淺談機電一體化技術(shù)的研究及其應(yīng)用論文
1機電一體化技術(shù)的概念
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,推動了不同科學(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(jié)合的新興學(xué)科——機電一體化,正逐漸變成了當(dāng)今學(xué)界研究的重點之一。
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(diào)與控制的,用于完成包括機械力、運動和能量流等多動力學(xué)任務(wù)的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”,日本則認(rèn)為是“將機械裝置與電子設(shè)備以及軟件等有機結(jié)合而成的系統(tǒng)”。但無論是各種技術(shù)的組合,還是部件有機的結(jié)合,里面總是體現(xiàn)了一個思想,就是系統(tǒng)的、整體的、交融的和綜合性的。因此,我們可以這樣認(rèn)為:在機構(gòu)的主要功能、動力功能、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(tǒng)的、整體的思想來考慮機電系統(tǒng)綜合性的技術(shù)問題,將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)就是機電一體化系統(tǒng),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(fù)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,并自動檢測工件和刀具精度,顯示刀具運動軌跡。
2.2精度提高
機電一體化技術(shù)簡化了機構(gòu)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態(tài)誤差,從而達(dá)到純機械技術(shù)手段所無法實現(xiàn)的工作精度。
2.3結(jié)構(gòu)簡化
由于機電一體化技術(shù)采用微處理器、大規(guī)模集成電路、電力電子器件代替了原來的電器控制柜和傳動裝置,使機電一體化產(chǎn)品零部件數(shù)量減少、體積變小,結(jié)構(gòu)得到簡化。
2.4可靠性提高
隨著集成電路的集成度越來越高,材料性能越趨穩(wěn)定,機電一體化產(chǎn)品可靠性不斷增強,同時由于具備了安全連鎖控制、過載及失控保護(hù)、斷電保護(hù)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)品的自動化程度,減少了操作按鈕及手柄,改善了設(shè)備的操作性能,構(gòu)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,從而實現(xiàn)了機器工作程序的可修改性,能夠通過軟件的修改來滿足工作情況改變的需要。
3機電一體化技術(shù)的構(gòu)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體現(xiàn)的。本體材料的優(yōu)良、結(jié)構(gòu)的新穎、精密的加工技術(shù),能夠使機械結(jié)構(gòu)重量減輕、體積變小,改善其快速響應(yīng)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(shù)量如位移、速度、加速度、力等信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式的電信號輸入到信息處理系統(tǒng)中,并由此產(chǎn)生出相應(yīng)的控制信號以決定執(zhí)行機構(gòu)的運動形式。
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,將直接影響到產(chǎn)品工作的質(zhì)量和效率。
3.4自動控制技術(shù)
自動控制技術(shù)就是通過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。自動控制技術(shù)范圍很廣,包括自動控制理論、控制系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場調(diào)試、可靠運行等從理論到實踐的整個過程。而機電一體化系統(tǒng)中自動控制技術(shù)包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等。
3.5接口技術(shù)
機電一體化系統(tǒng)通常由許多要素和子系統(tǒng)構(gòu)成,為了確保各個要素與系統(tǒng)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(tǒng)稱為接口。這些接口既可能是硬件,也可能是軟件,或者是兩者的結(jié)合。
3.6驅(qū)動技術(shù)
驅(qū)動技術(shù)的主要研究對象是執(zhí)行元件及其驅(qū)動裝置。執(zhí)行元件分為電動、氣動、液壓等,機電一體化產(chǎn)品中多采用電動式執(zhí)行元件,驅(qū)動裝置主要指各種電動機的驅(qū)動電源電路,其主要以采用電力電子器件及集成化的功能電路構(gòu)成。
3.7系統(tǒng)總體技術(shù)
系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā),用系統(tǒng)的觀點和方法,將系統(tǒng)分解成若干相互聯(lián)系的功能單元,找到能完成各個功能的技術(shù)方案,并將其進(jìn)行分析、評價和優(yōu)化的綜合應(yīng)用技術(shù)。
4機電一體化技術(shù)的應(yīng)用
在人們的日常生活當(dāng)中,自動機械、信息處理設(shè)備、辦公室設(shè)備、車輛電子設(shè)備、醫(yī)療器械、光學(xué)裝置、智能家電、樓宇安全系統(tǒng)等機電一體化系統(tǒng)都離不開執(zhí)行元件為其提供動力。而執(zhí)行元件和電子控制裝置之間是無法直接連接的,因此需要一個驅(qū)動部件。該驅(qū)動部件在電子控制裝置的控制下,接收指令,進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換,從而得到目標(biāo)輸出。
對于精密傳動來說,需要在執(zhí)行元件輸出終端進(jìn)行傳動測量,如測量其位置、速度、加速度,同時將所測得的數(shù)據(jù)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,最終實現(xiàn)精密傳動。
當(dāng)有多個執(zhí)行元件,其輸出動作規(guī)律各不相同時,一方面要根據(jù)各執(zhí)行元件工作情況來考慮其控制的形式,另一方面需要確定它們之間是否存在輸出的聯(lián)系。如果它們之間沒有聯(lián)系,可以讓它們單獨來工作,也可以通過構(gòu)建PC機上位控制來統(tǒng)一管理。若工作聯(lián)動內(nèi)容經(jīng)常變化,就應(yīng)該構(gòu)建一個可以直接識別聯(lián)動輸出的軟件,將聯(lián)動輸出寫入軟件當(dāng)中,讓其直接轉(zhuǎn)化為控制程序,這樣就能靈活地應(yīng)對動作輸出的需求。
上述機電一體化技術(shù)的應(yīng)用,僅論述了如何將傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)和驅(qū)動技術(shù)等技術(shù)簡單的融合,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。所以,在機電一體化技術(shù)應(yīng)用中,以全局最優(yōu)的觀念去設(shè)計機電一體化產(chǎn)品,并且解決好每個功能模塊信息處理和傳輸?shù)膯栴},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(yīng)支撐技術(shù)的發(fā)展,同時其相關(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(jì)機電一體化技術(shù)的一個重要發(fā)展方向,而機器人與數(shù)控機床的智能化就是其重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述,是在控制理論的基礎(chǔ)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)和混沌動力學(xué)等新方法,模擬人類智能,使它具有自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)、思維和決策等能力,以求得到更高的控制目標(biāo)。
5.2模塊化
機電一體化產(chǎn)品種類繁多,讓它們自由地交換信息是一項十分復(fù)雜的事,因此有必要研制具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口或電氣動力接口等的'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(jù)要求自由組合,那么無論是對資源的節(jié)約,還是服務(wù)于各行各界,都有著其巨大的作用。
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(yuǎn)程監(jiān)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(tǒng)(ComputerIntegratedApplianceSystem,CIAS),使人們無論在家里還是在外面,都能隨時享受各種機電產(chǎn)品帶來的好處。因此,機電一體化產(chǎn)品無疑會朝著網(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(tǒng)主要裝置的特征尺寸在亞微米至亞毫米范圍。微機電系統(tǒng)產(chǎn)品由于體積小、耗能少、運動靈活,在軍事、生物醫(yī)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(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求,對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少,而且是低能耗、低材耗、協(xié)調(diào)而可再生的產(chǎn)品。
6結(jié)束語
綜上所述,機電一體化技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果,是人們?yōu)榱藵M足社會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(jié)合的一門綜合性技術(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(yīng)用于醫(yī)療、制造、交通運輸、航空航天和能源設(shè)施領(lǐng)域期間,不斷地促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,同時給人們帶來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?nèi)祟惖陌l(fā)展有著極其深遠(yuǎn)的意義。
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