机电一体化系统设计
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1.3 机电一体化技术与其他技术关系

1.3.1 与传统机电技术的区别

传统机电技术的操作控制主要通过具有电磁特性的电器如继电器、接触器等来实现,在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系,机械本体和电气驱动界限分明,不涉及软件和计算机控制。

机电一体化技术是以计算机为控制中心,在设计过程中强调机械部件和电气部件间的相互作用和影响,整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

1.3.2 与自动控制技术的区别

自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。

机电一体化技术是将自动控制原理及方法作为重要支撑技术,将自控部件作为重要控制部件,应用自控原理和方法,对机电一体化装置进行系统分析、性能计算和动作实现。

1.3.3 与计算机应用技术的区别

计算机在机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术的一部分,它还可以在办公、管理及图像处理等其他很多方面得到广泛应用。

机电一体化技术将计算机作为核心部件应用,目的是提高和改善系统性能。机电一体化技术研究的是机电一体化系统,而不是计算机应用本身。

1.3.4 对应的共性关键技术

1. 精密机械技术

机械技术是机电一体化技术的基础,因为机电一体化产品的主功能和构造功能大都以机械技术为主来实现。在机械传动和控制与电子技术相互结合的过程中,对机械技术提出了更高的要求,如对传动的精密性和精确度的要求与传统机械技术相比有了很大的提高。在机械系统技术中,新材料、新工艺、新原理以及新结构等方面在不断发展和完善,以满足机电一体化产品对缩小体积、减轻重量、提高精度和刚度以及改善工作性能等方面的要求。

2. 检测与传感器技术

在机电一体化产品中,工作过程的各种参数、工作状态以及与工作过程有关的相应信息都要通过传感器进行接收,并通过相应的信号检测装置进行测量,然后送入信息处理装置并反馈给控制装置,以实现产品工作过程的自动控制。机电一体化产品要求传感器能快速、准确地获取信息并且不受外部工作条件和环境的影响,同时检测装置能不失真地对信息信号进行放大、输送及转换。

3. 自动控制技术及信息处理技术

机电一体化产品中的自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、校正、补偿等。由于机电一体化产品中自动控制功能的不断加强,使产品的精度和效率迅速提高。通过自动控制,使机电一体化产品在工作过程中能及时发现故障,并自动实施切换,减少了停机时间,使设备的有效利用率得以提高。由于计算机的广泛应用,自动控制技术越来越多地与计算机控制技术结合在一起,它已成为机电一体化技术中十分重要的关键技术。该技术的难点在于现代控制理论的工程化和实用化,控制过程中边界条件的确定,优化控制模型的建立以及抗干扰等。

机电一体化产品中的信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中,与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息的交换、存取、运算、判断和决策分析等。在机电一体化产品中,实现信息处理技术的主要工具是计算机。计算机技术包括硬件和软件技术、网络与通信技术、数据处理技术和数据库技术等。在机电一体化产品中,计算机信息处理装置是产品的核心,它控制和指挥整个机电一体化产品的运行。因此,计算机应用及其信息处理技术是机电一体化技术中最关键的技术,它包括目前被广泛研究并得到实际应用的人工智能技术、专家系统技术以及神经网络技术等。

4. 伺服驱动技术

伺服驱动技术主要是指机电一体化产品中的执行元件和驱动装置设计中的技术问题,它涉及设备执行操作的技术,对所加工产品的质量具有直接的影响。机电一体化产品中的执行元件有电动、气动和液压等类型,其中多采用电动式执行元件,驱动装置主要是各种电动机的驱动电源电路,目前多采用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接口电路与计算机相连,接受控制系统的指令;另一方面通过机械接口与机械传动机构和执行机构相连,以实现规定的动作。因此,伺服驱动技术直接影响着机电一体化产品的功能执行和操作,对产品的动态性能、稳定性能、操作精度和控制质量等具有决定性的影响。

5. 系统总体技术

系统总体技术是从整体目标出发,用系统的观点和方法,将机电一体化产品的总体功能分解成若干功能单元,找出能够完成各个功能的可能技术方案,再把功能与技术方案组合成方案组进行分析、评价,综合优选出适宜的功能技术方案。系统总体技术的主要目的是在机电一体化产品各组成部分的技术成熟、组件的性能和可靠性良好的基础上,通过协调各组件的相互关系和所用技术的一致性来保证产品的经济、可靠、高效率和操作方便等。系统总体技术是最能体现机电一体化设计特点的技术,也是保证其产品工作性能和技术指标得以实现的关键技术。