机电一体化系统（通用12篇）
机电一体化系统 篇1
摘要：机电一体化设计是一个由上而下的过程, 系统的功能和性能指标在各子系统中的合理分配是机电系统集成的基础;机电一体化系统分析则是自上而下的过程, 是以系统动态分析理论为基础, 对系统的稳定性和动态响应能力等进行验证的, 形式上有理论分析和仿真分析等;设计和分析的基础条件是系统的理论模型的建议。
关键词：机电一体化,设计,概述
1 机电一体化系统设计的描述
从现代设计方法的观念看, “设计”就是一个信息系统, 输入则是需求, 输出的是设计结果。工程设计的内存是根据科学技术的原理, 创造性地将需求转化为具体的产品 (硬件或软件) 模型, 并提出具体的实现方案的过程。从系统工程的观点分析, 设计是一个由时间、逻辑和方法组成的三维系统, 如图1所示。时间维一描述按时间排列的设计目标流程;逻辑维———解决问题的逻辑步骤, 是在设计的工作流程中的每一个阶段内所要进行工作内容和进行的思维程序;方法维——设计过程的各种思维方法、工作方法和涉及的相关领域知识。设计过程中的每一个行为可以反映为此三维空间中的一个点。
2 设计工作流程
一个全新的机电一体化产品的正向设计和开发过程大体可以分为产品规划、概念设计和详细设计三个阶段, 如图2所示。
2.1 产品规划阶段
产品规划阶段包括需求分析、市场预测、技术可行性分析, 最后确定设计参数及设计制约条件, 提出设计要求, 作为设计、评价和决策的依据。 (1) 需求分析。需求分析从需求识别开始, 认识需求是一种创造性工作, 设计人员应深入实际, 细致观察, 敏锐捕捉市场的需求, 并及时完成产品的开发和试制工作。 (2) 市场预测。市场预测是产品的前期调研工作。调研内容可分为以下三个方面。a.面向用户的产品市场调研。主要有产品的销售对象的可能销售量, 用户对产品的功能、性能、质量、使用维护、包装及价格等方面的要求。此外, 还应了解竟争产品的种类、优缺点和市场占有率等情况;b.面向产品设计的技术调研, 调研内容有行业和专业的发展动态, 相关理论的研究成果和新材料、新器件的发展动态, 竞争企业、竞争产品的技术特点分析等。此外, 还要了解本单位的生产基础条件;c.面向产品生产周期的社会环境调研。调研内容主要有产品生产和目标市场所在地的经济技术政策, 产品的种类、规模及分布, 社会的风俗习惯, 社会人员构成状况及消费水平、消费心理和购买能力等。通过调研应确定开发产品的必要性、种类和生命周期, 预测产品的技术水平经济效益、社会效益等, 确定用户对产品的功能、性能、质量、外观和价格等方面的要求, 即形成了产品的初步概念, 然后进行技术可行性分析。 (3) 技术可行性分析。a.关键技术和技术路线, 研究本产品需要的关键技术, 指明产品实现的技术路线和技术标准。例如, 一个新概念的汽车, 采用什么样的发动机技术, 采用什么样的控制总线技术, 采用什么样的人机接口技术的呢。所使用的关键技术一般应该是比较成熟的, 成本和技术风险容易控制。如果要采用比较前沿的新技术, 则需要在市场和成本方面多做考虑;b.可选技术方案, 同样的产品可能有多种技术方案可选择。设计人员必须根据一定的标准, 从中选择一个最合适的方案, 或将这些方案进行折中。这里的技术方案只是一个比较粗略的技术方案或技术路线;c.主要性能指标及技术规格的可行性, 产品的性能指标及技术规格对产品的成本和市场竞争能力至关重要。性能指标和技术规格越高, 产品的成本就越高, 价格也就越高。但市场竞争能力不完全由其技术性能决定, 还与其价格、品牌等许多因素有关。用户往往追求性能/价格比高的产品。所以制定产品的规格和性能指标需要综合考虑各方面的因素, 突出产品的特色, 力争做到高性能、低价格。在制定主要性能指标和技术规格时还要充分参考竞争对手的产品及发展趋势, 制定最合理的参数。性能指标和技术规格不能盲目攀高, 要立足现有技术条件, 使产品与竞争对手拉开距离, 同时为新产品的推出保留一定的余地;d.主要技术风险。综合分析产品功能、技术规格及性能指标实现的可能性, 分析产品开发、生产中可能存在的各种问题和风险, 以及这些问题和风险的解决和规避方法。如果不充分考虑这些问题和风险, 则产品开发时间可能拖延, 从而错过市场最佳时机, 或者使产品的成本过高, 或者使产品的质量和成品率低, 或者必须大规模地更换生产设备, 等等。
2.2 概念设计阶段
概念设计至今没有明确的定义, 从设计工作流程到它处于产品规划阶段和详细设计阶段之间, 输入的是产品规划的结果--生产设计要求表, 输出的是总体方案。机电一体化系统总体方案包括产品外观和结构布置方案、产品部件或子系统总体方案包括产品外观和结构布置方案、产品部件或子系统划分, 以及设计目标、各部件或子系统的接口设计等三个方面, 并制定详细设计任务书、验收规范及进度计划。 (1) 产品外观和结构布置方案。作为机电一体化产品, 产品的外观对销售来说非常重要。另外, 只有确定了产品的外观方案, 才能开始产品的结构设计。在总体涉及到阶段, 结构设计需要确定其内部结构的形式和布置方案, 并确定内部各装配部件的重要外部尺寸。 (2) 产品部件或子系统划分及设计目标。根据产品功能或技术架构对产品的功能性部件或子系统进行划分, 并确定各部件或子系统的功能规格和性能指标等设计目标。 (3) 各部件后子系统的接口设计。制定各部件或子系统间的接口规范、如信号传输协议、电气规范、各部件的尺寸及装配形式、各部件的布局位置、运动部件的输出转速和功率等。
2.3 详细设计阶段
根据详细设计任务书, 各零部件进行详细设计, 确定各零部件的形状、尺寸、材料等参数, 设计控制软件, 设计电子、电气系统的电路, 选用合适的元件, 绘制详细的零件图、装配图等工程图, 编写详细的设计技术资料。详细设计还包括制定产品制造工艺和质量检验等内容。
参考文献
[1]黄杰波.浅谈机电一体化机械系统设计理论[J].科技资讯, 2011 (16) .
机电一体化系统 篇2
2011级机电一体化袁磊
摘要：建立了机电一体化系统功能原理解的接口特征模型，提出了基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解典型进程、机电单元功能原理求解与接口匹配并行策略．开发了一个支持电脑刺绣机、多功能缝纫机等机电产品功能原理求解的计算机辅助系统，进行了实例验证．
关键词：接口匹配；机电一体化系统；功能原理求解
机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，从某种意义上说，机电一体化系统设计归根结底就是接口设计[1]．概念设计是产品设计进程中最富创新性的阶段之一，原理方案设计则是概念设计的核心，对提高产品性能、降低产品成本有决定性的影响[2]．近年来，国内外研制了一些能够实现特定功能的功能原理解的设计知识目录或知识库，探索了单一功能原理解的计算机表达及智能搜索策略，研制了能对单一功能求解的试验系统口。5]．但对多学科领域集成的机电一体化系统概念设计阶段的功能原理求解，尤其是基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解的研究却很少见到报道．本文着重探讨了基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解策略和实现方法．1功能原理解的接口特征模型
机电一体化系统由许多子系统或元件构成，把能够实现单一功能(功能单元)的子系统或元件称为机电系统中的机电单元．各机电单元之间必须能够顺利进行物质、能量和信息的传递与交换，为此，各单元相接处必须具备一定的联系条件，即接口．，大部分机电一体化产品的总功能是通过多个相异和(或)相同分功能或子功能的协同作用来实现的，称之为系统功能．与各机电单元功能原理求解相比，机电系统功能原理求解除了需要研究每个机电接口特征单元原理解的独立的功能可行性之外，还需要研究各个单元原理解作为整体的有机组成部分相联接时，接口的适配性．为解决该问题，本文提出了机电一体化系统功能原理解的接口特征模型．
机电一体化技术专业具有综合性、先进性、应用性的特点，因此课程体系和课程内容结构应也具有相应的特点，以培养具有综合创新能力的学生，满足社会需要和机电专业的发展。现在，机电一体化技术专业教育存在的问题主要有：(1)有的院校偏重电类方面，有的院校偏重于机械方面，与当前该专业所处于的“机、电、计算机” 1
三大块内容融合的实际格局不适应。(2)由于追求每门课程的系统性和完整性，造成了课程内容的重复，理论性强，忽视了专业知识的系统性、综合性，和学生实践能力、创新能力的培养。
(3)实训设施落后于企业，实践训练水平不高，缺乏融合机与电为一体的大型综合性实验或综合性课程，影响了专业技能和工程实践能力的提高。
2功能原理的求解策略
2．1功能原理求解典型进程机电一体化系统功能原理求解的核心问题是检验系统中各单元功能解与其相关联的其他单元功能解的接口的适配性．机电系统功能求解过程可以分为2个分过程：
①具体化、结构化分过程，解决机电单元功能解的可行性问题，即通过功能一效应一作用原理映射过程生成作用原理解(即实现给定功能的物理结构)；②综合化、集成化和系统化分过程，解决机电单元功能解集成时的接口适配性问题．
2．2功能原理求解与接口匹配策略机电一体化系统功能原理求解的前提和基础是机电单元功能原理的独立求解，按相关性次序，分层次地进行相关部分单元功能解的接口适配性检验，及时淘汰在前一层次已经不适配的系统解，以减少下一层次的接口适配性检验工作．设计学分析表明，机电一体化系统的总功能一般都由目的功能(通常为运动执行功能)、驱动功能、传动功能、传感检测功能、控制功能和辅助功能单元组成嘲，如图2所示．其中，目的功能的解是机电一体化系统功能原理解的核心．因此，由初选的一个目的功能解出发，先配之以可行的驱动功能解，接着考察在运动执行功能解与驱动功能解之间选配传动功能解的必要性，并在通常必要的情况下寻找其输入接口与驱动功能解适配、输出接口与运动执行功能解适配的传动功能解．在此基础上，再依次选配合适的传感检测功能解、控制功能解和辅助功能解．这是一种效率较高，也比较可行的匹配策略．
2．3功能原理解接口特征匹配的实现方法机电单元功能求解过程是从功能至效应，最终至原理解的具体化和结构化过程．在系统级功能原理求解过程中，所谓单元功能解的接口特征实际上包含有功能接口特征、效应接口特征和原理接口特征(见图
1)．这三者之间不是并列的关系，后者是前者的具体化和结构化，是前者的物化和实现，因而在内涵上存在着嵌套的关系．原理解接口特征在内涵上的分层嵌套性质体现了接口信息从粗略到详细的层层相扣的特点，提供了按功能接口、效应接口和原理解
接口分层先后进行适配性检验的可能．功能接口特征和效应接口特征所包含的信息量相对较少，不必再对其划分层次．但作用原理接口特征包含的信息量很大，有必要再对其细分层次．从图1可以看出，作用原理接口特征包括输入／输出物料接口、输入／输出能量接口、输入／输出信息接口、作用环境接口7个分特征，它们大致可以被划分为作用对象层次和关联对象层次．作用对象是指直接参与功能实现，构成功能的输入和输出的对象．作用对象还可以细分为主要作用对象和非主要作用对象2个层次，主要作用对象就是通过运动执行功能实现转换的对象．关联对象是指不直接参与功能实现，而是通过作用对象间接与原理解发生关系的对象，这里主要指作用环境．基于以上对作用原理接口特征的层次划分，作用原理接口特征层面上的逐层次匹配策略为：先进行主要作用对象接口特征匹配，再进行非主要作用对象接口特征匹配，最后进行关联对象接口特征匹配．由于关联对象接口特征所包含的接口信息比较简单，故只讨论作用对象接口特征匹配的有关问题．作用对象接口特征包括能量接口特征、物料接口特征、信息接口特征3类．能量接口特征可以被划分为3个层次：①效应层．描述与效应直接相关的接口特征；②作用原理层．对效应层物理量或者对象加以更加详细描述的其他接口特征；③物理实现层．描述该原理解的结构、形状、尺寸等物理层面的具体接口特征．同样，物料接口特征、信息接口特征也可以划分为效应层、作用原理层、物理实现层3个层次．基于以上对作用对象接口特征的层次划分，作用对象接口特征匹配策略为：效应层接口特征匹配一作用原理层接口特征匹配一物理实现层接口特征匹配．
基础理论知识传授以“必需、够用”为度。基本理论知识要发挥知识性和工具性两个功能，既培养学生的基本知识和基本素质，又为专业课提供理论知识基础。在职业基础模块中，淡化理论的推导过程，精简设计和原理类课程，注重增强应用性和强化解决实际问题的能力培养。如：机械制图课程简化画法几何的教学，突出工程制图的画图和识图；工程力学、机械设计等课程将理论推导过程简化，突出相关理论应用的场合和使用方法。3)加强核心课程的教学。机电一体化技术专业的专业面较宽，知识面涉及较广，教学中不可能面面俱到，因此应加强形成职业能力必需的职业技术课和职业技能课的教学，使学生具有较强的专业能力，更快地适应今后不同的岗位需要。例如：加强单片机原理及应用，电气控制及PLC、电机控制基础、机械制造技术等课程的教学学时，还增设了单片机原理及应用，电气控制及PLC的课程职业技能综
合训练，提高学生的综合技能水平。应用实例基于以上思想，笔者开发了一个支持电脑刺绣机等机电产品功能求解的计算机辅助原理方案设计原型系统．限于篇幅，本文主要介绍电脑刺绣机绣框传动机构的功能原理求解过程．
增强实践教学环节实践环节采用“三个层面”专业技术能力培养模式，分别为：基本技能操作训练、专项技能训练和综合技术应用能力训练。这三个层面之问相互联系，前者是后者的基础与支撑。基本技能操作训练包括金工实习、电工电子实习、制图测绘和机械设计课程设计；专项技能训练包括单片机课程设计、电气控制及PLC课程设计、机械制造技术课程设计；综合技术应用能力训练包括机电一体化设计、创新设计和职业岗位综合实习和毕业设计。
课程设置包括课程教学实践和大型实验、实习、课程设计、毕业设计等在内的实践教学，多达1270学时，占总学时数的42．48％；理论授课学时数为1720学时，占总学时数的57．52％。这些实践教学内容的开设，培养了学生的实际动手能力，充分体现了职业技能教育。
理论课程体系和实践课程体系相辅相成依据机电专业的岗位(群)所要求的知识、能力、技能和素质结构，我们设置了相应理论课程和实践课程。理论教学以“必需和够用”为度，包含机械、电气、计算机、专业综合类课程四条主线。机械类课程：机械制图、工程力学、机械设计、金属工艺学、机械制造技术；电气控制类课程：电工学、单片机原理及应用、电气控制和PLC；计算机类课程：程序设计，计算机绘图、EDA、数控机床自动编程、计算机控制技术；专业综合类课程：机电一体化设计、数控技术、机电设备安装与维修；结合“双证书”职业技能教育，加大实践教学的比例，以提高学生的核心职业技能水平，注重基本操作技能、专业应用能力和综合素质的培养。主要课程都开设有实践环节，使理论和实践课深度融合：
理论课程打基础——实践教学环节培养技能——获得相应的职业资格证书，3．4挖掘课程的创新点，培养学生综合实践能力和创新能力机电一体化技术专业毕业生就业主要是针对应用性岗位，而且机电一体化技术是多学科的集成，具有综合性。因而，在课程中增加了培养综合能力和创新能力的教学环节。1)在职业基础课程的基础上开设一些综合性课程，如：机电一体化设计、数控技术、机电设备安装与维修等；2)尽量减少演示性、验证性实验，增加设计性、综合性实验；开设综合性实践环节，如：
机电一体化课程设计，职业技能培训，岗位实训等，以培养学生的动手能力和创新意识；3)为提高学生的职业能力和创新能力，在机电一体化技术专业的实践教学环节中，我们开设了创新设计实践环节，由机械创新制作和机器人控制两方面组成。机械刨薪制作的具体过程如下：(1)小产品开发设计；(2)制作模型；(3)构形及工作能力设计
(4)加工制作。在此环节，要求每个学生都要动手制作，很多学生开发出了新的小产品，搞出了小发明、小创造。目前，我校学生共开发制作了30多个有创意的新产品，如推土机、搭桥车、冲床、吊车、剪板机、机械手、汽车等，内容涉及曲柄、连杆、凸轮、滑块等机构。机器人控制环节使用慧鱼机器人，让学生自己动手组装机构，然后安装电机、传感器等元件，最后使用计算机和专用软件进行编程，完成对机构的控制。通过综合实践环节，培养了学生独立分析、解决问题的能力和创新能力。
3．1系统工艺原理刺绣工艺原理如下：绣针在织物之上时，绣框沿z、y两个方向移动到规定的位置，当绣针自上而下落到织物表面时，停止绣框移动，刺料机构便完成一针线迹的动作．线迹的长度和方向由绣框在z、y两个方向的移动距离决定，线迹的集合构成了绣品．
3．2运动执行单元功能原理求解从电脑刺绣机要实现的功能、系统输入输出接口、作用环境等信息出发，首先与知识库中的原理解进行功能接口和效应接口的匹配，以解决单元功能解的可行性问题．功能接口匹配主要是指功能动词的匹配．效应接口的匹配包括效应推理和效应特征匹配2个步骤：①效应推理是对输入输出对象的几何、物理、化学等特征进行分析、比较，以查找出有可能被用于实现该产品功能的效应特征．此例中，可以推理到的效应特征是空间相对运动效应．②效应特征匹配是指把效应推理得到的效应特征与知识库中原理解的效应接口特征进行匹配，以确定该解是否满足功能可行性．然后检验原理解的作用原理接口特征与产品功能特征之间的适配性．本例中，刺绣工艺的动作正是通过绣框在z、y两个方向的直线往复运动与绣针在z方向的连续上下往复直线运动的配合，在刺料机构的作用下形成线迹。
3．3驱动单元功能原理求解在最终确定驱动功能原理解前，必须首先根据产品设计的实际要求对可行的运动执行功能原理解的输入能量接口特征加以修改和充实．本例中，刺料工艺所需的机构运动执行功能解(绣框在z、y两个方向的直线往复运动与绣针在z方向的连续上下往复直线运动相配合，在刺料机构的作用下形成线迹)与其驱动功能解(主轴电机、z及y向移框步进电机)不完全匹配，因此，有必要进行
传动功能求解．
3．4传动单元功能原理求解针对电脑刺绣机运动执行功能解与其驱动功能解不完全匹配的情况，求得传动功能原理解为：移框机构采用同步齿形带实现步进电机轴转动到绣框z／y方向独立往复直线运动的转换．z、y方向的绣框传动方式完全相同且相互独立．在已知刺绣机系统各单元功能原理解的基础上，可明确整个系统的工作过程如下：控制计算机启动主轴运转，由刺料机构带动针杆及旋梭运动，计算机从刺绣数据文件中顺序读取每一针的z、y相对位移坐标，根据坐标数据驱动绣框移动，计算机通过读取针杆位置传感器的信号使绣框移动与刺料机构的运动相配合．4 结语
实践证明，笔者提出的机电一体化系统功能原理解的接口特征模型及接口特征分层面、逐层次匹?
配策略，能较好地解决由单元级功能求解向系统级功能求解转变中所面临的解的可行性判断和接口相容性判断问题，有助于设计师在原理方案设计阶段快速搜索到多解，为机电产品的创新设计提供依据．
参考文献：
[1]张建民，唐水源，冯淑华．机电一体化系统设计[M]．北京：高等教育出版社，2001．
[2]张建明，魏小鹏，张德珍．产品概念设计的研究现状及
[3]钟波，等．高职机电一体化专业实践教学体系构建的探索与实践[J]．北京工业职业技术学院学报．
机电一体化控制系统的设计应用 篇3
【关键词】机电一体化；控制系统；原理；分类；应用；分析
0.引言
机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息机电一体化技术传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术，是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。
控制系统在机电一体化系统中处于核心地位，主要用于信息处理和动作控制，通过计算机接口与外部设备和相应驱动设备相连接，协调机电一体化系统各部位的运转。
1.控制系统的组成及工作原理
控制系统由控制装置、执行机构、被控对象和传感与检测装置组成，各设备之间通过标准接口连接，形成控制回路。主要工作方式为：首先输入指定信号，设置控制参数，并通过传感与检测装置接收外界信号，然后传递至控制器进行信息处理，将分析结构传递至执行机构，执行机构进行动作运转，将指定作用于被控对象，使得被控对象处于控制器设计状态，最终通过被控对象输出被控参数，进而实现机电一体化系统控制的目的。
2.控制系统分类
2.1按照控制系统所依据的判断原则中是否存在被控对象的运行函数，可以将控制系统分为顺序控制系统和反馈控制系统
2.1.1顺序控制系统
其运行原理是：通过对时间、运行逻辑、外部条件等参数进行分析，输出具体的被控对象运行步骤，属于开环控制系统。优势在于操作简单、运行成本低、维护成本低，但是其操作精度过低，并且对外界环境的不利因素和干扰过于敏感。
2.1.2反馈控制系统
其运行原理是：通过传感器接收被控对象的运行状态参数，实时反馈给控制器，然后进行运行状态调整，属于闭环控制系统。虽然该结构的运行成本高且维修复杂，但是该系统的运行精度高、且动态调整性能好，对外界干扰的抵抗能力也较强。
2.2按照控制系统输出信号的变化规律可将控制系统分为镇定控制系统、随动控制系统和程序控制系统
（1）镇定控制系统的特点在于不受外界干扰，输出信号维持系统设定参数，主要用于恒温系统、恒定速度系统等机电一体化系统的控制。
（2）随动系统即跟踪系统，特点在于系统的输出信号可以在一定范围内进行任意变化，不需遵循一定的规律，因此信号输出不存在固定函数，设备的动作需要无间断的进行精确指令发送，对系统的运行和分析能力要求极高，常用于瞄准设备、无定向探测设备等。
（3）程序控制系统即过程控制系统，特点在于按照提前设定的函数进行输出信号的变化，信号的输出属于预先设定信号，但是信号的变化按照固定函数进行，常用于车床等预先已知动作变化规律的机电一体化设备中。
3.机电一体化控制系统原则
机电一体化控制系统的种类繁多，但是其控制基本特点及原则都是一致的。主要有以下三方面：
3.1准确性
在进行系统调控过程中，输出制定与设计指令之间的偏差不能超出允许范围内，并且在不影响控制稳定性的基础上不断减小误差。准确度决定着加工产品的精度，也关系着控制系统的最终效果。
3.2稳定性
保持系统稳定的意义在于保障产品质量与预期设计相同，并且在外界存在干扰的情况下，不会引起产品质量降低。尤其是闭环控制系统的反馈机制，容易受到参数不匹配的影响，导致系统震荡进而影响工作能力。
3.3快速性
快速性的含义是系统消除偏差值的速度以及处理异常信号的速度必须快，因为当系统存在偏差值时会导致系统无法运行或产品质量降低，因此必须在短时间内快速消除系统偏差，保障系统稳定性。
4.机电一体化设计应用及发展方向
4.1机电一体化控制系统设计应用
机电一体化控制系统在机械制造业中应用广泛，典型的设计应用有以下几点：
（1）挖掘机的制造过程中，通过模拟控制理论及控制系统，检测液压系统中泵的输油压力、控制压力和其它参数，进而将运行参数输入到控制系统中，调整挖掘机控制器工作方式，实现控制系统的设计应用。
（2）压缩机的制造过程中，通过控制系统检测震动轮内部偏心块震动曲线，进而分析震动轮加速度，通过傅里叶变换等方式，求解地面压实数据，最终实现压缩机工作模式调整的目的。
（3）在国外的大型起重机械制造领域，已经开始使用控制系统的模糊控制功能，将实践经验和理论操作参数项结合，通过微处理技术使得控制系统可以像人工操作一样自如，效率和安全性能更高。
4.2机电一体化控制系统应用方向
机电一体化控制系统实现了机电设备的智能化发展，随着光学、通信、微电子以及机械等技术的发展，控制系统的发展方向也不断细化，此外，人工智能、光纤和神经网络技术的出现，也大幅提升了机电一体化控制系统的性能。当前，机电一体化控制系统的应用发展方向主要有以下几个方面：
4.2.1模块化
模块化系统设备的模块化属于机电一体化发展的重要进步，由于当前整个一体化系统设备来自于不同的生产厂家和设备制造商，因而需要对信号接口、转换接口、电气接口等连接部位进行标准设定，而模块化使得单独控制设备得以通用于任何一个机电一体化系统中，为行业发展和交流扫除了设备参数不同的障碍。
4.2.2智能化
智能化的发展得益于人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新技术的发展，赋予机电一体化控制系统自主分析和控制能力，极大的解放了生产力，降低了操作繁琐程度。但是，这一目标的实现需要高标准的硬件设备和高速运转的计算机技术来支撑。
4.2.3网络化
网络的发展使得科技的传播范围不断扩展，对于机电一体化控制系统而言，只要机电一体化控制系统的性能足够优越，便能够迅速的被国际市场所认可，因此，不断扩张的市场规模有利于刺激行业的进步和科研的深入探索，进而实现机电一体化控制系统性能的快速提升。
4.2.4环境化
环保化工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化控制产品，符合当前的环保要求。机电一体化产品的绿色化主要是指设备在使用时不会对环境产生污染，设备报废后能够回收利用。
5.结束语
当前机电一体化控制系统已经在机械设备制造行业广泛使用，其优越的性能和便捷的操作使得用户在进行机电设备选择是更倾向于此类设备。虽然机电一体化控制系统的发展已经非常完备，各类辅助设备和控制软件也非常的完善，但是应该看到当前实际应用中的不足与缺陷，从最优化角度出发，将机电一体化控制系统继续的细分和具体化，面向各具体领域，开发针对性强、实用性高的一体化设备控制系统。对机电一体化控制系统的研究也应立足当前，不断提升计算机技术与机械制造技术，为我国机电一体化控制系统的发展贡献应有的力量。
【参考文献】
[1]胡玉琴.机电一体化控制系统设计方案研究[J].科技与生活，2011（9）：203-203.
[2]韦朝阳.机电一体化控制系统的干扰处理[J].华东科技.学术版，2012（8）：291-291.
机电一体化技术系统的深化研究 篇4
机械制造业的发展离不开对其机电一体化技术系统的应用, 机电一体化工程的运作, 离不开对计算机系统、微电子系统、机械设备等的应用, 通过对相关环节的综合利用, 实现其机电一体化进程的稳定运行。该技术系统的发展方向是比较广泛的, 比如其网络化发展方向、微型化发展方向、集成化发展方向等, 实现了其机械制作企业的发展需要。
数字化技术的发展, 微控制器技术的不断优化, 实现了机电产品的数字化的发展, 比如目前广泛普及的数控机床, 被人们所熟知的各种类型的机器人等。经济的发展, 促进了计算机网络的健全, 其促进了数字化设计、制造环节的健全, 促进了机电一体化技术的不断发展, 比如其虚拟设计设计系统。数字化技术的发展需要对于机电一体化设备软件提出了更高的要求, 要求其具备可靠性、可维护性、简易操作性等, 其人机界面要满足人性化操作的需要。数字化技术的深化应用, 实现了设备远程操作环节的优化, 促进其运作过程的不断完善。时代的发展, 赋予了机电产品的智能化的应用, 进行相关决策、推理的应用, 满足了实际工作的需要, 比如比较常见的CNC数控机床的人机对话功能的实现, 其智能工艺数据库的深化, 促进了日常操作过程的不断优化, 满足了机械加工企业的日常经济环节的稳定运行。
1.1 机电一体化技术要具备其模块化环节的优化
在实际场景中, 其机电一体化产品是非常多的, 其种类也是比较复杂的, 开发该产品的厂家比较大, 为了促进其机电一体化产品的有效应用, 我们要进行其机械接口环节、动力接口环节、环境接口环节等的优化, 实现其标准化运作, 如果不能实现这一系列的机电一体化运作环节的协调, 是难以实现产品单元模块的深化发展。比如对于相关变频调速电机内部环节的优化, 确保其动力驱动单位的稳定运行, 通过对其相关环节的运作, 实现其功能的一体化。在产品的设计过程中, 我们要进行标准模块化单位的有效应用, 促进其机电一体化技术的发展满足机械加工企业的发展需要, 促进其内部结构的有效协调, 满足企业的日常发展的需要。网络化的普及, 也促进了各个设备技术环节的远程控制, 通过对其监视技术的应用, 实现了其远程控制系统的健全, 这也是一种对于机电一体化环节的应用模式, 这种技术模式的应用, 深化了局域网技术系统, 促进家用电器的网络化, 满足了机械加工企业的相关工作行为的需要, 促进其机械加工企业的内部运作质量效率的提升。人性化, 机电一体化产品的最终使用对象是人, 如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要, 机电一体化产品除了完善的性能外, 还要求在色彩、造型等方面与环境相协调, 使用这些产品, 对人来说还是一种艺术享受, 如家用机器人的最高境界就是人机一体化。微型化, 微型化是精细加工技术发展的必然, 也是提高效率的需要。微机电系统是指可批量制作的, 集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路, 直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针, 1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来, 国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展, 开发出各种MEMS器件和系统。
1.2 其机电一体化环节中的集成化环节的应用实现了对各个技术的综合利用
通过各个产品结构的优化协调, 促进其生产过程的各个环节的协调, 实现其管理环节、加工环节、装配环节等的优化, 促进了生产质量效率的提升, 满足了机械加工工业的发展需要。促进其生产工序的高效率极其自动化的运行, 促进其系统综合效益的提升。进行整体系统的有效划分, 促进其内部各个环节的有效协调, 实现其系统功能的有效协调。促进其各个功能部分的稳定运行。为了实现机电一体化技术的健全, 我们也要进行软件、硬件设备的应用, 实现对系统的各个性能的有效体现, 促进其机电一体化工程的稳定运行, 实现对相关能源的有效应用。科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化, 在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以, 人们呼唤保护环境, 回归自然, 实现可持续发展, 绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求, 机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境, 产品寿命结束时, 产品可分解和再生利用。
2 机电一体化技术对于工业运作的必要性
为了促进机械加工企业的综合效益的实现, 我们要进行机电一体化系统的深化应用, 实现对微处理机环节的有效控制, 实现其微机系统、显示装置、及其仪表技术的深化, 促进其组装合并模式的健全, 实现其工程的综合一体化的发展, 促进系统的控制精度的提升, 满足工程的质量发展的需要。智能化控制技术在一些工业行业中具有大型化、高速化和连续化的特点, 传统的控制技术遇到了难以克服的困难, 因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等, 智能控制技术广泛应用于工业产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面。
2.1 为了实现对机电一体化技术的有效应用, 我们要进行分布
式控制系统的优化, 促进其内部相关环节的有效协调, 促进其中央计算机设备与其他相关控制单元的有效应用, 促进其内部分布式控制系统环节的优化, 确保该环节的稳定运行。通过对计算机系统的应用, 实现对日常生产环节、操作环节、管理环节等的优化, 促进其分布式控制系统的功能的不断延伸, 实现对其生产环节的有效控制, 提高该环节的综合效益, 促进其下序环节的稳定运行。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散, 故障影响面小, 而且系统具有连锁保护功能, 采用了系统故障人工手动控制操作措施, 使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比, 其功能更强, 具有更高的安全性, 是当前大型机电一体化系统的主要潮流。
2.2 进行开放式控制系统的整体环节的优化也是很重要的, 通
过对其计算机技术应用下的新结构体系的健全, 促进其机电一体化技术的稳定运行, 促进其各个机械加工企业的相关环节的有效协调, 实现其相关资源的有效共享, 满足实际工作的需要。该开发控制系统通过对通信系统的各个控制设备的应用, 实现其内部控制管理环节与经营决策环节的优化, 促进其控制环节和测量环节的一体化运行, 实现了机械加工企业的发展需要。一些企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体, 用以实现从原料进厂, 生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前一些企业已基本实现了过程自动化, 但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理, 难以适应现代工业生产的要求。未来的一些企业竞争的焦点是多品种、小批量生产, 质优价廉, 及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存, 加速资金周转, 实现生产、经营、管理整体优化。
3 结束语
为了提高机械加工企业的综合效益, 我们要进行其机电一体化技术系统的优化, 促进其内部各个环节的协调。
摘要：为了促进日常机械制造业的综合效益的提升, 我们要进行机电一体化技术的深化分析, 通过对其内部环节的有效应用, 满足实际工作的需要, 促进其对工业的有效普及。
机电一体化技术与系统 篇5
摘要：机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域，以及和普通机械产品的区别。
关键词机电产品机电一体化产品优点对比
与传统的机电产品相比，机电一体化产品更方便于我们的生活，使我们充分享受到科技的优越性。
下面对比一下机电一体化产品和普通机械产品的优缺点
(一)使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。
(二)生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5～6倍。
(三)使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。涡街流量计
(四)具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单
技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。例如，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使其应用范围大为扩大。
(五)调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。
结论：机电一体化技术产品大大优先于普通的机械产品，是未来发展的必然选择，学好机电一体化技术也是我们的责任和使命。
参考文献：
机电一体化系统 篇6
关键词：机电一体化 智能控制 应用研究
中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（b）-0064-02
所谓的机电一体化系统中智能控制指的是机械设备在没有人控制的情况下实现自主驱动，为实现这一目的而开发的技术被称为智能化自动控制技术，对计算机对人类智能进行模拟领域而言，占据重要的作用，对比传统控制技术，这种技术最突出的体现为智能化，能够在设定控制目的后自动地完成，让社会发展提供的空间更为广泛，很多传统控制无法实现的目标在此技术的作用下得以实现。
1 智能控制系统类别形式
1.1 分级控制系统
我们称分级控制为分级递阶智能控制，要想运行控制必须依托控制自适应、控制自组织等，保障上述实现之后才能实现。该系统主要涉及的方面有三：组织级、协调级、执行级，每个级都有自己的作用和角色。
1.2 学习控制系统
针对我们的大脑来讲，智慧能力的外显为学习。学习控制系统主要是调整、认识和辨别内部的控制结构，依托循环的输入信号和很好的处理保障效果的良好性。不仅如此，其还能和一些非预知信息相结合，保障实现自动控制。
1.3 专家控制系统
这种系统的形成和我们人类的经验，技能等的融合然后借助计算机予以实现。其操作根据既定的程序和指令。专家系统内部的知识比较复杂，涵盖的知识繁多，这为实际问题的解决提供必要的智力支持，提升问题解决科学性和质量。
1.4 神经网络系统
当前，人工神经网络控制系统使用的最多。这种结构形式构成模式主要是人工神经元。神经细胞等。控制智能化以及模仿真人是这种网络系统的主要功能之一，在现代技术研究领域，这种系统成为新的研究内容，备受人们的关注。
2 智能与非智能控制对比
2.1 模型对比
在控制的时候，早期不是智能的控制技术，主要控制的对象已经模型化，这导致控制方式仅仅能识别固定的模型，运用的范围极为狭窄。但是智能控制系统并非如此，其不仅仅能够使用固定的模型，还能对未知模型的参数、结构等进行控制，对比传统的控制方式，其运用范围较大。
2.2 交换对比
要保障系统的正常运行，必须保障交换处理数据信号，要是缺乏数据信号的指示，机电一体化系统就无法操作。在输入和输出数据交换的过程中，非智能控制系统存在的故障有多种。但是智能控制可以使用送音器设备，由于其具有较高的精度，并和计算机技术相结合，提升传输定位准确性。
2.3 线性对比
在研究非智能控制理论知识的时候，研究线性问题已经取得极好的成果，但是非线性问题上缺乏理想可靠的运行效果。但把智能控制加入其中，能够把一些具有较高线性、非线性的问题很好地处理，能够把传统控制功能兼容进现在的功能之中，提升控制质量和效果。
2.4 控制对比
控制方面是智能控制和非智能控制最显著的区别，非智能控制具有较慢的运行速度、操作难度极大，会对系统的控制效果造成一定的影响；但是智能控制系统中存在很多控制功能，使用多种综合性的模式对控制效率进行改善。
3 智能控制在机电一体化系统运用中存在的问题
（1）智能控制系统还有待进一步完善功能和性能，在电子技术以及机械制造等行业中的发展需求还难以满足。使用智能控制系统虽然能够把传统机电一体化系统中的运行情况有所改善，提升运行效率，但是也存在一定的发展差距，在新的历史背景下难以满足实际的发展需求，外界环境会对其造成一定影响。
（2）机电一体化系统的运行效率能够被智能控制显著提升，但是系列突发情况依然存在。把智能控制系统应用于机电一体化之后，相关设备发出的指令就是其自动编码工作的基础，尽可能减少人为操作存在的故障，以免造成相关损失，提升工作的精确度，保障智能控制系统运转效率的提高，但是始终存在一些不可抗力，智能控制系统在当前情况下始终无法超越，所以我们要重视此方面的研究和探讨。
（3）有待提升机电一体化系统和智能控制的磨合度。在生产和经济的发展过程中，机电一体化具有不可替代的作用，一旦无法很好地实施智能控制工作，那么会对人们生活以及生产活动的开展造成一定的影响。因此我们要把智能控制工作很好地完善和改进。
4 机电一体化系统中智能控制的应用
4.1 机械制造中智能控制的应用
在对机电一体化系统进行制造的过程中，使用的方式为辅助计算机技术、智能组织技术等多种技术，这种制造机械技术较为新颖。当前此技术的发展方向为智能制造系统，要想借助计算机来对专家的智能思想进行思考，智能制造系统需要深入研究人脑的部分劳动，因此这必然涉及到智能控制技术。通过对神经网络学习功能的运用，对此项功能的运用使用于信息处理，在线操作使用模式识别繁体，这可以有效地处理信息残缺不全的情况。
4.2 机器人领域智能控制的应用
就动力学领域而言，机器人出现非线性情况，在传感信息中表现出大量信息和多个变量，这恰恰是使用智能控制的必备条件。把智能技术使用于机器人领域，事实上在该领域也广泛地应用，如机器人运行过程中如果前方有故障其可以自动避开，而不需要人为控制，其不仅能够在一定的路径下行走，还可以自行决定最优路线，一些机械手可以做出规定的动作，这些都是智能控制技术使用的结果，也就意味着智能控制技术把机器人领域进一步扩展。
4.3 交流伺服系统中智能控制的应用
伺服驱动装置是机电一体化典型产品，在其中扮演着重要的角色，其对质量控制、动态性的系统依赖性较大。作为具有较强复杂性的系统，其可以随时变动参数、不断扰动负载，同时，交流电动机自身以及控制的对象的非线性因素等各种影响因素，很难建立精准的数学模型。所以在交流伺服系统中引入智能控制，然后和现代交流伺服系统相结合，实现性能指标的提升。
4.4 数控领域智能控制的应用
就数控领域而言，不仅需要保障智能控制具有较高的性能，还需要对处理功能进行延伸和模拟。如加工运动推理、决策加工环境的感知能力等等。把经典控制论使用于控制之中，要是遇到的信息不清楚，或者建模环节无法进行，那么把智能控制思想引入其中，对比经典控制理论，大大扩展了智能控制的范围并提升控制效果，实现优化控制加工的过程。
针对一些领域中，其结果存在一定的不明确或者无法使用知识进行计算和推理，借助专家系统能够很好地解决。在该系统中集中了很多数控机床领域的专家，他们的思想和认知在一定的推理下，很多的分析故障信息最终根据故障的实际情况客观地给出解决措施。
参考文献
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机电一体化系统设计方法的探讨 篇7
在系统设计时,需要考虑的因素很多,有技术的、经济的、社会的因素,但对于机电一体化系统设计,有如下一些共同的基本原则需要遵守。
1.1 机电互补原则
考虑到机械技术和电子技术自身的特点,相得益彰。比如,在经常需要调整系统转速的时候,可以用电子装置来代替齿轮调速装置,这样不仅可以提高调速精度而且灵活方便;采用PLC替代电磁继电器,不但可以大大提高系统可靠性,而且可以减小系统的体积和重量,给系统设计提供更大的灵活性。因此,根据机电互补原则进行系统设计,要求从机械技术、电子技术、硬件技术等方面来衡量的经济和技术的利弊,采取正确的选择。
1.2 功能优化原则
功能优化原则指在系统设计的时候,抓住用户最为关心的技术指标,特别是系统的可靠性、实用性、经济性等。对各种相关技术进行优化组合,而不是片面追求高指标、全功能。
1.3 自动化、省力化原则
高精度、高效率、高可靠性是机电一体化系统设计的重要指标,要求系统运行过程中可以实现自动的检测、控制、调节、记录和自动显示;在系统出现故障时能进行自动的诊断和采取应急措施,实现自动保护功能;在生产过程中生产任务变化的时候,可以灵活的改变,使其柔性化增加;更大限度地减少人为干预,降低人的体力和智力影响。
1.4 效益最大原则
在达到了系统功能目标和满足寿命要求时,尽可能的降低成本,需要合理的选用材料,多使用标准零件,正确进行结构设计,优化加工制造工艺,降低生产成本。优先使用先进的成熟技术,提高系统的技术附加值,增强系统的竞争力。
1.5 开发性原则
所谓开放性是指一组标准的原则,规范或约定统一的接口,通信和系统的外部连接,该系统可容纳的设备和软件产品的不同的生产厂家,还可以适应新的技术,以适应未来发展。
2 系统设计方法
机电一体化系统的复杂性决定了设计方法必须从有深入浅和化整为零两条途径入手,相应的方法是纵向分层法和横向分块法。
2.1 纵向分层法
纵向分层法是从系统的整体设计出发,按照系统的垂直结构设计和系统功能设计,将机电一体化系统的结构层次设计与相关的企业组织架构相对应,根据不同的任务,由相关的部门来完成,即将宏观的系统设计与微观的具体结构设计相结合的科学方法。宏观的战略性设计和微观的战术性设计是不同层面的设计方法,前者由企业的高级技术和管理部门结合专家意见来完成,对机电一体化系统规划出其总体的经济、技术要求等宏观项目计划。后者是根据战略性设计,将宏观设计落实到具体的技术设计和实施方案,通常由专门的技术部门来实施完成。
2.2 横向分块法
该方法是将系统设计分成几个功能模块来分别进行专门的设计,最后将各个模块连成一个有机的整体,执行系统功能。这种化整为零的方法非常直观并且易于实施。在考虑机械系统与电子技术有机结合的设计中,通常有3种设计方法:
(1)替代法。利用通用或专用电子元件取代传动机械零部件(或系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统,以弥补其不足。例如,使用伺服电机来代替齿轮调速系统,不仅可以增加调速范围,调速精度,还可以改变扭矩,不仅结构简单设计方便,还可以缩短制造周期。
电子元件遵循摩尔定律,在一个周期后性能提高一倍,价格降低一倍,随着电子科学技术的发展和进步,电子部件代替机械部件的场合比较多,因此,替代法将是机电一体化系统设计和改造的最常用的设计方法。
(2)融合法。将各组成要素有机地结合为一体,构成专用或通用的功能部件(子系统),各要素之间的机电参数有机匹配。例如,将电动机、PLC、联轴器、轴等设计成可调速的主轴模块,这样在机床设计或改造的时候,可以很方便的使用,结构合理紧凑可靠。
(3)组合法。将融合法制成的功能部件(子系统)、功能模块,搭积木式地组合成各种机电一体化系统,即将不同的功能部件进行有效的搭配组合,形成机电一体化产品,如将收音机和录音机的功能组合成功能更多更全的收录机,手机与摄像头功能的组合形成具有摄像功能的手机。这种组合不是其功能简单的叠加,而是充分体现系统的整体性,在考虑多个组合功能的基础上进行创新设计和改造。
3 机电一体化设计类型
3.3开放性设计
开放性设计是在既无参考系统,又无具体设计方案的情形下,仅仅根据抽象的设计原理和满足新系统的性能要求进行的原创性设计,具有很强的突破和创新性。
3.2 适用性设计
适用性设计是指在大的方案和原理基本保持不变的情况下,对现有系统进行局部改进,例如,用电子装置代替原有的机械结构,或者为了实现自动化控制,对机械结构进行的局部适应性变动。
3.3 变异性设计
变异性设计是指在设计方案原理和功能结构不变的情况下,仅改变现有系统的规格尺寸,使之适应某种量值变化的要求。
4 机电一体化系统开发路线
按照系统工程和软件工程的方法论,可以用生命周期法对机电一体化系统进行工程开发。机电一体化系统开发分为总体设计、部件设计和零件设计、技术设计和工艺设计,其工程路线为:(1)可行性论证;(2)初步设计;(3)详细设计;(4)实施和测试;(5)运行和维护。
为确保工程质量,尽早发现设计中存在的问题,提高开发效率,生命周期发要求在每个阶段结束时通过评审才能进入下个阶段工作。可以看出,上述系统开发过程与企业产品中的开发决策、产品设计、零件设计、加工、装配与测试、使用及维修的过程十分相似的。
参考文献
[1]陈荷娟.机电一体化系统设计[M].北京理工大学出版社,2013.
[2]吕强.机电一体化原理与应用(第3版)[M].国防工业出版社,2010.
机电一体化系统原理方案设计 篇8
机电一体化系统原理方案设计有一定的设计步骤。机电一体化系统原理方案设计的功能分析设计法主要是从系统的功能出发, 首先是经过技术过程的分析, 然后再确定技术系统的效应, 最后再寻找解决的途径。这种方法的主要特点就是通过功能关系的分析, 把复杂的设计要求, 变抽象为简单的模式, 能够寻找到能满足设计对象主要功能关系的原理方案。
一、确定系统总功能
(一) 设计问题的抽象化
在大量的实践中我们可以发现, 同一设计任务往往会有许多不同的途径, 而且许多方案的差异很大。而从当前的实际情况看, 很多设计人员总是习惯先画几个总体方案, 然后再从中选择一个, 接着再进行具体的设计。从实践情况看, 这种做法是带有一定的盲目性的, 可能会让设计人员失去判断, 不能判断方案是否最佳。主要是因为许多设计人员的知识和经验都不够丰富, 具有一定的局限性;同时也是因为设计要求明细表一般是相当复杂的, 很难进行直接求解。
为了解决上述问题, 我们可以尝试进行抽象化, 而抽象化的主要目的是:让设计人员能够暂时抛弃那些偶然情况和枝节问题, 重点关注突出基本的、必要的要求, 以便能够很好的抓住问题核心;同时能够清除构思方案前形成的条条框框, 能够让设计人员放开视野, 在思考中发现更理想的设计方案。
实践证明, 通过有效的抽象化, 设计人员能够在不涉及具体解决方案的情况下, 就完全可以清晰地掌握所设计的产品的基本功能和主要约束条件, 这紧紧的抓住了设计中的主要矛盾, 也就能够把思维注意力集中到关键问题上来, 最终可以准确的确定产品的总功能。比如说, 采煤机可抽象为物料分离和移位设备;设计轴的支承可抽象为相对运动表面间传递力和力矩。
(二) 黑箱法
在机电一体化系统工程中, 黑箱法是常用的抽象方法。我们可以这样比喻, 设计的机电一体化系统在求解之前, 就像一个看不清其内部结构的“黑箱”。那设计人员通过“黑箱”可以掌握所设计的系统与输入输出量, 乃至外界环境的关系, 这样就实现了摆脱具体的东西而按功能进行分析和思考的效果, 这样就有效的避免了过早地确定某种原理方案的不利情况, 能够让设计人员有更多的时间和空间, 去思考探索, 寻找新的、更好的方案。
系统的所有输入和输出都能够用物料、能搠料量、信号来概括。一般来说, 物料流、能量流和信号流都会存在量和质的差异。比如说, 数目、消耗量、体积、允许偏差、质量等级、信号功率、性能及效率等方面, 都存在较大的差异。然而在黑箱法研究中, 一般只会针对上述三种流进行定性的描述, 以便将问题简化, 以利于构思原理方案。
二、总功能分解
为了能够顺利的打开黑箱, 首先需要确定黑箱能实现工作对象转化的工作原理。因为, 在一般情况下, 不一样的工作原理冷却剂将会让机电一体化系统具有不同的技术经济效果。通常情况下, 系统都是较为复杂的, 要想直接求得满足总功能的系统方案是很难的, 因此, 我们可以考虑按照启动信号系统分解的方法实行功能分解, 以便能够建立功能结构图, 这样就可以充分显示各功能元、分功能与总功能之间的关系, 也能够利用各功能元之间的有机组合求出更好的系统方案。
系统的总功能可以分解为子功能 (或称一级分功能、二级分功能……) , 子功能又可再分解为功能元 (最小单位) 。也就是说, 功能是有层次的, 而且是能够逐层分解的。
下文我们将就功能元进行阐述。
在机电一体化系统设计中常用的基本功能元有物理功能元、逻辑功能元和数学功能元。
1.物理功能元。其主要是集中反映系统中能量、物料、信号变化的物理基本动作, 常用的有转变一复原、放大一缩小、合并一分离、传导一绝缘、存储一提取。
转变一复原功能元, 这个转变包括了各种类型的转变, 如运动型式的转变、能量之间的转变、物态的转变、材料性质的转变及信号种类的转变等。
放大一缩小功能元, 主要是指各种能量、信号向量或者物理量的放大与缩小以及物料性质的缩放。
合并一分离功能元, 主要有能量、物料、信号同质, 或者是不同质数量上的结合, 既有物料之间的合并与分离, 也有流体与能量结合成压力流体 (泵) 的功能。
传导一绝缘功能元, 其主要的功能就是可以有效的反映能量、物料、信号的位置变化。传导的形式多样, 主要包括变向传导, 单向传导, 而绝缘则包括离合器、开关、阀门等。
存储一提取功能元, 主要是指对各种能量、物料和信号的保存和释放, 诸如弹簧、飞轮、电容器、电池等实现能量的存取;磁鼓、录音带等能够实现信号的存取。
2.数学功能元。其主要是反映数学的基本动作, 诸如乘和除、加和减、积分和微分、乘方和开方等。一般而言, 数学功能元主要适用于系统的加减机构和除法机构, 比如机械台式计算机、差动轮系、求积仪等。
3.逻辑功能元。其主要是用于控制功能, 包括“与”、“或”、“非”三元的逻辑动作。
三、求解功能元 (分功能)
在前面讲述中, 我们初步的探讨了机电一体化系统的总功能、功能元之间的关系, 也简要说明了系统的输入和输出以及内部的转换。那么我们如何才能实现这些功能呢?其实要解决这个问题也就是要进行分功能或功能元的求解。物理作用和作用件确定了功能元的原理解法。那现在我们的任务就是, 要找出实现各个分功能的物理作用, 也就是要求得功能元的原理解, 一般来说, 主要有以下几种求解方法:
(一) 直觉法
所谓的直觉法, 就是主要依赖设计师凭个人的经验、创造能力和智慧, 充分发挥自身的灵感思维, 通过发散思维来求得各种分功能的原理解。一般来说, 直觉思维是人对设计问题的一种自我判断, 因此通常是非逻辑的, 但是却能够迅速的、直接的抓住问题的本质。不过这不同于无中生有的胡思乱想, 而是在设计者长期的经验积累下, 经过思考而突然实现的思维和认识上的飞跃。
(二) 调查分析法
设计师要想更好的解决问题, 就必须要与时俱进, 随时了解当前国内外技术发展状况, 通过大量的文献资料查阅, 包括专利资料、专业书刊、学术报告和研究论文等, 进而能够掌握多种专业门类的最新研究成果。因为, 这往往是设计师解决设计问题的重要源泉, 是启发设计师灵感的主要渠道。
(三) 设计目录法
设计目录是设计工作的一种行之有效的工具, 可以说是设计信息的存储器与知识库。因为通过设计目录, 能够以表格形式清晰的把设计过程中所需的大量解决方案, 进行有规律地分类、排列和储存, 这就为设计者查找和调用提供了方便。我们说是的设计目录与传统的设计手册和标准手册有所不同, 其主要是为设计师提供分功能或功能元解, 给设计者具体启发, 帮助设计者具体构思, 而不是零件的设计计算方法。
四、选择系统原理方案 (解的组合方法)
在完成了各功能元的解后, 根据一定的原则对这些功能载体根据功能结构进行合理组合, 就可得到实现总功能的各种原理方案。在进行方案构思时, 如果能够充分的利用形态学方法来建立形态学矩阵, 那可以帮助设计者开拓思路, 能够帮助设计者进一步探求科学的创新方案。
一般来说, 设计者所得到的方案数是很大的。如果是复杂的大型设计问题, 那所得方案数将十分巨大, 以至无法一一检验。而大量的实践证明, 在实际的设计中我们可以不用对其逐一检验, 只要处理好两个关键的问题:
1.构成原理方案的各功能元解在物理上的相容性鉴别, 能够从功能结构中的能量流、物料流、信号流能否不受干扰地连续流过, 以及原理方案在几何学和运动学上是否有矛盾来进行直觉判断, 从而顺利的排除那些不相容的方案。
2.从技术与经济效益的角度, 挑选出几个较好的方案进行逐一比较。
五、结语
其实在设计中, 设计人员除了要按照相关的原来和原则进行设计之外, 还可以根据设计的需要, 结合自己以往的经验, 把自己设计过的类似设计和前期构思中形成的初步设想进行相互比较, 然后进行精确的分析和判断, 最终确定科学合理的设计方案。
摘要：机电一体化是当前生产机械发展的主要趋势, 有着广阔的发展前景, 对未来的机械生产有着重要的影响。而机电一体化系统原理的方案设计, 作为机电一体化系统的核心组成部分, 对机电一体化的总体设计影响深远。
关键词：机电一体化,系统原理,方案设计
参考文献
[1]李景涛, 韩英.机电一体化技术及其应用研究[J].机械管理开发;2010, (01) .
[2]李忠.论现代机械制造技术的科学发展价值[J].科技传播, 2010, (Z1) .
机电一体化系统 篇9
机电一体化系统这一概念为日本的Yaskawa公司首先利用, 已经成为了新型化的工业发展的重要标志。机电一体化已经从最开始的电子、机械之间简单的结合, 发展为现代液压、热元件气动、机械和控制系统全面结合技术, 尤其是仿真发展方面被给予极大关注。
中国的机电一体化水平与发达国家之间有着相当程度差距, 但是机电一体化技术的应用前景良好, 国家十分重视机电一体化技术的战略发展[1]。在《一体化发展方向和对策》的白皮书中, 强调了6项关键技术以及工业自动化仪表、数控机床在内的超过15个发展领域的研究课题, 当前已经基本构建起了数控产业, 至2010年, 全国制造生产业已经达到了16%至20%的数控普及率。
二、机电一体化系统仿真发展前景
1. 机电一体化的集成化、智能化发展。
作为多个学科融合交叉构成的系统, 机电一体化中包含了接口技术、微电子技术、光学技术以及自动控制技术等, 在科技不断发展的前提下, 当前机电一体化系仿真正朝着微型化、系统化、智能化以及集成化的方向发展。
在智能技术取得重大进步的当下, 机电一体系统仿真智能化趋势明显。所谓智能化即机电产品具有与人类的自主决策、判断推理以及逻辑思维相类似的能力, 比如, 对CNC的数控机床设置智能工艺类型的数据库、智能I/O接口, 增添人机对话的功能等, 提升机床操作、维修保养的便利度。
2. 仿生硬件容错设计的新思路
(1) 胚胎仿生硬件容错设计原理以及容错结构。以仿生硬件为基础的容错设计, 在研究生物进化原理的硬件容错新模型、新理论方面, 对提升硬件性能的可靠程度方面意义重大。防身硬件主要分为胚胎类型以及进化类型2种, 前者又被称为胚胎电子化系统, 为实现容错机制的主要硬件, 胚胎仿生硬件容错机制, 包括了线轨、开关阵以及胚胎细胞等内容, 开关阵主要是利用编程连线建立的控制信号系统实现闭合开关工作, 对线轨中的不停线段使用情况进行控制。胚胎细胞由VO换向块、控制模块、功能单元、可编程连线、坐标器以及存储器等多个设备构成。
(2) 实现胚胎仿生硬件的容错设计的措施探究。为实现机电一体化中对故障细胞进行的容错设计, 将容错策略分为常用的2大类型:细胞取消以及行 (列) 取消策略, 分析研究出现错位的单位的位置, 对其进行重新布线, 并利用其他备用设备进行替代, 在连线资源出现故障的情况下, 当前这些策略措施并未及时给出有效的对应解决方案, 因此, 在对仿生胚胎硬件的容错结构研究前提下, 以下为线轨故障容错措施。在细胞取消容错策略方面, 利用备用的稀薄替代出现故障的细胞, 一旦某一行之中出现错误的细胞数量大于备用细胞数量时, 则可以将整行取消, 上移行细胞, 将出错行用备用行进行替代。在行 (列) 取消容错策略中, 如果某一细胞出现错误, 则取消其所在的行 (列) , 这一出错的行 (列) 中的细胞功能为上行 (右列) 细胞替代, 换句话说, 即某一细胞出错, 则该错误细胞所处行 (列) 分别向上、向右移动至备用的位置代替其实现正常运行。
三、结语
随着科技智能化技术的不断提升以及发展, 当前, 机电一体化全面而充分运用了接口技术、微电子技术、光学技术以及自动控制技术等多种技术, 机电系统仿真正朝着智能化、集成化、微型化以及系统化的方向发展, 极大程度促进了生产效率的提升。H
参考文献
机电一体化系统 篇10
正是由于Virtual Prototyping技术的不断发展和进步, 某些仿真平台的工程师以及机械师可以在统一平台上使用同一个样机模型了, 与传统的设计相比, 这种优越性被体现得淋漓尽致, 具体有四点:1这种仿真系统可以预测到复杂因素对控制系统造成的不利影响。2可以有效降低物理样机在测试环节中的工作量。 (3) 因采用这种方式“控制系统”在设计的过程中可以使用功能较真实的“机械子系统”, 因此设计“控制系统”的成功率也大大提高了。 (4) 这种方式为了有效降低研制成本, 还可以帮助其尽可能减少设计周期。“雷达天线”是本文重点研究对象, 针对天线方位角的控制问题在“ADAMS”和“Simulink”基础上对机电一体化系统进行进行仿真的研究。再采用PD算法来建立“天线方位角”的控制系统。
1 基于“ADAMS”与“Simulink”的联合仿真
“ADAMS”是“机械系统动力学”的仿真软件。这种软件可以通过约束库、力库以及图形环境以及零件库等创建机械系统模型。在建立“系统动力学方程”时, 会使用到“拉格朗日”法。在“ADAMS中”建立“机电设备控制系统”的方法共有6种。综合这6种方法的优势与缺点在这里将采用其中最具优势的一种方法来建立“雷达天线”的方位角控制系统。即:在连接“Simulink”模块的同时, 需要使用到“ADAMSIControls”模块, 对联合仿真进行研究。基于“ADAMS”和“Simulink”的联合仿真分为以下步骤:1) 确保“ADAMS”可以形成一个样机模型, 还应当把它的输入以及输出都处理成系统的状态变量。2) 使“ADAMS/Controls”模块进行加载, 并且要在其中定义出控制软件的种类以及输入、输出信号, 加以分析。3) 在MATLAB”工作空间中建立机械子系统的“adams_sub”模块, 将信息接口导入其中。4) 在控制对象在Simulink中建立控制系并完成“adams_sub”, 使其能与其他模块相互连接, 并以“adams_sub”模块为受控对象。5) 设计机电一体化的参数, 实现机电一体化的联合仿真技术。
2 雷达天线的样机模型
“ADAMS”中雷达天线的样机模型, 见图1。主要是由六个部分组成。构件之间的连接是通过一定“运动副”:“通过旋转副和地面“基础框架”相连的有方位圆盘、方位马达以及减速齿轮。固定副可以让天线支撑和方位圆盘进行充分连接。同时还可以让仰角轴承和天线支撑相互连接。天线则是通过“旋转副”与“仰角轴承”相连。旋转副可以让天线和仰角轴承相互连接。当方位角开始进行调整的时候, 天线会不断进行着俯仰运动。天线支撑自身具备一定柔性, 因为其本身属于细长梁。因此, 对于天线俯仰角而言, 实际变化为是20°至40°。基于这个原因, 天线的方位角在调整时“方位圆盘”的旋转就会导致“天线支撑”出现变形扭转, 从而引发“扭转振动”。所涉及到的“系统状态”变量一共有3个。 (1) 作用在“方位马达”转子上的“控制力矩”; (2) “雷达天线”的方位角; (3) “雷达天线”方位角的“变化速率”。最终所得到的“控制系统”需要满足“单位阶跃”响应的“超调量”要小于10%;调节时间要小于1秒及稳态误差为零。
3 PD算法的“天线方位角”控制系统
使雷达天线能够形成一个单输入、双输出的系统。也就是输入为作用到“方位马达”转子上的“控制力矩”。输出为“雷达天线”方位角以及其变化的速率。两种输出均采用PD控制。将控制系统建立在在“Simulink”中, 见图2。图2中的“adams sub”模块即代表“ADAMS”中“雷达天线”的样机模型。“Constant”, “Constantl”提了“Azimuth”与“Azimuth Velocity”的“响应期望值”。其值分别为0和1 (单位:tad) 。经过反复的调试最终确定的增益分别为Gain:7000, Gainl:30, Gain2:1500, Gain3:30。PD方位角的控制系统对“雷达天线”的响应结果以及控制器的输出, 见图3.。超调量为11.3%, 调节时间为1.01秒 (±2%的误差带) , 稳态误差是O。作用在“方位马达”转子上的“控制力矩”初始零时刻的时候达到了最大值7000N.mm。随着天线的加速转动而在迅速的减小, 天线接近了目标位置的时候, 要想使天线旋转的速度得到减慢, 则应当使用控制力矩的负值。当天线和目标接近的时候, 当天线要达到目标位置的同时, 控制力军可以变成正值, 从而让天线减速。
4 结束语
本文首先对在“ADAMS”中建立”机电设备“的”控制系统“方法进行了探讨。提出了在一般的情况下基于“ADAMS”与“Simulink”的联合仿真是比较理想的。再以“雷达天线”作为研究的对象, 对天线方位角的控制同题在“ADAMS”和“Sireulink”基础上对机电一体化系统的仿真技术进行了研究。采用了PD算法来建立了“天线方位角”的“控制系统”, 根据仿真的结果我们可以得出结论:在受控的对象是比较真实的“雷达天线”虚拟样机时, 系统控制性能是很难令人接受的。在传递过程中, 函数模型无法做到百分之百的精确, 无法充分表达出某些相对复杂系统的输入特性。因此, 我们可以使用机电一体化的方式, 对联合方针进行全方位分析, 以此来提高设计“控制系统”的成功率。
摘要：本文将以“雷达天线”作为研究的对象对机电一体化系统的联合仿真技术进行研究。在研究时我们针对“天线方位角”的控制问题在“ADAMS”与“Simulink”基础上对机电一体化系统的联合仿真技术进行了研究。研究过程中我们要想使雷达的样机模型和MATLAB/Simulink充分连接到一起, 则需要使用到其中的“ADAMS/Controls”模块。然后, 我们再采用PD算法来建立“天线方位角”的控制系统。
关键词：雷达天线,机电一体化,联合仿真,PD算法,模糊控制
参考文献
[1]李宜海.关于机电一体化技术若干问题的探讨[J].科技资讯.2008 (03) .
[2]黄良友.机电一体化发展趋势的探讨[J].科技信息 (学术研究) .2008 (36) .
机电一体化系统 篇11
关键词：机电一体化；SolidWorks；机电一体化设计
引言
伴随着设备功能、自动化程度、结构的不断提高，机械设备完全采用机械构造的时代行将结束，进入“机电一体化”时代。机电一体化是机械自动化的发展和升华，机电一体化研究的开展和应用，才能有效保障机械工业的现代化发展，为其发展提供源源不断的支撑和动力。
1.机电一体化设计的意义及需求
自1971年首次提出机电一体化这一概念以来，机电一体化经历了四十多年的发展，其意义跟随着科技的发展不断更新，不断丰富。特别是21世纪的到来，使得市场竞争日趋激烈，消费观念不断提升，机械产品呈现出智能化、模块化、柔性化、自动化等机电一体化特征。机电一体化技术将在未来机械产品的设计和开发中发挥着重要的作用。然而机电一体化系统所具有的学科交叉性、融合性、复杂性，给产品设计师提出了更高的要求[1]。如何针对不同学科领域的工作原理来更好地满足产品的功能需求。这需要建立一种能够与当代技术发展相适应的机电一体化产品设计方法并有一套完整的设计工具。
2.机电一体化设计的国内外研究现状
机电一体化产品设计的发展目前还处于发展阶段，在国外，德国Darmstadt大学对机电一体化的控制系统的设计方法学上进行了较深入的研究。他们的观点认为，机电一体化的驱动器、传感器及机械部分都是作为控制系统设计的外界环境而存在的。在他们的设计中，仅考虑控制系统，并且没有考虑到几个部分之间的融合设计问题。美国Analogy公司声称其开发的Saber软件是支持机电一体化系统设计的智能化概念设计软件，但其实质还仅是一个机电一体化仿真软件，不具备产生方案的功能。
上海交通大学，从现代机构的角度出发，将机电一体化系统划分为广义执行机构子系统、传感检测子系统、信息处理及控制子系统，称为“三子系统论”[2]，提出了Process（工艺）—Action（动作）—Mechanism（机构）的PAM功能求解模型，更具有可操作性，更利于计算机辅助概念设计的实现[3]。在国内的研究单位，一般在计算机辅助创新设计方面进行了研究，但对机电一体化产品设计方面的问题基本没有进行研究。
3.现存在问题
上述研究，为机电一体化产品设计及其计算机化设计工具的研究奠定了一定的理论基础。由于机电一体化系统变得越来越复杂，所以设计人员需要综合考虑机械与电子电气之间的共同作用来实现功能。例如：斯达特公司所生产的运输带式金属检查仪，需要无磁场干涉，而其运动机构恰能产生静电运动磁场。最终通过机械与电气设计师的联手下，采用单端绝缘技术结构解决了这一问题。这个例子中还存在存在设计不协调的问题，双方使用的软件无法对接，不能共享，不能整体建模，更不能整体仿真，其设计的工期及可靠性大打折扣，影响资源利用率及效率值。
4.基于SolidWorks软件的解决问题方案
现如今SolidWorks软件正日渐成熟的成为机电一体化设计软件而呈现在大家面前，Solidworks软件功能强大，您可以使用熟悉的 3D 可视化界面来设计机械零件和装配体。其原有的插件已经基本可以较完美的满足机械设计及仿真所需的功能。
COSMOSMotion作为SolidWorks插件，它利用机械动力学来模拟机械运动。可帮助设计人员了解其装配体的运动性能，大大缩短产品开发时间，降低制造物理样机的成本。
使用 COSMOSWorks，您可以快速、方便地在各零件都添加了载荷的情况下对它们进行分析，以验证零件的结构完整性。COSMOSWorks Designer 还使您能够研究不同装配体零部件之间的交互作用。您可以轻松地比较备选设计方案，然后快速为最终生产选择最佳设计方案。
最可喜的是，2013年新推出SolidWorks Electrical将2D、3D电气设计与3D机械设计完美无缝集成，优化项目设计。成功的解决了以往机械与电气设计上的对接困难，实现机电一体化设计。
SolidWorks Electrical新产品采用elecworks技术，它能帮助用户将2D电气设计数据与3D机械设计数据直接集成。这种集成方式将大大提高机械与电气团队间的协同工作效率，并会显著缩短项目设计到生产完成的周期。机械与电气设计能够实时同步的进行数据更新。3D模式的电气装配布局设计能够在投入生产前尽早的模拟出设备的空间布局，更有效的利用空间。通过SolidWorks Electrical 3D自动布线功能使现场布线更容易：3D自动布线遵循最优路径原则，能够真实的统计出电线和电缆的精细长度清单。电气设备的零部件及项目图纸管理可以通过SolidWorks Enterprise PDM系统直接管理与集成[4]。
5.展望
SolidWorks Electrical的出现为机电一体化设计者们带来了新的春天，现在设计者们完全可以采用SolidWorks这个功能强大的软件实现，机电一体化整体设计、分析、仿真、投产，是真正的机电一化设计软件。由于才刚刚投入市场，可能还稍微有一点未知的问题，不过，我们已经可以看到了机电一体化设计的美好未来。
参考文献：
[1]李瑞琴，邹慧君.机电一体化产品概念设计理论研究现状与发展展望[J].机械设计与研究，2003，19（3）：10～13
[2]邹慧君，廖武，郭为忠，王石刚.机电一体化系统概念设计的基本原理[J].机械设计与研究，1999，（3）：14～17.
[3]田志斌.现代机械运动系统概念设计理论与应用研究[D].上海：上海交通大学，2001.
[4]http：//www.solidworks.com
浅析车装钻修机电一体化系统 篇12
1 设计的原理
机电一体化系统主要是利用电子设备的合理布置, 设计成能自动识别一体化的系统。首先利用传感器设备采集现场的数据, 再结合PLC技术, 将传感器采集到的数据通过PLC把信号转换成能识别和处理的数字信号, 利用3G网络通信系统, 将信号传输至控制中心。控制中心收集到这些数据后, 利用计算机软件对其进行详细分析, 根据分析的结果对机电设备进行远程控制。控制中心也是通过3G网络把数据传输至机电设备现场单元中的, 车装钻修机电一体化系统的总体框架图如图1所示。
通过车装钻修机电一体化系统的总体框架图可知, 现场监控端是车装钻修设备的监控核心部件。其设计原理如图2所示。
2 车装钻修机电一体化设备的特点
机电一体化设备的车装钻修部分主要是由现场监控端的设备来控制, 整个系统主要有以下三个特征。其一具有黑匣子功能, 能对采集的数据进行备份;其二具有远程监控的功能, 能在监控中心根据分析后的数据来通过3G通信网络以远程控制车装钻修设备;其三车装钻修的精密度得到了极大的提高。
首先, 机电一体化系统的黑匣子功能。将钻修设备运行的实时数据进行采集、记录, 保存, 以供设备在出现不可预见的故障后, 管理部门和技术部门根据记录的数据信息及时的做出决策, 判断, 进一步完善设备的信息档案。
其次, 3G通信网络系统具有配置灵活、实施方便、可靠性高、数据采集及时准确等特点:油田用户可随意更换设备施工地点, 无须布线和担心线路的维护;由于3G的无线传输模块具有传输稳定可靠、通信速率高、接收灵敏度高、抗干扰能力强、功耗低等特点, 所以可以保证钻修设备监测数据的可靠采集、传输;用户可以自定义数据采集的时间间隔, 系统自动定时采集, 并可以自动定时将数据传输至总部数据处理中心。
最后车装钻修的精密度, 由原来手工控制, 改成了机电数字化设备。如果系统出了故障, 还可以依据黑匣子里面备份的数据进行数据恢复, 从而恢复系统, 使得系统能保持正常运行。由于有数字化显示功能, 能准确显示车装钻修的数据, 可以很好的分析仪器的故障, 能进行精密的维修, 提高维修的精度, 保证了维修质量。
3 车装钻修机电一体化系统的应用
根据研究方法设计了一套车装钻修机电一体化系统, 在某车装钻修施工现场进行施工试验。在施工过程中, 设备因故停工。在监控中心, 通过3G通信系统发出遥控指令, 要求启动黑匣子将系统进行初始化。使得系统的所有数据恢复到出厂状态, 再次启动时, 车装钻修就如同刚出厂一样能正常运行。很好的保证了机电一体化系统的正常运作。当施工任务完成后, 停止施工后员工根据监控中心的数据显示, 可以准确的判断出故障原因。这时故障维修人员, 将系统中存在的问题进行了解决处理, 很好的处理了系统的故障问题。第二次施工时, 系统未出现故障了, 直至施工顺利完成。
结语
车装钻修机电一体化系统投入实施运行后, 该成果填补了国内外车装钻修设备中的空白, 有力的提升了国内外修井设备的技术含量。由于在车装钻修的施工现场的作业环境十分恶劣, 施工的场所也比较偏僻, 不能很好的进行实时维修。在监控中心, 通过3G网络控制车装钻修设备, 当现场施工设备出现故障时能恢复至出厂状态, 使得施工能顺利进行, 同时记录下故障原因。当施工结束后, 维修人员就可以根据记录的故障原因来维修设备。
这种机电一体化设备系统, 有效的节约了人力、物力、财力, 提供了快捷实时服务系统, 有力的维护生产安全, 大大的减少了维修费用和使用成本。
参考文献
[1]赵松年, 戴志义.机电一体化数控系统设计[M].北京:机械工业出版社, 199.
[2]张建民等.机电一体化系统设计[M].北京:理工大学出版社, 1996.
[3]廖效果, 朱启逑主编.数字控制机床[M].华中理工大学出版社, 1992.
[4]张建民编著.工业机器人[M].北京理工大学出版社, 1988.