[机械教材].(机械)机械电子学.doc

目录第一章绪论第一节机械电子学的概念一、机械电子学的定义4行甲*导1卡年带行行中行0卡4小华44455带3*4中行中4一】二、机械电子学的研究内容三、机械电子学的特点和范瞒3第二节机电一体化系统的功能构成和组成要素一、机电一体化系统的功能构成卡00*4*4*44*卡444*中*“二、机电一体化系统的组成要素第三节机械电子学的共性关键技术一、机械技术6二、计算机与信息处理技术40*44444”华小44444：444444084444484044+6三、检测与传感技术四、自动控制技术47五、伺服驱动技术六、系统总体技术4+*卡*小545小4404444444t44*4t44中0*行行4中行15卡*中门第四节机械电子学的应用与发展前景一、机电一体化的效益与应用二、机械电子学的发展前舞习题与思考题444t44t44444t44044tt44t44t111第二章机电一体化系统中的计算机第节概述412第二节单片机一、单片机的结构特点*13二、常用单片机及其性能三、单片机的系统扩展14四、单片机的应用第三节工业控制计算机16一、总线式工控机的结构和特点二、STD总线概述*+04小4*0404044*4404044*444*017三、STD总线工业控制计算机四、STD总线工控机的功能模块19第四节可编程控制器(PLC)20一、可编程控制器的定义和特点20二、PLC的基本结构和工作原理三、PLC的编程语言23四、PLC控制系统的设计步骤*25二、容量匹配三、速度匹配四、伺服电机的选择实例106习题与思考题9444444448444440*中*80000*44+84e0+*4050109第五章运动控制第节概述111一、控制系统在机电一体化系统中的地位*111二、自动控制技术概述*0401*4*445545n1055t*4444*111三、机电一体化系统中的基本控制类型113第二节轨迹控制114一、轨迹控制的原理二、插补的原理、分类和基本要求三、脉冲增量插补四、数字增量插补128第三节动作控制一、动态性能指标136二、系统动态设计的工程设计方法138第四节计算机控制系统4+*146一、计算机控制技术的基本概念*146二、模拟装置的数字化方法44中4性小三、计算机控制系统中的数字控制器四、计算机控制系统的设计方法4154第五节顺序控制一、开关表法二、状态图法4*+158习题与思考题*159第六章机械结构第一节概述第二节机械结构因素对伺服系统性能的影响161一、摩擦的影响二、传动间隙的影响三、结构弹性变形的影响四、质量与转动惯量的影响167第三节机电一体化系统常用机械零部件168一、机械传动部件4*tt444esseta040t0e4tt44t168二、导轨179三、支承件11卡*#44540001中00t44000444444中4404444444中44中年*182习题与思考题186第七章系统总体技术第一节机电一体化系统的接口*+187一、接口的定义和分类4*187第一章绪论第一节机械电子学的概念一、机械电子学的定义机械电子学(Mechatronics),亦称机电一体化，是随着生产和技术的发展，在以机械技术、电子技术、计算机技术为主的多门学科相互渗透、互相结合的过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科。机械电子学的英文名称Mechatronics是日本人通过截取Mechanics(机械学)的词首Mecha,配合Electronics(电子学)的词尾tronics组成的新词，目前己在世界范围内得到普遍承认和接受。机械电子学产生与迅速发展的根本原因在于社会的发展和科学技术的进步。第三次技术革命开创的核能技术、空间技术和电子计算机技术，使整个社会的生产和生活观念发生了根本的变化。进入20世纪60年代以来，一大批逐步形成的高新技术群体，如撤电子技术、信息技术、自动化技术、生物技术、新材料技术等，已经且继续向经济、军事和社会生活的各个领域渗透，以空前的规模向现实生产力迅速转化，引发了第四次技术革命。微电子技术是这次新技术革命的主导。微电子技术直接推动微型计算机的迅速发展。微电子技术和微型计算机技术又带动了整个高技术群体飞速发展。高新技术向传统产业海透，引起了传统产业的深刻变革。作为传统产业之一的机械工业，在这场新技术革命的冲击下，产品结构和生产体系结构发生了质的跃变。微电子技术、微型计算机技术使信息和智能与机械装置和动力设备有机结合，一方面极大地提高了机电产品性能和产品竞争性，另一方面又极大地提高了生产系统的生产效率和企业的经济竞争能力，促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命。机械电子学的定义目前尚未统一。日本机械振兴协会经济研究所于1981年提出的定义是：机拔电子学是指在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术，并将机械装置与电于设备以及软件等有机结合而成系统的总称。美国机械工程师协会(ASME)的一个专家组于1984年在给美国国家科学基金会的报告中则提出：机电一体化系统是由计算机信息网络协调与控制的，用于完成机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统。欧洲经济共同体(EC)对机械电子学的定义则是：机械电子学是指在设计机械产品和生产过程的初始阶段就考虑将精密机嫩技术和电子控制系统有机地相结合。上述定义不尽相同，但其实质是一致的。机械技术与微电子技术、计算机技术等高新技术的有机结合是机械电子学的灵魏。这种结合，不是简单的组合、拼凑，而是相互融合。在技术上体现为机械技术与微电子技术、计算机技术等高新技术的横向交叉、渗透和综合集成，从而产生了一种新的学术思想和技术手段，达到各自单独所不能达到的境界。在产1品结构上体现为机械装置与电子设备、计算机硬件与软件合理配置，形成一个互相联系的有机整体，协调一致地实现其目的功能。这种结合的目的在于设计和开发性能优良、功能完善、效率高、柔性白动化的工程系统，为人类的生产和生活领域的自动化服务。机械电子学这一新兴学科有其技术基础、设计理论和研究方法，只有对其有了充分理解，才能正确地进行机电一体化工作。二、机械电子学的研究内容机械电子学是一个综合的概念，包含了技术和产品两方面的内容，首先是机电一体化技术，其次是机电一体化产品。机电一体化技术是指包括技术基础、技术原理在内的，使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术。机电一体化产品是指采用机电一体化技术在基本产品基础上创造出来的新一代产品。关于机电一体化的技术体系，日本三菱综合研究机电一体化所牧野升副所长认为，机电一体化的基本支撑技术是：微型计算机（包括大规模集成电路LS1),通电子机檬计算机过计算与控制实现智能功能，相当于人的头脑；传感器，通过信息流通实现感知功能，相当于人的感觉硬件软件器官；软件，实现信息功能，相当于人的神经系统。我国学者根据机电一体化的定义，就机电一体化综合化素孩科李人机正程的基本体系提出了图1一1所示的框图。由图可以看出，机电一体化技术是以系统论、控制论和信息论为图1一1机电一体化的基本系统理论基础和方法论，在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术等现代高新技术群体基础上发展起来的一种高新技术。概括起来，机电一体化共性关键技术主要有六项：机械技术、计算机与信息处理技术、检测与传感技术、自动控制啦术、伺服驱动技术、系统总体技术。机电一体化产品是富含高新技术的技术密集型产品。机电一体化为机械产品注入了过去所没有的新技术，把计算机和电子器件的传感检测、信息处理、自动控制等功能融合到机械装置中去，从而获得了过去单靠一种技术而无法实现的功能和效果，在功能、性能、质量和效率等方面都有高水平的发展。机电一体化技术应用系统工程的观点和方法来分析、研究机电一体化产品或系统，综合应用各种现代高新技术进行产品设计和开发，通过各种技术的有机结合，实现产品内部各组成部分的合理配置和外部的整体性能最佳。因此，机电一体化产品表现出整体结构最佳化、系统控制智能化、操作性能柔性化。例如，电子式照相机采用微型电动机驱动快门、变焦及卷片倒片机构，内部装有测光测距传感器，用微处理机进行信息处理及控制，从测光、测距、调光、调焦、曝光、卷片倒片、闪光及其他附件的控制都实现了自动化。其他机电一体化产品如数控机床、工业机器人、电子化汽车等也是如此。机电一体化设计是按照机电一体化思想、原理和方法，综合应用各项共性关键技术进行的机电一体化产品设计。它突出体现在两个方面：一方面，当产品的某一功能单靠某种技术无法实现时，必须进行机械与电子及其它多种技术有机结合的一体化设计；另一方2