機電一體化介紹
　　機電一體化技術(shù)是將機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進行有機地結(jié)合，并綜合應用到實際中去的綜合技術(shù)。是現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機電一體化的設(shè)備?！≈袊鴻C電設(shè)計邁入PLM全新階段，正挑戰(zhàn)著了前所未有的，不可預測的難題，一個個久戰(zhàn)沙場經(jīng)久不衰精兵良將正褪去了昨日英雄的光環(huán)，唯有CAMEL VIEW 能夠勝任軍統(tǒng)三國，光復舊業(yè)的重任，此時數(shù)系科技與德國iXtronics GmbH公司攜手共同開拓機電設(shè)計領(lǐng)域的新篇章，CAMEL VIEW 作為機電一體化設(shè)計系統(tǒng)，從產(chǎn)品的概念設(shè)計到產(chǎn)品性能的測試、驗證、通過都是一體化的，流程化的、規(guī)范化的，在滿足用戶設(shè)計的前提下，數(shù)值實驗的仿真與結(jié)果的驗證無不精確化，支持復雜環(huán)境下，多工況，多耦合場設(shè)計.

一、智能化
　　智能化是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用。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、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
二、模塊化
　　模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標準，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標準機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)?；瘜⒔o機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。
三、綠色化
　　工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(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)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
四、網(wǎng)絡化
　　20世紀90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡技術(shù)。網(wǎng)絡技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(computerintegrated appliance system, CIAS)，使人們在家里分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展。
五、微型化
　　微型化興起于20世紀80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小 、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
六、系統(tǒng)化
　　系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體花產(chǎn)品。事實上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。
 1.機械微電子技術(shù)術(shù)語機電一體化
機電一體化又稱機械電子學，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設(shè)計》的副刊上，隨著機電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應用,機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機電一體化技術(shù)，是機械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)，他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化。
　　機電一體化技術(shù)是將機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息  機電一體化
技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進行有機地結(jié)合，并綜合應用到實際中去的綜合技術(shù)。是現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機電一體化的設(shè)備。 　　中國機電設(shè)計邁入PLM全新階段，正挑戰(zhàn)著了前所未有的，不可預測的難題，一個個久戰(zhàn)沙場經(jīng)久不衰精兵良將正褪去了昨日英雄的光環(huán)，唯有CAMEL VIEW 能夠勝任軍統(tǒng)三國，光復舊業(yè)的重任，此時數(shù)系科技與德國iXtronics GmbH公司攜手共同開拓機電設(shè)計領(lǐng)域的新篇章，CAMEL VIEW 作為機電一體化設(shè)計系統(tǒng)，從產(chǎn)品的概念設(shè)計到產(chǎn)品性能的測試、驗證、通過都是一體化的，流程化的、規(guī)范化的，在滿足用戶設(shè)計的前提下，數(shù)值實驗的仿真與結(jié)果的驗證無不精確化，支持復雜環(huán)境下，多工況，多耦合場設(shè)計。
介紹
　　研究將電子器件的信息處理和控制功能附加或融合在機械 裝置中的一種復合化技術(shù)。俗稱機電一體化。機械電子學 (mechatronics)是由機械學(mechanics)和電子學 (electronics)兩個詞結(jié)合而成的新詞。其全稱為機械電子工程學，英語為mechanical and electronical engineering。機  機電一體化
械電子學主要研究目的是把機械技術(shù)與微電子技術(shù)和信息技術(shù)有機地結(jié)合為一體，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)化。機械電子學可以充分發(fā)揮機械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的各自的長處和特點，促進機械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。機械電子學系統(tǒng)主要由機械主體、傳感器、信息處理和執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。較高級的系統(tǒng)不但有硬件，而且還有相應的軟件,利用軟件技術(shù)可以實現(xiàn)硬件難以實現(xiàn)的功能,使機械系統(tǒng)增加柔性。典型的機械電子系統(tǒng)有數(shù)控機床、加工中心、工業(yè)機器人等。機械電子學技術(shù)除用于單個機器、設(shè)備或一般的生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)改造之外，還用于柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化等方面。
編輯本段內(nèi)容
具體內(nèi)容
（1） 機械技術(shù)
　　機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技  機電一體化
術(shù)相適應，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術(shù)，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術(shù)。
（2） 計算機與信息技術(shù)
　　其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。
（3） 系統(tǒng)技術(shù)
　　系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。
（4） 自動控制技術(shù)
　　其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。  機電一體化
（5） 傳感檢測技術(shù)
　　傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。
（6） 伺服傳動技術(shù)
　　包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
編輯本段階段
模型階段
　　模型階段，所有的系統(tǒng)組件都能夠被最優(yōu)化； 　　在仿真計算的幫助下，可以測試和分析這些組件的適用性；監(jiān)測響應頻率； 　　對模型進行分析。此外，還能夠生成一個物理/拓撲系統(tǒng)模型，包括機械、液壓和控制導向組件。有必要有一個模型工具，這個工具支持機電一體化系統(tǒng)的物理模型，即當有實物和節(jié)點時，這些模型能夠以1：1來測試，并且原型設(shè)計研究階段可以在嚴酷的實時條件下進行。
測試階段
　　在系統(tǒng)運行完模型階段之后，所產(chǎn)生的具體的性能數(shù)據(jù)可以通過試驗臺驗證。這  機電一體化
樣就可以測試和檢驗該系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)波動的魯棒性，功率儲備及連續(xù)運行的特征。這樣做的話，用戶可以進行測試或者使用CAMeL-View TestRig進行硬件在回路（的測試）。要進行硬件在回路測試，相關(guān)裝置的物理特性需要詳細確認，這些裝置必須是建立在測試平臺的基礎(chǔ)之上。識別經(jīng)過測試平臺上測試過的組件，容許這些組件在模型中被識別，并確保整個以系統(tǒng)為基礎(chǔ)的仿真分析布局。
原型階段
　　成功的測試之后，就會建立一個原型。這里要特別關(guān)注的是模型特性，這些特性特指通過特別費力的仿真所決定的特性，比如組件損耗（性能）。這些數(shù)據(jù)結(jié)果，為模型基礎(chǔ)性分析提供服務，同時為進一步研發(fā)提供知識基礎(chǔ)。
組成要素與四大原則
1.五大組成要素
　　一個機電一體化系統(tǒng)中一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機結(jié)合而成。機械本體（結(jié)構(gòu)組成要素）是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。動力驅(qū)動部分（動力組成要素）依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。測試傳感部分（感知組成要素）對系統(tǒng)的運行  機電一體化
所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應的控制信息?？刂萍靶畔⑻幚聿糠郑毮芙M成要素）將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。執(zhí)行機構(gòu)（運動組成要素）<BR>根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動作和功能。
2.四大原則
　　構(gòu)成機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素其內(nèi)部及相互之間都必須遵循結(jié)構(gòu)耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉(zhuǎn)換四大原則?！〗涌隈詈希簝蓚€需要進行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間，由于信息模式不同（數(shù)字量與模擬量，串行碼與并行碼，連續(xù)脈沖與序列脈沖等）無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實現(xiàn)。而兩個信號強弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間，也必須通過接口耦合后，才能匹配。變換放大后的信號要在兩個環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準確的交換、傳遞，必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范才行，因此接口耦合時就必須具有保證信息的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定的模式進行交換與傳遞。 　　能量轉(zhuǎn)換：　 　　兩個需要進行傳輸和交換的環(huán)節(jié)之間，由于模式不同而無法直接進行能量的轉(zhuǎn)換和交流，必須進行能量的轉(zhuǎn)換，能量的轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器，驅(qū)動器和他們的不同類型能量的最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法及原理。　 　　信息控制：在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運算、判斷、決策，以達到信息控制的目的。對于智能化程度高  機電一體化
的信息控制系統(tǒng)還包含了知識獲得、推理機制以及自學習功能等知識驅(qū)動功能?！?　　運動傳遞：運動傳遞使構(gòu)成機電一體化系統(tǒng)各組成要素之間，不同類型運動的變換與傳輸以及以運動控制為目的的優(yōu)化。 　　三、自動化技術(shù)：　 　　所謂自動化技術(shù)，是指人類利用各種技術(shù)手段和方法來代替人去完成各種測試、分析、判斷和控制工作，以現(xiàn)實預期的目標、功能。一個自動化系統(tǒng)通常由多個環(huán)節(jié)要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能，最后實現(xiàn)自動運行目標。

　　控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計： 　　1、單片機 選用INTEL公司生產(chǎn)的8031單片機 　　單片機 　　，它主要通過并行8255口擔負控制系統(tǒng)的信號處理：接收系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩、閥門開  機電一體化
啟、關(guān)閉及閥門開度等設(shè)定信號，并提供三相PWM波發(fā)生器所需要的控制信號；處理IPM發(fā)出的故障信號和報警信號；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號；提供顯示電動執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)信號；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號，向控制系統(tǒng)反饋信號； 　　2、三相PWM波發(fā)生器 PWM波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。模擬法電路復雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是按照不同的數(shù)字模型用計算機算出各切換點，并存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計算產(chǎn)生PWM波，這種方法占用的內(nèi)存較大，不能保證系統(tǒng)的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號，保證微處理器有足夠的時間進行整個系統(tǒng)的檢測、保護、控制等功能，文中選用MITEL公司生產(chǎn)的SA8282作為三相PWM發(fā)生器。SA8282是專用大規(guī)模集成電路，具有獨立的標準微處理器接口，芯片內(nèi)部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。 　　3、智能逆變模塊IPM 為了滿足執(zhí)行機構(gòu)體積小，可靠性高的要求，電機電源采用智能功率模塊IPM。該執(zhí)行機構(gòu)主要適用功率小于5．5kW的三相異步電機，其額定電壓為380V，功率因數(shù)為0．75。經(jīng)計算可知，選用日本產(chǎn)的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率開關(guān)和驅(qū)動電路、制動電路于一體，并內(nèi)置過電流、短路、欠電壓和過熱保護以及報警輸出，是一種高性能的功率開關(guān)器件。 　　4、位置檢測電路 位置檢測電路是執(zhí)行機構(gòu)的重要組成部分，它的功能是提供準確的 　　  機電一體化
位置信號。關(guān)鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機構(gòu)中多采用繞線電位器、差動變壓器、導電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。導電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點。 5、電壓、電流及檢測 檢測電壓、電流主要是為了計算電機的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。 　　6)、通訊接口 為了實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)和遠程控制，選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232內(nèi)部有兩個完全相同的電平轉(zhuǎn)換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉(zhuǎn)換成TTL電平給8031，實現(xiàn)單片機與其它微機間的通訊。 　　7、時鐘電路 時鐘電路主要用來提供采樣與控 　　制周期、速度計算時所需要的時間以及日歷。文中選用時鐘電路DS128  機電一體化
87。DS12887內(nèi)部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM，可用來存入需長期保存的數(shù)據(jù)。 　　8、液晶顯示單元 為了實現(xiàn)人機對話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、電機、通訊和參數(shù)等信號進行設(shè)置或調(diào)試。并采用文字和圖形相結(jié)合的方式，顯示直觀、清晰。 　　9、程序出格自恢復電路 為了保證在強干擾下程序出格時系統(tǒng)能夠自動地恢復正常，選用MAX705組成程序出格自恢復電路，監(jiān)視程序運行。如圖2-3所示，該電路由MAX705、與非門及微分電路組成。工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖?，引腳2電平的這種變化使“與非”門輸出一個正脈沖，使單片機產(chǎn)生一次復位，復位結(jié)束后，又由程序通過P1．0口向MAX705的WDI引腳發(fā)正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復電路繼續(xù)監(jiān)視程序運行。