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淺談機電一體化技術(shù)的研究及其應用論文
1機電一體化技術(shù)的概念
現代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,推動(dòng)了不同科學(xué)的相互交叉與滲透,并引發(fā)了幾乎所有工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。而以機械技術(shù)和電子技術(shù)為主體,多學(xué)科技術(shù)交融滲透、相互結合的新興學(xué)科——機電一體化,正逐漸變成了當今學(xué)界研究的重點(diǎn)之一。
對于機電一體化的定義,各國是不一致的。其中有德國的“機械、電工與電子、光學(xué)及其它技術(shù)的組合”,美國的“由計算機信息網(wǎng)絡(luò )協(xié)調與控制的,用于完成包括機械力、運動(dòng)和能量流等多動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統”,日本則認為是“將機械裝置與電子設備以及軟件等有機結合而成的系統”。但無(wú)論是各種技術(shù)的組合,還是部件有機的結合,里面總是體現了一個(gè)思想,就是系統的、整體的、交融的和綜合性的。因此,我們可以這樣認為:在機構的主要功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù),并且以系統的、整體的思想來(lái)考慮機電系統綜合性的技術(shù)問(wèn)題,將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來(lái)所構成的系統就是機電一體化系統,而其中所形成的技術(shù)就是機電一體化技術(shù)。
2機電一體化技術(shù)的意義
2.1功能增強
機電一體化產(chǎn)品具有多種復合功能,如加工中心可以將多臺普通機床的多道工序在一次裝夾中完成,并自動(dòng)檢測工件和刀具精度,顯示刀具運動(dòng)軌跡。
2.2精度提高
機電一體化技術(shù)簡(jiǎn)化了機構鏈,使機械磨損、配合間隙及受力變形等引起的誤差大大減少。由于采用計算機檢測與控制技術(shù)補償和校正因各種干擾造成的動(dòng)態(tài)誤差,從而達到純機械技術(shù)手段所無(wú)法實(shí)現的工作精度。
2.3結構簡(jiǎn)化
由于機電一體化技術(shù)采用微處理器、大規模集成電路、電力電子器件代替了原來(lái)的電器控制柜和傳動(dòng)裝置,使機電一體化產(chǎn)品零部件數量減少、體積變小,結構得到簡(jiǎn)化。
2.4可靠性提高
隨著(zhù)集成電路的集成度越來(lái)越高,材料性能越趨穩定,機電一體化產(chǎn)品可靠性不斷增強,同時(shí)由于具備了安全連鎖控制、過(guò)載及失控保護、斷電保護的功能,進(jìn)一步提高了機電一體化產(chǎn)品的安全可靠性。
2.5改善操作
由于機電一體化產(chǎn)品采用了計算機技術(shù),從而提升了產(chǎn)品的自動(dòng)化程度,減少了操作按鈕及手柄,改善了設備的操作性能,構建了良好的人機界面。
2.6提高柔性
由于軟件技術(shù)的引入,從而實(shí)現了機器工作程序的可修改性,能夠通過(guò)軟件的修改來(lái)滿(mǎn)足工作情況改變的需要。
3機電一體化技術(shù)的構成
3.1機械技術(shù)
機電產(chǎn)品的功能和作用大部分都是由機械本體來(lái)體現的。本體材料的優(yōu)良、結構的新穎、精密的加工技術(shù),能夠使機械結構重量減輕、體積變小,改善其快速響應特性,提高零部件的精度、剛度和可靠性。
3.2傳感技術(shù)
傳感技術(shù)是機電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù),它將所測得的各種參數量如位移、速度、加速度、力等信號轉換為統一格式的電信號輸入到信息處理系統中,并由此產(chǎn)生出相應的控制信號以決定執行機構的運動(dòng)形式。
3.3信息處理技術(shù)
信息處理技術(shù)包括信息的輸入、識別、變換、運算、存儲及輸出技術(shù)。機電一體化產(chǎn)品的工作是受控于信息處理裝置的,因此信息處理是否正確及時(shí),將直接影響到產(chǎn)品工作的質(zhì)量和效率。
3.4自動(dòng)控制技術(shù)
自動(dòng)控制技術(shù)就是通過(guò)控制器使被控對象或過(guò)程自動(dòng)地按照預定的規律運行。自動(dòng)控制技術(shù)范圍很廣,包括自動(dòng)控制理論、控制系統設計、系統仿真、現場(chǎng)調試、可靠運行等從理論到實(shí)踐的整個(gè)過(guò)程。而機電一體化系統中自動(dòng)控制技術(shù)包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、模糊控制和自適應控制等。
3.5接口技術(shù)
機電一體化系統通常由許多要素和子系統構成,為了確保各個(gè)要素與系統之間能夠順利地進(jìn)行信息、物質(zhì)能量的傳輸和交換,必須在它們之間建立一定的聯(lián)系條件,而這些條件統稱(chēng)為接口。這些接口既可能是硬件,也可能是軟件,或者是兩者的結合。
3.6驅動(dòng)技術(shù)
驅動(dòng)技術(shù)的主要研究對象是執行元件及其驅動(dòng)裝置。執行元件分為電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等,機電一體化產(chǎn)品中多采用電動(dòng)式執行元件,驅動(dòng)裝置主要指各種電動(dòng)機的驅動(dòng)電源電路,其主要以采用電力電子器件及集成化的功能電路構成。
3.7系統總體技術(shù)
系統總體技術(shù)是一種從全局角度和系統目標出發(fā),用系統的觀(guān)點(diǎn)和方法,將系統分解成若干相互聯(lián)系的功能單元,找到能完成各個(gè)功能的技術(shù)方案,并將其進(jìn)行分析、評價(jià)和優(yōu)化的綜合應用技術(shù)。
4機電一體化技術(shù)的應用
在人們的日常生活當中,自動(dòng)機械、信息處理設備、辦公室設備、車(chē)輛電子設備、醫療器械、光學(xué)裝置、智能家電、樓宇安全系統等機電一體化系統都離不開(kāi)執行元件為其提供動(dòng)力。而執行元件和電子控制裝置之間是無(wú)法直接連接的,因此需要一個(gè)驅動(dòng)部件。該驅動(dòng)部件在電子控制裝置的控制下,接收指令,進(jìn)行能量轉換,從而得到目標輸出。
對于精密傳動(dòng)來(lái)說(shuō),需要在執行元件輸出終端進(jìn)行傳動(dòng)測量,如測量其位置、速度、加速度,同時(shí)將所測得的數據反饋給電子控制裝置,讓其進(jìn)行比較,進(jìn)行誤差修正控制,最終實(shí)現精密傳動(dòng)。
當有多個(gè)執行元件,其輸出動(dòng)作規律各不相同時(shí),一方面要根據各執行元件工作情況來(lái)考慮其控制的形式,另一方面需要確定它們之間是否存在輸出的聯(lián)系。如果它們之間沒(méi)有聯(lián)系,可以讓它們單獨來(lái)工作,也可以通過(guò)構建PC機上位控制來(lái)統一管理。若工作聯(lián)動(dòng)內容經(jīng)常變化,就應該構建一個(gè)可以直接識別聯(lián)動(dòng)輸出的軟件,將聯(lián)動(dòng)輸出寫(xiě)入軟件當中,讓其直接轉化為控制程序,這樣就能靈活地應對動(dòng)作輸出的需求。
上述機電一體化技術(shù)的應用,僅論述了如何將傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)和驅動(dòng)技術(shù)等技術(shù)簡(jiǎn)單的融合,各部件都是以模塊形式搭建的,而模塊間的信號傳輸及所涉及到的接口技術(shù)和信息處理技術(shù)是其中的重點(diǎn)。所以,在機電一體化技術(shù)應用中,以全局最優(yōu)的觀(guān)念去設計機電一體化產(chǎn)品,并且解決好每個(gè)功能模塊信息處理和傳輸的問(wèn)題,是能夠迅速地利用好機電一體化技術(shù)的方法。
5機電一體化技術(shù)的發(fā)展方向
由于機電一體化技術(shù)是多學(xué)科技術(shù)交融的技術(shù),因此其發(fā)展的程度必然受制于其相應支撐技術(shù)的發(fā)展,同時(shí)其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也必然促進(jìn)機電一體化技術(shù)的發(fā)展。
5.1智能化
智能化是21世紀機電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向,而機器人與數控機床的智能化就是其重要應用。這里所說(shuō)的“智能化”是對機器行為的描述,是在控制理論的基礎上,吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新方法,模擬人類(lèi)智能,使它具有自學(xué)習、自組織、自適應、思維和決策等能力,以求得到更高的控制目標。
5.2模塊化
機電一體化產(chǎn)品種類(lèi)繁多,讓它們自由地交換信息是一項十分復雜的事,因此有必要研制具有標準機械接口或電氣動(dòng)力接口等的機電一體化產(chǎn)品。如果機電產(chǎn)品能夠象“搭積木”那樣讓需求者根據要求自由組合,那么無(wú)論是對資源的節約,還是服務(wù)于各行各界,都有著(zhù)其巨大的作用。
5.3網(wǎng)絡(luò )一體化
由于網(wǎng)絡(luò )的普及,推進(jìn)了全球化的進(jìn)程。而基于網(wǎng)絡(luò )的各種遠程監控技術(shù),讓家用電器網(wǎng)絡(luò )化成為可能。把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(ComputerIntegratedApplianceSystem,CIAS),使人們無(wú)論在家里還是在外面,都能隨時(shí)享受各種機電產(chǎn)品帶來(lái)的好處。因此,機電一體化產(chǎn)品無(wú)疑會(huì )朝著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化的方向發(fā)展。
5.4微機電化
微機電化指的是機電系統主要裝置的特征尺寸在亞微米至亞毫米范圍。微機電系統產(chǎn)品由于體積小、耗能少、運動(dòng)靈活,在軍事、生物醫療、航空、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。
5.5綠色化
綠色化主要是指產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中,符合特定的環(huán)境保護和人類(lèi)健康的要求,對生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少,而且是低能耗、低材耗、協(xié)調而可再生的產(chǎn)品。
6結束語(yǔ)
綜上所述,機電一體化技術(shù)是現代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結果,是人們?yōu)榱藵M(mǎn)足社會(huì )日益豐富的需求而不斷地對已有的技術(shù)進(jìn)行變革創(chuàng )新并且使它們有機結合的一門(mén)綜合性技術(shù)。它們之間相互發(fā)展,相互促進(jìn),從而不斷地形成新的技術(shù),并引發(fā)了幾乎所有工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在廣泛的應用于醫療、制造、交通運輸、航空航天和能源設施領(lǐng)域期間,不斷地促進(jìn)國民經(jīng)濟的發(fā)展,同時(shí)給人們帶來(lái)了安全舒適的工作生活環(huán)境。因此,機電一體化技術(shù)對我們人類(lèi)的發(fā)展有著(zhù)極其深遠的意義。
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