科学技术发展成果超过了过去所有世纪的总和。传统的学科正在脱胎换骨，新的学科不断问世，技术的融合程度比任何一次技术革命都高。机电一体化技术产生于这一背景之下，自然符合科技发展的规律，也是机械学科发展的必然结果。“机电一体化”这一技术术语最初来源于日本学术界，他们根据英文的mechanics（机械学）和electronics（电子学）两词，组合出mechantronics一词，日文谐音记作“夕力卜口二少又”，其表意汉字为“机电一体化”,mechantronics一词从学科角度可以翻译为“机械电子学”，我国科技界也经常直接使用“机电一体化”作为汉语的表达词汇。
一般认为，机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。这里面包含了三重含义：首先，机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科。其次，机电一体化是一个发展中的概念，早期的机电一体化就像其字面所表述的那样，主要强调机械与电子的结合，即将电子技术“溶入”到机械技术中而形成新的技术与产品。随着机电一体化技术的发展，以计算机技术、通信技术和控制技术为特征的信息技术“渗透”到机械技术中，丰富了机电一体化的含义，现代的机电一体化不仅仅指机械、电子与信息技术的结合，还包括光（光学）机电一体化、机电气（气压）一体化、机电液（液压）一体化、机电仪（仪器仪表）一体化等；最后，机电一体化表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产品中的相互协调，以达到系统总体最优。换句话说，机电一体化是多种技术学科有机结合的产物，而不是它们的简单叠加。
二、机电一体化的发展现状
与其它科学技术一样，机电一体化技术的发展也经历了一个较长期的过程。有学者将这一过程划分为萌芽阶段、快速发展阶段和智能化阶段三个阶段，这种划分方法真实客观地反映了机电一体化技术的发展历程。
“萌芽阶段”指20世纪60年代以前的时期。在这一时期，人们在机械产品的设计与制造过程中总是自觉或不自觉地应用电子技术的初步成果来改善机械产品的性能，特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，出现了许多性能优良的军事用途的机电产品。这些机电结合的军用技术在战后转为民用，对战后经济的恢复和技术的进步起到了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
20世纪70年代到80年代为第二阶段，称之为“快速发展阶段”。在这一时期，人们自觉地、主动地利用3C技术的成果创造新的机电一体化产品，3C技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：①mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；②机电一体化技术和产品得到了极大发展；③各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。
从20世纪90年代开始的第三阶段，称之为“智能化阶段”。在这一阶段，机电一体化技术向智能化方向迈进，其主要标志是光学、通信技术等领域进入机电一体化，同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，并取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。
三、机电一体化的发展趋势
随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术（opto-mechatronics）（opto-mechatronics）（opto-mechatronics）方向发展，应用范围愈来愈广。
机电一体化技术具体包括以下内容：
（1）机械技术机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。
（2）计算机与信息技术
其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
（3）系统技术
系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。
（4）自动控制技术
其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
（5）传感检测技术
传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。
（6）伺服传动技术包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。
四、结语
综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
参考文献：
［1］李建勇．机电一体化技术．北京：科学出版社，2004．
［2］潘忠堂．浅析传感器技术是机电一体化的一项关键技术．机械电子工程，1998(1)：13-17,39
［3］冯正进．机电一体化技术进展．工业工程，2000(1)：1-4
机电一体化与自动化篇3
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化的基本特征可概括为：从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其他新技术的简单组合、拼凑。机械工程技术发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
二、机电一体化的发展状况
机电一体化的发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，当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段，这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
而我国从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。
三、机电一体化产品的发展趋势
根据国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展，机电一体化的产品主要发展方向大致有以下几个方面：
1.智能化趋势
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品具有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而且必要的。
2.数字化趋势
微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人，而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。
3.模块化趋势
实现模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电与机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。
4.网络化趋势
由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化成为大势，利用家庭网络(homenet)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computerintegratedappliancesystem，CiaS)，能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。
5.微型化趋势
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（memS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小，耗能少，运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
6.集成化趋势
集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能
最强。
7.绿色化趋势
它主要是指使用时不污染生态环境，报废时能回收利用的材料。工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少，生态环境受到严重污染，于是绿色产品应运而生。绿色化目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对生态环境无危害或危害极小，报废后能回收利用，资源利用率极高。
8.人性化趋势
机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受。
9.系统化趋势
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：一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，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，研制出各种机电一体化产品。
10.带源化趋势
机电一体化与自动化篇4
【关键词】机电一体化；煤矿；核心技术；应用
前言
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。煤矿机电一体化产物是把各项高新技术融于一体的高科技产物，其首要技术搜罗：微电子、计较机、自动节制、人工智能、传感产物等等，这些都是科技高速成长的热点技术。
1机电一体化的核心技术
机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、计算机技术与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术及伺服传动技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
1.1机械技术
是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。
1.2计算机与信息技术
机电一体化中的信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
1.3系统技术
即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证。
1.4自动控制技术
其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
1.5传感检测技术
传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。
1.6伺服传动技术
包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。
2机电一体化技术在煤矿的应用
2.1在采煤机中的应用
我国大多煤矿采用了综合机械化采煤系统，有力地推动了煤矿自动化的进程，早先采煤系统是液压牵引，现在已经过渡到电牵引，机电一体化牵引技术比液压装置有着明显的优点：首先是具有良好的牵引特性，能够提供采煤机有效的牵引力，克服其阻力，还可以在下滑时提供制动功能；其次是由于装有防止下滑的制动装置，使之能够用于大倾角煤层作业；第三是运行更加可靠，能够支持长时间恶劣环境的作业，这是因为该机器的整体磨损很小，维修少，故障少的原因。第四是该机器的动态性好，能够通过控制系统及时调整各种参数。第五是机电一体化采煤系统结构简单，体积小，而且使用效率很高。同时电牵引采煤机已经转为全部由计算机控制，使支架自动化得以实现，另外，对工作面刮板运输机配置了微机监控装置，实现了系统的完全自动化控制。通过机电一体化技术采煤机中的应用，实现了采煤机整体设备的动作协调，大大提高了安全性、可靠性和工作效率，操作更加简单方便，带来了巨大的经济效益和社会效益。
2.2在支护设备中的应用
液压支架是煤矿综合机械化采煤工作面的支护设备，目前正向电液控制方向发展，将计算机技术与液压控制有机结合，实现定压双向邻架或成组自动移架，避免对顶板和支架产生冲击载荷。乳化液泵站是为液压支护设备提供高压液体的装置.要求其具有高压、大流量的供液能力.并能根据工作面液压支护设备的用液量自动调节供液量。我国生产的智能型乳化液泵站系统由智能型乳化液泵站自动配液系统和智能型乳化液泵站供液系统两部分组成。具有自动检测油箱油位高度，自动配液，高、低液位自动控制，在线检测乳化液浓度，自动校正乳化液浓度（可选定1.5～5度），当浓度达不到设定值时声、光报警，定时自动反冲洗，能够监控实际用液量，具有远距离传输功能，采用液晶显示器，具有实时显示乳化液浓度、液位、油位、流量计量、自动配液状态功能。
2.3在掘进机中的应用
掘进机是目前大多数煤矿广泛使用的掘进机械，其电气部分普遍采用了由矿用隔爆兼本质安全型开关箱（以下简称开关箱）、矿用本质安全型操作箱（以下简称操作箱）、矿用隔爆型电铃、矿用隔爆型压扣控制按钮、隔爆照明灯、掘进机用隔爆型三相异步电动机、GJC4低浓度甲烷传感器等组成的掘进机电气系统。与液压系统配合操作可实现整机的各种生产作业。
2.4在带式输送机中的应用
带式输送机由于长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点，已成为我国煤矿井下原煤输送系统的主要运输设备。因此，成为近几年来机电一体化技术的研究重点。目前主要采用机、电、液一体化的CSt可控软启动装置。它是一种专门为平滑起动运送大惯性载荷，如煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的软驱动装置。一条皮带运输机可以由一台或几台CSt驱动。由于尚未解决动态分析和在线监控技术以及启动延迟技术，我国带式输送机的中间驱动点不能不知过多，一般为3点驱动，这样就限制了输送机的单机长度和运量。而且，输送机的监控设备功能少、可靠性较差、灵敏度和寿命都较低，和发达国家相比存在显著的差距。
2.5其他煤矿机电一体化装置
液压支架则向电液控制方向发展，将计算机技术与液压控制有机结合，实现定压双向邻架或成组自动移架，避免对顶板和支架产生冲击载荷。我国神华集团大柳塔矿采用从德国和美国引进的电液控制的支架，移架速度为6～8s/架，最快的移架速度达3s/架。电液控制装置还可检测支架的工作状态。
3对煤矿机电一体化技术应用的建议
（1）计算机技术作为机电一体化的核心科技，要大力发展现场的总线任务，加大研究力度，提高机电一体化的中央控制系统的运算能力的贮存能力。
（2）努力研发软硬件系统，使之适应不同的场地环境需求，使该机器系统能够实现功能强、性能好、精度高、体积小、重量轻、效率高、使用方便等特点。同时，该技术产品还应该具有通信功能，要具有高可靠性和通信模块。可以考虑和工业以太网技术相结合，实现工业以太网对于煤矿机电一体化技术的控制，适当结合现场总线技术，实现良好的通信控制。
（3）要提高未来产品和技术的智能化水平，要通过建立一个高效的、动态的控制系统来及时修正系统参数，判断系统周围的变化，对机电设备和自身运行环境都能够有着准确的判断，并且能够实现自我修复和调整，通过对工作状态的判断，对所采集参数的分析，和对系统的诊断，准确地找出故障所在，并且能够对今后工作中的故障进行准确的预测。
参考文献
[1]李稚敦.浅论生产现场“机电一体化”[J].科技情报开发与经济，2007（02）.
[2]宫传强，董双辉.浅谈机电一体化技术[J].科技资讯，2009（11）.
机电一体化与自动化篇5
关键词：机电一体化应用领域发展趋势
一、机电一体化在各领域的应用
1．在现代机械制造业中的应用
传统机械制造业是建立在规模经济和范围经济的基础上，靠企业规模、最优产量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的合理有效利用，以低成本获得高质量和高效率，最终实现企业效益最大化。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、制造系统、制造技术和组织管理形式的全新的机械制造业，集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。
2．在饮料行业中的应用
机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提升，同时提升竞争力
3．在自动机械与自动生产线中的应用
在生产和生活中广泛使用的各种自动机械、生产线等自动化设备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。这些自动机械或生产线中普及了现代电子技术与传感技术，如可编程序控制器、变频调速器、人机界面控制装置与光电控制系统等，是企业的效益不断提升。
4.在钢铁企业中的应用
计算机集成制造系统(CimS)钢铁企业的CimS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。如：现场总线技术、交流传动技术、开放式控制系统、分布式控制系统等技术的应用。
二、机电一体化技术的发展趋势
1.智能化。智能化即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CnC数控机床上增加人机对话功能，设置智能i／o接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。
2.数字化。微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。
3.模块化。模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。从而避免利益的冲突，并能使之标准化、系列化。
4.网络化。网络技术的兴起和飞速发展给社会各个领域带来了巨大变革。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。
5.自源化（带源化）。自源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。
6.人性化人性化是各类产品的必然发展方向。机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说更自然，更接近生活习惯。
7.微型化。微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件和系统。
8.绿色化。工业发达给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果，所以绿色产品概念在这种呼声中应运而生。机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。
9.集成化。集成化是指既包含技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与组合，又包含生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。首先将系统分为若干层次，再通过软、硬件将各层次有机联系起来，使其性能最优，功能最强。
三、推进机电一体化发展的措施
1.机械本体技术：机械本体必须从改善性能、减轻重量、提高精度等方面考虑。只有机械本体各方面性能改进，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。
2.传感技术：传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度、精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为避免电干扰，目前有用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。
3.信息处理技术：机电一体化与微电子学的显著进步和信息处理设备的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。
4.驱动技术：电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。
5.接口技术：为与计算机通信，须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维、光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。
6.软件技术：软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本、提高生产维修的效率，需要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件。
机电一体化与自动化篇6
关键词：机电一体化；电机；控制；保护
一、机电一体化技术的发展历程与现状
1、机电一体化的发展历程
机电一体化技术的发展有三个阶段，即发展初级阶段、蓬勃发展阶段和智能化发展阶段。最初早在20实际60年代人们开始利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。而由于军事和工业发展的需求，当时的人们对于这方面开始重视，由于当时电子技术水平发展不够，技术结合与运用还没有得到深入发展。到上个世纪七八十年，计算机技术和通信技术开始快速的发展为机电一体化的发展奠定了技术基础。到了90年代后期，机电一体化进入深入发展时期，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。此外，由于神经网络技术、人工智能技术、光纤技术等领域巨大进步，为机电一体化技术的发展创造了更好的条件。从数控机床的问世到微电子技术的全新发展，进而可编程序控制器、电力电子等的发展为机电一体化提供了坚强基础，最后激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化跃上新台阶。
2、机电一体化技术发展现状
近些年来，机电一体化技术有了更全面的进步，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予自动显示记录、自动处理信息、自动检测、自动调节与控制自动诊断与保护等许多新的功能。目前一些电动的实际运行中依然存在着一定的问题，比如执行机构机构多、定位精度低、结构复杂、可靠性差等问题，因而对于这种情况，采用机电一体化技术，将伺服电机、阀门、控制器合为一体，采用模糊神经网络，通过内置变频器，实现阀门的高效控制。
二、机电一体化中电动机构的组成及工作原理
1、电机执行机构的组成
目前较常用的主要是交流电动机，它可分为三相异步电动机、单相交流电动机两种，前一种比较多的用在工业上，而后以后总通常用在民用电器上。从电机的结构上看，主要分为控制部分和执行驱动部分，控制部分主要由三相pwm波发生器、单片机、智能逆变模块、整流模块、a/D、故障检测、输入输出通道等组成；执行驱动部分主要包括三相伺报电机和位置传感器。
2、电机的工作原理
电机执行结构系统通过电流与电压传感器和位置传感器的检测，得出逆变模块三相输出电流、电压及阀门的位置信号，然后由a/D转换后送入单片机。单片机通过控制pwm波发生器的作用，最后实现电机的运行控制。逆变模块工作时需要的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到。对于电动机运行原理的分析，这里主要针对工业中应用的三相异步电动机的原理进行探讨。电动机转动的基本工作原理是三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场，转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流，转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。
三、机电一体化中电机阀门位及速度控制与运行维护
1、电机阀门位及速度控制
实现电机执行机构的阀门位和速度的控制需要解决的关键性技术问题主要有五个方面，分别是阀门柔性开关的控制、阀门位的极限位置的判断、电机保护的实现、准确定位与模拟信号的隔离。对于机电一体化中电机阀门位和速度的控制，微处理器根据测得的变频器输出电压和电流，通过计算得出输出力矩，如果输出力矩达到或大于设定的力矩，那么就会自动降低运行速度。在传统电机的执行机构中，阀位的极限位置的检测是通过机械式限位开关获得的。电动执行机构极限位置的检测是通过检测位置信号的增量获得的。单片机将本次检测的位置信号与上次检测的信号相比较，如果未发生变化或变化较小，就会自动供应电机的供电电源。
电机的运行控制与加速度的大小、时间长短、当前位置、速度控制与给定位置以及运行速度有关。再机电一体化中电机采用的是双环控制方案，外环为位置环，内环为速度环。外环是通过当前位置速度的设定将速度给定发生器向内环提供速度的设定值。内环是将当前速度与速度给定与发生器的设定速度进行比较，依靠速度调节器改变pwm波发生器载波频率，以实现电机的转速调节。
2、机电一体化中电机的运行维护
机械工业的飞速发展对电机运行维护不断提出新的要求，而现代科技技术的发展又为电机的保护水平的提高提供了新的空间。然而再先进的技术都需要依靠人为的操控，因而对于电机的运行维护是确保电机的机电一体化技术优势表现的重要前提。在这里把电机的维护分为三个方面，一个是电机运行前的准备，一个是电机运行中的监管，另外一个是电机的日常保养。
在电动机启动前需要检查电源是否有电，观察启动器是否正常、熔丝规格大小是否合适，检查传动电动机转子和负载机械的转轴、电动机及启动电器外科是否接地、负载机械是否妥善地做好了启动准备。接通电源后，启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况，如果发现异常应立即切断电源。对于电动机运行中的监视，要时刻注意电动机的电压与电流，关注电动机的振动、响声和气味，注意传动装置的检查，以便及早发现问题，减少或避免故障的发生。而对于电动机保护除了运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。
四、结语
总而言之，随着我国科技水平的快速发展，机电一体化技术也得到不断提高，而电动机作为扮演我国工业现代化建设中的重要角色，起着非常关键的作用。而对于机电一体化中的电机控制和保护技术也因此显得格外重要，电动机的高效率运行是目前电机行业发展的必然趋势，可见推广高效率电动机是非常有必要的。要从电动机的技术发展和运行维护上进行探讨分析，以从根本上解决目前机电一体化中电机的高效问题，同时也为今后的进一步发展奠定基础。
参考文献：
机电一体化与自动化篇7
关键词：机电一体化；数控机床；应用
中图分类号：tH-39文献标识码：a文章编号：
前言
随着经济社会的不断发展和科学技术的更新进步，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。由于大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，特别是微型电子计算机的空前发展，促进了机械技术和电子技术的相互交叉和相互渗透，并使机械技术和电子技术在系统论、信息论和控制论的基础上有机地结合起来，形成了机电一体化技术。数控机床作为机电一体化产品的典型代表在当今制造业中扮演着非常重要的角色，本文就机电一体化在数控机床中的应用进行分析探讨。
1机电一体化的基本概念
机电一体化的基本概念是根据系统功能目标和优化组织目标。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展。由此而产生的功能系统---机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。机电一体化是从系统的观点出发，合理配置与布局各功能单元，还将被赋予新的内容。并使整个系统最优化的系统工程技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称，是综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值。具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，还能赋予许多新的功能。其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，但是发展到机电一体化后。“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面，其主要功能依然是代替和放大的体力，机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑，这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。因此，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术。
2机电一体化在数控机床中的应用
2.1机械设计技术的应用
机械技术是机电一体化的基础。在机械与电子相互结合的实践中，机电一体化不断对机械设计技术提出更高的要求（如结构更新颖、体积更小、质量更轻、精度更高、动态性能更好等），使现代机械技术相对于传统机械技术发生了很大改变。所谓数控机床，它主要还是一台用来加工零件的设备，但其在应用机电一体化之后，已不再是原来意义上简单的机床。数控机床的主传动、各个坐标轴的进给传动都由单独的伺服电动机驱动，并且各个坐标轴之间的运动关系通过计算机来进行协调控制。数控机床的机床本体部分相对于以往的普通机床做了很大的改进，主要包括以下几点：（1）采用了全封闭或半封闭防护装置。数控机床采用封闭防护装置可防止切屑或切削液飞出，给操作者带来意外伤害。（2）采用自动排屑装置。数控机床大都采用斜床身结构布局，便于采用自动排屑机，排屑方便。（3）主轴速高，工件装夹安全可靠。数控机床主轴箱大都由电主轴或传统机械主轴单元加变频电动机和变频器组成，以适应更高的转速要求；采用液压卡盘，夹紧力调整方便可靠，同时也降低了操作工人的劳动强度。（4）可自动换刀数控机床都采用了自动回转刀架，在加工过程中可自动换刀，连续完成多道工序的加工。（5）主、进给传动分离。数控机床的主传动与进给传动采用了各自独立的伺服电机，使传动链变得简单、可靠。同时各电机既可单独运动，也可实现多轴联动。这些都是机电一体化总体设计技术和机械设计技术的成功应用。
2.2自动控制等技术的应用
在数控机床中，主要采用高精度定位控制、速度控制等自动控制技术，来保证数控机床的正常运行。信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储及输出，它们大都依靠计算机来进行，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。所谓数控机床，其与普通机床的最大区别即在于“数控”，数控就好比给一台机器装上了一个“脑袋”，这是机电一体化应用中最为普遍的一点，同时它也是数控机床的核心。这部分集合了计算机技术、信号变换技术、软件编程技术等多项机电一体化技术，通过接收操作者通过输入装置输入的加工机电一体化在数控机床中的应用信息，经数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲到伺服系统，以驱动机床。如广泛应用于数控机床的可编程控制器（pLC），它主要是接收数控装置的m、S、t指令，对其进行译码并转换成相应的控制信号，控制辅助装置完成机床的相应开关动作，同时接收操作面板和机床的i/o信号，送给数控装置，经其处理后，输出指令来控制数控装置的工作状态和机床的动作。数控机床中，计算机与信息处理装置指挥整个产品的运行，信息处理是否准确、及时，直接影响到产品的质量和效率。
2.3执行与驱动技术的应用
数控机床中的伺服系统主要包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机和进给电机等，完成接收数控装置输出的指令信息，经功率放大后，驱动机床执行机构按规定的路径运动，以加工出符合要求的零件。伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。执行元件一方面通过电气接口与数控装置相连，以接收数控装置的控制指令；另一方面又通过机械接口与机械传动和执行机构相连，以实现规定的动作，因此伺服驱动技术是直接执行操作的技术，对机电一体化产品的动态性能、稳态精度、控制质量等具有决定性的影响。伺服系统在数控机床中的成功应用，使得数控机床具有较高的精度与稳定性。
2.4检测与传感技术的应用
在数控机床中测量与反馈是由检测元件和相应的电路组成，它们将检测到的信号反馈至比较电路，经信号比较和信号放大驱动机床，以准确的速度做准确的定位。这是由于检测与传感技术是机电一体化的关键技术，它主要是将所测得的各种参量如位移、位置、速度、加速度、力、温度、酸度和其他形式的信号灯转换为统一规格的电信号输入到信息处理系统中，并由此产生出相应的控制信号以决定执行机构的运动形式和动作幅度。传感与检测技术是数控机床不可或缺的一部分，它实现的是数控机床自身的实时监控与检测，保证每一个行动都按照下发的指令去操作，从而有效地保证了机床的正常运行与产品的质量。
结束语
随着经济社会的不断发展和科学技术的更新进步，和微电子技术突飞猛进的发展，计算机本身也发生了巨大变革。以微型计算机为代表的微电子技术逐步向机械领域渗透并与机械技术有机结合所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能、生产方式及管理体系均发生了重大改变，从而使工业生产进入了一个崭新的“机电一体化时代”。机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
参考文献：
［1］袁中凡.机电一体化技术［m］.北京：电子工业出版社，2006
机电一体化与自动化篇8
关键词：工作过程系统化机电一体化专业开发实践
在学习了世界各国职业教育课程模式的基础上，中国职业教育的前辈进行了多种改革与尝试，并在模块化课程、项目化课程等领域取得了很多令人瞩目的成果，但这些成果都还在摸索与尝试阶段，不成熟、不系统。姜大源教授提出来的工作过程系统化课程无疑促使中国职业教育课程改革向前进了一大步。
一、工作过程系统化课程概述
所谓工作过程，指的是个体“为完成一件工作任务并获得工作成果而进行的一个完整的工作程序”。工作过程系统化课程类似于德国的工作过程导向课程，但又有所区别，它是植根于中国职业教育的土壤成长起来的一棵极具生命力的小树，它选择工作过程作为参照系重新构建课程体系，课程内容和结构追求的不是学科架构的系统化，而是工作过程的系统化，旨在培养人的综合能力（专业能力、方法能力、社会能力）。
二、机电一体化专业（高级工）课程开发过程
（一）工作任务分析―典型工作任务筛选。淮海技师学院位于宿迁市经济开发区，对本市及本市周边地区跟机电一体化专业相关的企业进行调研，主要采取问卷调查、专家访谈、头脑风暴等方式，采用多种统计方法，对相关岗位工作任务进行分析、筛选出典型工作任务。经过充分的市场调研，机电一体化专业（高级工）的典型工作任务有：机电一体化设备与系统的简单设计、机电一体化设备制造、机电一体化设备安装与调试、机电一体化设备使用、机电一体化设备管理、机电一体化设备维护与修理，机电设备与产品制图，工厂供配电，数控设备应用与维护，建筑机电使用与管理，iSo质量管理，机电设备营销等。
（二）行动领域归纳―――典型工作任务整合。即根据能力复杂程度整合典型工作任务形成综合能力领域。由于典型工作任务是筛选的结果，还是零散的，这就需要对典型工作任务实施进一步归纳，以形成源于典型工作任务又高于典型工作任务的，符合企业需求的工作领域，称为行动领域，这是课程体系开发的平台。机电一体化专业行动领域：普通机电一体化设备行动领域，自动化机电一体化设备行动领域，特殊设备行动领域。
（三）学习领域转换―――课程体系构建。即根据职业成长及认知规律递进重构行动领域转换为课程。作为一种教育，课程设计不能只考虑企业的需求，因为企业的目标是功利性的，功利本身并没有错，这是企业发展必需的。但是，教育还必须关注人的一生发展，所以，课程必须融入教育因素。这意味着课程既要遵循职业成长规律，又要遵循认知学习规律。职业成长规律指的是从入门到熟练，从单一到综合，从新手到专家。使行动领域实施“教育学”的转换，形成所谓的学习领域体系。在与机电一体化专业相关的行动领域实施“教育学”的转换，形成10个学习领域：
一是文化基础学习领域，二是职业素养学习领域，三是机电一体化设备系统功能分析学习领域，四是电子部件制作与检修学习领域，五是机械部件加工作与设计学习领域，六是电机控制部件制作与检修学习领域，七是机电设备运行维护与检修学习领域，八是自动控制系统功能关系分析学习领域，九是常用控制系统制作与检修学习领域，十是自动生产线运行与维护学习领域载。
（四）学习情境创设―――学习单元设计。即根据职业特征及完整思维细化学习领域为主题学习情境。学习情境的创设，一要关注职业工作过程的特征，工作过程的6要素：工作对象、内容、手段、组织、产品和环境，它们是变化的；二要关注相对固定的思维过程，即个体思维过程的完整性：资讯、决策、计划、实施、检查和评价。机电一体化专业的每个学习领域都由若干个学习情境组成。具体如下：
1.文化基础学习领域由6个学习情境组成：（1）思想政治。（2）职业实务写作。（3）数学。（4）英语。（5）计算机。（6）体育。
2.职业素养学习领域由10个学习情境组成：（1）职业生涯规划训练。（2）书写能力训练。（3）心理训练。（4）礼仪训练。（5）团队合作训练。（6）理财能力训练。（7）口才训练。（8）“6S”管理训练。（9）就业指导训练。（10）模拟员工训练。
3.机电一体化设备系统功能分析学习领域由3个学习情境组成：（1）解构典型机电一体化系统。（2）解构机电一体化系统的功能部件。（3）机电一体化系统的技术应用与管理。
4.电子部件制作与检修学习领域由10个学习情境组成：（1）万用表的制作、调试与检修。（2）稳压电源的制作、调试与检修。（3）稳压电源的制作、调试与检修。（4）智力竞赛抢答器的制作、调试与检修。（5）脉宽调制器的制作、调试与检修。（6）通用控制器的制作、调试与检修。（7）数字钟的制作、调试与检修。（8）电灯亮度调节器的制作、调试与检修。（9）声光控制延时电路的制作、调试与检修。（10）数显可调恒温控制器的制作、调试。
5.机械部件加工作与设计学习领域由7个学习情境组成：（1）识读组合三视图。（2）绘制组合轴测图。（3）识读零件图。（4）识读部件装配图。（5）测绘零部件图。（6）用普通机床加工部件。（7）用数控机床加工零部件。
6.电机控制部件制作与检修学习领域由12个学习情境组成：（1）交流电机应用与检修。（2）制作交流电机正反转控制器。（3）制作交流电机降压启动控制器。（4）制作交流电机制动控制器。（5）制作交流电机调速控制器。（6）制作交流电机顺序控制器。（7）制作交流电机位置控制器。（8）制作直流电机启动、正反转控制器。（9）制作直流电机的调速控制器。10.制作直流电机的制动控制器。（11）自动调速控制系统的运行和调试。（12）交流变频调速器的操作与调试。
7.机电设备运行维护与检修学习领域由10个学习情境组成：（1）m1432外圆磨床安装与运行。（2）X62万能工作台卧式铣床安装与运行。（3）t68卧式镗床安装与运行。（4）m1432外圆磨床调试与检修。（5）X62万能工作台卧式铣床调试与检修。（6）t68卧式镗床调试与检修。（7）气压、液压系统电气控制安装与运行。（8）气压、液压系统电气控制故障检修。（9）复杂机床电气控制系统的运行与维护。（10）数控机床的维护与一般检修。
8.自动控制系统功能关系分析学习领域由6个学习情境组成：（1）自动控制及自动化技术概论。（2）直流调速实训装置功能分析。（3）电力电子变流装置功能分析。（4）使用计算机对自动控制系统进行仿真。（5）自动化生产线液压气动装置功能分析。（6）自动化生产线机械传动装置功能分析。
机电一体化与自动化篇9
纵观机械产品的发展史，可以区分为四个明显的过程。最早的机械是以机器的机构、结构为主体，加上执行机构和能源组成。能源主要是人力、畜力、水力、风力等。这是原始的机械时代。后来发展到了用蒸汽作能源，以热力机械作为执行机构，这是人类发展史上的一大进步，机械产品的生产效率也跃上一个新台阶。建筑在热力学基础上的这一代机械产品可以称之为热力机械。当发明了发电机和电动机之后，电取代了蒸汽成了主要的能源，而执行机构则是以电动机为主体的电气传动机构，电气传动这门技术开始与机械结上了不解之缘。这又是一个划时代的技术革命。这个时代的机械主要以电工技术为支掙，包括复杂机械的控制、操作也大都是以基于黾磁学原理的各种电器来实现的，成为电气机械的时代?这个时代的机械，已经实现了机、电的结合,不过这种结合,主要是从外部以独立分体的方式进行，机与电之间的界限比较分明。第三次世界技术革命的浪潮把以电子技术为核心的电力电子器件、电子计算机、传感器、控制器、微电子芯片等导入机械系统，构成了以电子计算机等微电子软、硬件产品为神经中枢、传感器为耳目、电动机为手足、机械本体为躯干、电力电子换能器等为生命源泉的新一代智能化的机械产品。这类机械在原来机、电结合的*础上，融入了各类电子产品。电子技术、特别是电子计算机技术、以其强大的渗透力融入机械的各个要素中，形成紧密的、有机的结合，强弱电、硬软件、机与电混然成一体，所以大家都习惯称这类产品为机电一体化产品。
关于机电一体化这个词，国内专家学者已经从不同的侧面作过许多注释，但至今尚没有一个统一的定义。而且相当一部分人认为，机电一体化这个词并未能很贴切地表达tb这一代机械的主要特征，有时还会使人产生某些误解，因为电气机械时代.也已经是机与电的结合了。这一代产品的主要特征是微电子技术的融入与滲透，应该突出的是其电子为主导的内涵。因此，把这最新一代的机械产品称之为电子机械，可能更合适些。日本人分别用机械学（mechanics)和电子学（elec?tronics)两个英文字的前半部与后半部结合创造了一个“mechatronics”的新词来描述这一代机械的特征，是很有新意的。把这个词翻译成为“电子机械学”也比较符合造字者的原意，因为mechanics和electronics两个字的最特征部分都在字首，而mechatronics保留了机械学一词的字首而用了电子学一词的字 尾，其含意也应是重点落在“机械”上。按中国语法，“电子机械学”恰好是把重点落在“机械”一词上，比较贴切。如果把它翻译成“机电一体化”，就把“电子”这一最根本的含意弄得反而含混不清了。
机械产品经历了原始机械时代、热力机械时代、电气机械时代'发展到今天已经进入了电子机械的新时代了。
二、电子机械与电气传动
一个电子机械产品，可以用图1中所示的五个要素及其相互作用来表达。
能源主要是电力及其变流、变压、变频等电力电子装置，部分为液压、气压源。执行机构主要是电气传动设备，少量是液动、气动设备。传感器主要是各种电、热、压、流、位、声、光等参量的检测装置。机械本体则是实现某种功能的机_、结构。处理器居于核心地位,它是以微处理机或电子计算机为基础的电子电控系统与设备，它与其它四个要素都有直接的信息沟通.起着判断、块调、指挥作用。五个要素不是独立组件的简单集结，而是你中有我、我中有你、相互渗透、融为一体,从而构造成一代崭新的机械产品。
电气传动自动控制系统是现代化电子机械五要素的集成化体现，其复盖面如图2所示。电气传动自动控制系统的基础部分是作为执行机构用的电动机3其电源，若是变压、变频、变流或是变频变压的，主要是由各种电力电子变换装置控制r若是恒压的，则由以电磁接触器或电子接触器为基础的电机控制中控制中心等是电气传动自动控制系统的主体部分，它把能源要素的绝大部分及其与执行机构之间的传递环节都复盖在内了。在新型的电子机械中，作为机械本体的机构、结构部分，因机电之间的有机融合，某些过去需由各种机械传动链联成一体的机构,有可能设计成若干个机电融合的独立部件，通过电控系统而集成为一体。因此电气传动自动控制系统也就侵入到了机械本体的相当一部分。整个电气传动自动控制系统控制策略的体现，大多是以微处理器、单片微型计算机等为核心的控制单元，专用集成电路芯片:可编程序控制器和作为总体监控的电子计算机及各种控制专用软件包等构成。它履行“处理器”这一核心要素的全部功能，是现代电子机械的灵魂。传感器要素中，有些变送器是纯属仪表行业的范畴，但有些参数的测量，比如电机转速、钢卷直径、各种电.量等，以及某些传感元件检出信号的加工4理，有时是要靠电气传动系统来进行的。所以电气传动与传感器要素之间的界限也是模糊的。由此可见，电气传动自动控制系统是电子机械中的一个十分重要而且是不可分割的组成部分。就是靠了它，才把电子机械的五要素连结成为一个有机的整体。它在一个大型复杂的电子机械中所占的投资比重，已经比电气机械时代大为提高了。因此在电子机械的总体设计中，必须对电气传动自动控制系统给予通盘的考虑，足够的重视，才能真正创造出一代崭新的、机械与电子高度融合的好产品来。
三、电子机械时代的电气传动发展方向
电气传动自动控制系统为了适应电子机械时代的新要求，并结合其自身发展的规律，目前正朝着以下几个主要的方向发展。
1.加速传动电机交流化的进程
在电子机械中，传动电机?机械部件在空间上的结合将愈来愈紧密，对性能好、体积小、少维护的电机有强烈的要求，而交流电机正好符合这一要求，从电气传动自身发展进程看，调速电气传劲领域中长期由直流调速传动占^主导地位的形势在80年代后期出现了重要的_机》交流电机调速传动的技术日趋完善，主要性能指标，如调速精度、响应截止频率、调速范围等均开始超过直流调速传动,而转矩/电流的脉动率和价格则降到与直流调速传动的同等水平，这是交流调速传动时代来临的先兆。到了90年代初，交流调速电气传动系统在发达国家中的销售量也开始超过直流调速传动系统，标志着交流调速传动时代的真正到来。在各种调速电气传动领域中加快采用交流调速传动系统的进程.是国际发展的新潮流。在这个潮流中，感应式电机、同步电机当然占着主导地位，但一种比鼠笼式感应电机结构更简单、可靠，控制更方便的开关磁阻式电机，有可能在中小功率范围内与鼠笼电机争雄，会占有一部分市场，这个动向在欧洲表鱔得更明显些，值得引起注意。.
当前交流调速传动的分野大体如下。
鼠笼式感应电机:500kw以下，用电压型变流器+iGBt逆变器供电；2000kw以下，用电压型变流番+Gto逆变器供电;4000kw以下，用电流型变流器+Gto逆变器供电;7500kw以卞，用循环变流器供电。
滑环式感应电机(双馈）:3000kw以下.用循环变流器供电Uooookw以下，用电流型变流器+晶闸管逆变器供电。
永磁式同步电机ilokw以下，用电压型4-变流器+iGBt逆变器供电；loookw以下，用电压变流器+Gto逆变器供电。
励磁^同步电机：10000kw以下，用循环变流器&电>20000kw，以下，用电流型变流器+晶闸管逆变器供电。
开关磁阻式电机:100kw以下，甩电压型变流器+Gto逆变器供电。
2.研制无公畲的“绿色”电力电子传动系统
电力电子传动系统的广泛应甩，对电网造成了无功冲击、谐波污染、通讯受扰等公害。目前采用事后补救的办法，如用无功功率补偿装置、滤波器等，能收到?定的效果，但这毕竟是一种被动的治标措施。我们应该更积极主动地利用电力电子器件研究的最新成果，以及各种新型的电路理论，采取治本的措施，大力研制对外界无公畲的“绿色”电力电子传动系统，向着功率因数为一，电流波形为正弦，电压电流过零时切换，无电磁辐射等方向努力。比如对大功率传动系统，在常规开关频率下，可以研制具有容性的晶闸管变流器与具有感性的晶_管变流器互补供电的方式来实现功率因數为一；或应用三电平的Gto-pwm技术，同时对整流和逆变进行控制，以取得大型感应电机无电流与转矩脉动的控制效果等。对中小功率的传动系统，则可考虑用提髙pwm开关频率的方法，既在直流侧、也在交流侧进行pwm控制，使网侧、负荷侧均能得到较好的正弦波;或采用谐振原理，在电流或电压过零时切换的软开关技术与pwm技术复合，以求消除高频通断切换时的干扰与损耗等。
3.应用新型控制策略，提离系统智能化水平
电子机械的重要特点之一是其智能化程度高，对环境、负荷等变化的自适应能力强。最近一些崭露头角的新型控制策略,对提高系统的智能化水平有重要作用，受到电气传动界的普遍关注。比如：应用神经元网络原理，在感'应电机非直接矢量控制系统中，对在各种转速和负荷下电机参数的变化进行实时的自学习，并据此对电机的转速进行精确的自适应控制，使电机的磁化电流和转差频率实现最优化;应甩状态变量观测器技术，在具有强机械扭振的传动系统中进行扭振源的在线观测，并据此来设计强鲁棒性的速度调节器，以实现抗扭振的控制；应用模糊控制技术，绕过需要确定被控对象的精确数学模型这一难关，对非线性、强耦合、多变量的复杂系统进行智能化控制;应用故障自诊断技术，对大型、复杂的系统进行故障隐患预报、故障源快速定位、故障前数据的自动记录，以提高系统的可靠性等。其它一些新型的控制策略，如滑模变结构控制、参数自整定控制、交流调速传动中的转矩直接控制、无速度传感器的矢量控制等的实际应用都将会对电气传动自动控制系统和智能化起到重要的推动作用。
4.控制系统硬件的集成化
利用不断发展、日趋成熟的大规模集成电路工艺，把电气传动自动控制系统中的某些控制电路,凡是相对固定的部分，集成化为若干个专用1C芯片(aSiC)使整个系统的构成快速、灵活、可靠、小型、轻量。目前国际市场上已有几十种这类aSiC芯片面市，如VeCom,VectorDSp,tRanSputer等；包括矢量控制、功率因数的有源修正、零电流与零电压谐振逆变开关、软开关等控制均已有专用aSiC可供。一种标准电力电子控制单71：.尺寸为16.0X100mm2，装有一块88mm2的aS1C,含有12000个门和运放、比较器等线性电路，全部控制功能都集成在该电路中，该单元可直接驱动容量达400kVa的iGBt装置，实现矢量控制等多种用途。
集成化的另一个含义是，把控制、保护电力电子器件的相关电路，以及电气传动自动控制的某些电路，同时集成在一个电力电子器件的芯片上，构成强弱电一体，主电流变换与控制合一的新型电力电子器件，比如已商品化的Smartpower器件，即是一知。另一种称为智能化功率模块(ipm)的产品，则是混合式功率集成电路的一个代表。它把功率器件和各种集成电路芯片，以及难以集成到硅片上去的变压器、电感、大电容等，用厚膜技术、钵膜技术等封装成紧凑的模块，用以构成一个pwm三相全桥逆女轉，其被控电机的功率可达2kw。一种可同时驱动及保护由6个moSFet或iGBt器件组成的pwm三相逆变全桥电路的多功能功率集成块，也己有商品面市，为交流变频调速装置的小型化、可靠性提供了新的成果。控制系统硬件集成化的结果，最终将有可能把被控电机与其控制系统集成在一个电机机壳内，构成所谓的智能化电机。日本、欧洲在小功率范围内已做出产品。
5.控制系统的软件化
电子机械是一个高度智能化、柔性化的系统,它除了依靠先进的控制策略与现代化的电子技术产品来实现以外，还有一个突出的手段就是使控制系统软件化。在以计算机为基础的相同硬件配置下，通过软件的不同配合，可以实现多种不同的控制功能。比如对直流电机、感应电机、同步电机等的控制，可以用同样的一个硬件配置、不同的软件配合来实现，简化了硬件结构，提高了柔性。现在市面上已经可以买到具有不同功能的各种通用软件包。控制系统的软件化对CpU芯片提出了更高的要求，微电子技术的不断进步，将为控制系统软件化提供更有利的条件.通过控制系统的软件化与通过专用aSiC进行固化的相互配合，可以使传统的电气传动自动控制系统面貌为之一新。
6.向高频化进军
充分利用新一代高频电力电子器件.如VDmoS管、moSFet管、静电感应晶体管(Sit)、绝缘栅双极晶体管(iGBt)、静电感应晶闸管（SitH)，以及功率器件(mCt)等提供的可能性，研究探索发展一代高频的（比如20kHz)电机、电器、电控装置，以求大大地缩小电气传动自动化控制设备的体积、重量'。电气设备的体积和重量是与其供电频率的平方根成反比的，按20kiiZ设计的,龟气设备.其体积重量只有50HZ的1/20。这就为机械与电子实现真正意义的融合提供新的物理基础。一?个多电机传动的复杂的电子机械系统可以设计为若干个机电完全融合、电机与电控系统集成化的自主单元系统的总成。这种自治式分布系统是机械电子融合的，种最新的发展趋向。
四、结论
(1)机械产品已经发展到了机械与电子高度融合的时代_把这个时代的产品称之为机电一体化产品似乎不够确切，称之为电子机械更合适些。
机电一体化与自动化篇10
[关键词]机电一体化发展系统组成
中图分类号:tm-9文献标识码:a文章编号:1671-7597(2009)1110120-01
一、机电一体化的概念
机电一体化又称机械电子学,英语称为mechatronics,它是由英文机械学mechanics的前半部分与电子学electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上,随着机电一体化技术的快速发展,机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术,是机械和微电子技术紧密集合的一门技术,他的发展使冷冰冰的机器有了人性化,智能化。机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
二、机电一体化技术发展历程
自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,“机电一体化”技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意:
1.数控机床的问世,写下了“机电一体化”历史的第一页;
2.微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生机;
3.可编程序控制器、“电力电子”等的发展为“机电一体化”提供了坚强基础;
4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一体化”跃上新台阶。
三、机电一体化的发展趋势
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,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:
1.智能化:智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。
2.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等智能化通信接口。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:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,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,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
3.微型化:兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(memS),泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。
4.仿生物系统化:今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大,并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定,但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物:当控制系统(大脑)停止工作时,生物便“死亡”,而当控制系统(大脑)工作时,生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体,但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物――软件”或“生物系统”,而生物的特点是硬件(肌体)――软件(大脑)一体,不可分割。看来,机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋,但有一段漫长的道路要走。
四、机电一体化技术内容
机电一体化技术内容主要包含以下几个方面:机械技术机械技术;计算机与信息技术;系统技术;自动控制技术;传感检测技术;伺服传动技术。
五、机电一体化系统组成
1.机械本体:机械本体包括机架、机械连接、机械传动等,它是机电一体化的基础,起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的机械产品相比,机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强,这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应,具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点。
2.检测传感部分:检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路,其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化,并将信息传递给电子控制单元,电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。
3.电子控制单元:电子控制单元又称eCU(electricalControlUnit),是机电一体化系统的核心,负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析,根据信息处理结果,按照一定的程度和节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的地进行。
4.执行器:执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件,通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。
5.动力源:动力源是机电一体化产品能量供应部分,其作用是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能,以电能为主。
综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展,还将被赋予新的内容。
参考文献:
[1]李建勇,机电一体化技术[m].北京:科学出版社,2004.
[2]顾京,现代机床设备[m].北京:化学工业出版社,2001.