1.4 机电一体化共性关键技术

如前所述，机电一体化是在传统技术的基础上由多种技术学科相互交叉、渗透而形成的一门综合性和边缘性技术学科，所涉及的技术领域非常广泛。要深入进行机电一体化研究及相应产品的开发，就必须了解并掌握这些技术。

概括起来，机电一体化共性关键技术主要有：机械技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术、系统总体技术。

（1）机械技术

机械技术在机电一体化学科中又被称为精密机械技术，是机电一体化的基础。机电一体化产品中的主功能和构造功能往往是以机械技术为主实现的。着眼于如何与机电一体化的技术相适应，利用其他高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上以及功能上的变更，满足减少重量、缩小体积、提高精度和刚度、统筹兼顾性能与功能的要求。

在制造机电一体化系统的过程中，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。这里原有的机械技术以知识和技能的形式存在，是任何其他技术代替不了的。如计算机辅助工艺规程编制（CAPP）是目前CAD/CAM系统研究的瓶颈，其关键问题在于如何将广泛存在于各行业、企业、技术人员中的标准、习惯和经验进行表达和陈述，从而实现计算机的自动工艺设计与管理。

（2）检测传感技术

检测传感技术指与传感器及其信号检测装置相关的技术，其作用是将被测量变换成系统可识别的，与被测量有确定对应关系的有用电信号。该技术是系统实现自动控制、自动调节的关键环节。与计算机技术相比，该技术发展缓慢，从某种角度上讲是制约机电一体化技术进一步提升的瓶颈环节。

在机电一体化产品中，传感器就像人体的感觉器官一样，将各种内、外部信息通过相应的信号检测装置感知并反馈给控制及信息处理装置。因此，检测与传感是实现自动控制的关键环节。机电一体化产品要求传感器能快速、精确地获取信息并经受各种严酷环境的考验。但是由于目前检测与传感技术还不能与机电一体化技术的发展相适应，使得不少机电一体化产品不能达到满意的效果或无法实现设计。因此，大力开展检测与传感技术的研究对发展机电一体化具有十分重要的意义。

（3）信息处理技术

信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策等，实现信息处理的主要硬件工具为以微电子技术为基础的微机与信号处理机，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。计算机技术包括计算机硬件技术和软件技术、网络与通信技术、数据库技术等。在机电一体化产品中，计算机与信息处理装置指挥整个产品的运行，信息处理是否正确、及时，直接影响到产品工作的质量和效率。因此，计算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化技术和产品发展的最活跃的因素。人工智能、专家系统、神经网络技术等都属于计算机技术与信息处理技术。

（4）自动控制技术

以状态空间法为基础，研究多输入、多输出、参变量、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析和设计问题。最优控制、最佳滤波、系统识别、自适应控制等都是这一研究领域的重要课题。

自动控制技术范围很广，包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可靠运行等从理论到实践的整个过程。由于被控对象种类繁多，所以控制技术的内容极其丰富，包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等控制技术。自动控制技术的难点在于自动控制理论的工程化与实用化，这是由于现实世界中的被控对象往往与理论上的控制模型之间存在较大差距，使得从控制设计到控制实施往往要经过反复调试与修改，才能获得比较满意的结果。由于微型机的广泛应用，自动控制技术越来越多地与计算机控制技术联系在一起，成为机电一体化中十分重要的关键技术。

（5）伺服驱动技术

实现电信号到机械动作的转换装置或部件，对系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。执行元件有电动、气动、液压等多种类型，机电一体化产品中多采用电动式执行元件，其驱动装置主要是指各种电动机的驱动电源电路，目前多由电力电子器件及集成化的功能电路构成。执行元件一方面通过电气接口向上与微型机相连，以接受微型机的控制指令；另一方面又通过机械接口向下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。常见的伺服驱动有电液马达、脉冲液压缸、步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。由于变频技术的进步，交流伺服驱动技术也取得了突破性进展，为机电一体化系统提供高质量的伺服驱动单元，极大地促进了机电一体化技术的发展。

（6）接口技术

接口技术是机电一体化系统中各要素融合为一综合系统的技术及实现途径。接口包括电气接口、机械接口和人—机接口。电气接口实现系统间电信号的连接；机械接口则完成机械与机械部分、机械与电气装置部分的连接；人—机接口提供了人与系统间的交互界面。简单地说，接口就是机电一体化各子系统之间，以及子系统与各模块之间相互连接的硬件及相关协议软件。

（7）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，将系统总体分解成若干相互之间有机联系的功能单元，并以功能单元为子系统继续分解，直至找到可实现的技术方案，然后再把功能和技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选，从而实现对可靠性、标准化、系列化、造型等优化设计的综合应用技术。系统总体技术是最能体现机电一体化设计特点的技术，其原理和方法还在不断地发展和完善之中。