机电一体化学术论文（推荐8篇）
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1、报告题目、班级、学号、姓名
2、主办单位：讲座标题：时间：地点：主讲人：
3、摘要：报告主要内容的梗概，要求简短、准确、精炼，字数限定在100-150。关键词：反映报告主旨最关键的词句，要求3-5个。
4、正文： 要求有自己的深刻见解，字数不少于3000字，用A4或16开原稿纸工整书写。
参加了一次4月28日校级讲座签到人员，在六月八号前提交学术报告（由班上学习委员统一收齐上交学习部）之后由学习部审核，经过院长同意可加创新分。
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关键词：机电接口技术,机电一体化,发展
一、机电一体化系统组成
单纯的机械技术只能形成纯机械产品, 机械技术与信息技术、微电子技术结合后就能够生产出具有机电一体化特征的多功能机电一体化产品。
机电一体化系统由五部分组成, 分别是动力源、控制系统、传感器、驱动系统、和执行机构。机电一体化的组成部分都有各自的分层, 例如动力源和驱动系统以及传感器组成的驱动反馈层, 有控制系统控制整个系统的控制措施, 而执行机构则为直行车。机电一体化的系统运行是按照控制层获得命令将信息放大驱动反馈给执行层, 执行层执行命令动作后将结果经过驱动层反馈给控制层。
机电一体化系统内部之间的信息和能力的交互和传递是通过各种机电接口来实现的, 不同的机电接口有不同的用处。接口可以起到连接作用, 能够将每个子系统的特性和优点有机地结合起来, 达到系统最优化, 激发出系统最大潜力, 子系统之间的机电接口决定着整个机电一体化系统的性能。因此, 机电接口技术在机电一体化中占有举足轻重的地位, 需要进行深入的探讨和研究。
二、机电一体化接口技术的内涵
1. 机电一体化接口的作用
首先, 机电一体化能够实现行电平转换和功率放大, 由于控制设备的电平具有不定性, 而微机芯片一般是固定的电平, 故此需要进行必要的电平转换, 在大负载的条件下, 机电接口需要进行功率放大;其次, 机电一体化能够对干扰信号进行隔离, 可以开用光电耦合器等将微机系统和控制系统加以隔离;最后, 机电一体化能够实现微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路, 当被控对象的检测控制信号刚好为模拟量的时候, 保证危机处理量与模拟量之间的相互吻合。
2. 机电一体化接口的分类
(1) 动力接口
动力接口是指动力源连接到驱动系统的接口, 主要是为了提供相应的动力给驱动系统。根据系统所需的动力类型不同, 因而也有不同种类形式的动力接口, 例如交流电、直流电、液压、气动等。所有的动力接口都有一个共同点就是能够承载较大的负荷, 通过较大的功率。
(2) 机-电接口
机-电接口是存在于驱动机构与执行系统以及传感器间的一种机电一体化接口。主要作用是将驱动系统得到信号反馈变成执行机构所需的信号, 或将执行机构执行命令的机械信号变化成传感器需要的信号, 起到一种转换作用。
(3) 智能接口
智能接口一般存在于驱动系统与传感器之间、传感器与控制系统之间、驱动系统与控制之间。只能接口的主要作用是智能分析各系统之间的信息形状, 将统一信息以不同方式传递到不同系统中, 使得整个机电一体化系统的不同技术有机的集合起来, 形成完整的系统。
(4) 人-机接口
人机接口是操作者与控制微机之间进行信息交换的接口, 分为输入与输出接口两大类。输出接口的接收者是人工操作者, 通过输出接口输出的信息以便于人工掌握机电系统的运行状态和运行参数, 输入接口的接收者的机电系统, 操作者输入控制命令, 让整个系统按照命令运转起来, 实现所要达到的目的。其中输入几口中含有拨盘输入接口和键盘输入接口两种形式, 输出接口一般常用的输出设备为发光二极管显示器, 结构简单, 性价比高, 使用广泛。
3. 机电一体化接口的内涵
机电接口技术是一门新兴的技术, 研究这门技术的根本原因是为了让机电一体化系统中的各子系统能够更好地进行信息与能量的交互和传递与融合, 实现机电一体化最优化运行设计。接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的, 接口技术的研究也是促进机电一体化的发展的重要技术之一。换句话说, 接口设计从根本上决定了机电一体化系统的设计。
三、机电一体化发展及发展趋势
机电一体化的发展经历了四个最为重要的阶段。在20世纪中叶, 电子技术已经发展的较为成熟, 当人们试着将电子技术利用到机械工业, 从而刺激了电子技术与机械产品的有机融合。到了20世纪中后期, 机电一体化经过20多年的发展, 无论是技术还是产品的性能均得到了较大的提高, 技术更为成熟, 产品性能趋于完善。20世纪90年代后期, 光学技术、电子通信技术以及微细加工技术的高速发展并且渗透进入了机电一体化, 使得机电一体化出现了微机电一体化和光机电一体化等新兴分支, 机电一体化进入深度发展阶段, 90年代后期, PLC采用面向现场总线网络的体系结构, 实现了真正意义上的EIC三电一体化。我国的机电一体化起步较晚, 从上世纪80年代开始致力于机电一体化的研究, 如今已取得了一定成果, 并广泛存在于我国的机械工业之中。
随着信息技术的不断发展, 人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视, 数控机床与机器人的智能化就是重要应用, 为机械工业带了不可忽视的经济利益。模块化能够利用标准单元迅速进行开发, 得到出新产品, 还可以同步扩大生产规模。系统化则能够使机械系统体系采用更加开放, 寻求多子系统的综合管理和协调平衡控制。机械绿色化是工业时代的必然发展趋势, 是人类保护环境资源的必要手段。基于网络的各种监视和远程控制技术发展的如火如荼, 机电一体化产品远程控制设备必然要朝着网络化的方向去发展。微机电一体化产品耗能少、体积小、运动敏捷, 在各方面具有不可替代的优势, 势必也会成为机械工业中的发展主流。
参考文献
[1]高德成.机电一体化技术发展问题分析与技术探索[J].自动化与仪器仪表, 2011 (6) :16-18.
[2]亢金月.机电一体化系统集成与融合[J].机械与电子, 1996, 4:17-20.
[3]邹慧君.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. (4) .
关键词：高速公路机电工程；机电一体化；施工机械；模块化作业
中图分类号：U415.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 06-0139-01
一、高速公路机电工程机电一体化
望文生义，从其字面上来看，它主要指的是将相应的电气以及机械进行一定程度上的结合，并将之统一于一个系统之中。目前状况下，计算机控制技术和电气控制技术已经有了一定程度上的结合，并且随着时代的发展，它们的结合程度会越来越高。与之相对应的，机电一体化也逐渐摆脱了传统的“机电自动化”的模式，并逐渐向智能化以及电子自动化的方向迅速发展。这种机电一体化主要是基于相应的智能化控制系统，在一定程度上完善了工业生产的流速。除此之外，改变了原来的人工化模式，逐渐趋于无人生产线。并有效的实现了对于计算机的引入，发挥其强大的计算能力，并最终实现动态化的控制，这主要是通过相应的网络信息传递以及集成化电子终端来完成的。这样一来，就形成了一个全新的机电一体化系统。
二、高速公路中的机电一体化
高速公路机电工程中机电一体化的作用与地位逐渐的显现出来，若想对其进行有效的实现，就必须将相应的工程机械制造以及电子控制系统有效的结合在一起。只有这样，才有可能促使其施工的机械能能够自行完成作业以及自行进行检测，并且在这一过程之中实现智能化。简单的说，高速公路的机电一体化其实就是进行相关工程机械的改造，使其具有自动化功能。并且实现对于施工工艺的结合，使得多种的施工工艺可以通过一组机械来完成。目前状况下，随着其控制模块以及微处理器技术的不断完善与提高，相关的工程作业机械对于工程施工的自动化以及智能化的适应能力也越强，这在很大程度上促进了机电一体化的实现。
（一）电子控制系统实现机械自检。对于机电一体化来说，它可以有效的进行对于机械设备的自我检测，这也成为了它一个十分突出的优势。因为它在一定程度上为相关的工程机械的运行提供了一个动态化的监控模式，并且基于此能够更为合理的对工程机械进行操作。除此之外，对于工程之中可能会出现的问题以及事故能够提前预知并采取合理有效的措施予以解决。电子控制系统有一个十分突出的功能，那就是当设备运行时，可以对其各个部分进行有效的动态监控，这些部分主要包括发动机、传动系统、液压系统以及相应的电子系统。这一监控系统主要存在两个组成部分，分别是监控和信息处理系统以及相应的报警系统。
（二）机电一体化的应用提高了作业的精度。随着我国经济的迅速发展以及科学技术水平的进步，高速公路的等级也随之上升，这就给高速公路的质量提出了更高的要求。所以对于施工工艺的实施如果还只是停留在人为操作之上是不能适应其发展的，不仅如此，如果只是利用相关的仪器对其进行检测的话，需要多次反复检测，这就带来了相当大的工作量，对于人力以及物力也有着较大的消耗。因此，实现对于作业精度以及检测及时性的提高势在必行。而机电一体化可以进行对于这些问题的有效解决，适应了发展的需要。首先，机电一体技术能够实现对于作业模式的设定，使之形成一定的作业顺序以及作业标准，并具有一定的固定性。这样一来，就可以对高速公路机电工程施工的精确程度进行一定程度的保证。不仅如此，因为相关的机械自动作业能够同参数的调整来实现对于施工精度的提高，而对于精度的设定过程是开放的，这样一来，就能够进行高精度持续作业的实现。
（三）机电一体化可以降低机电工程施工的能源消耗。传统的施工操作中，进行对于工作输出功率的调整都是人为的。但是这种调整往往过于僵化，且精确程度不高。它仅仅是做出简单的换挡以及变换转速的操作，这为进行对于能源消耗的控制制造了很大的麻烦，受到的制约较多。面对这种情况，一些厂商采取的措施是：引入相应的电子控制技术，并基于此实现对于挖掘机工作效率的有效降低，这样一来，在工作中就在很大程度上提高了燃油使用的效率。因此，机电一体化能够在很大程度上实现对于能源消耗的降低以及工作效率的提高，且效果明显。
三、机电一体化技术在高速公路机电工程施工中的应用前景
（一）系统的智能化程度将会在未来的发展过程之中有着明显的提高。之所以要提高机电一体化的程度，就是为了实现智能化的控制。也就是在一定程度上进行电子技术以及机械控制技术的利用，并基于此实现机械的智能化。对于智能化这一概念来说，它具体指的是：进行对于相应工况分析系统的预先设计，然后将之运用到不同的情况之下，并以此完成对于工况的评估。除此之外，能够随時改变运行模式。目前状况下，模拟智能、模糊数学、计算机技术以及传感技术不断发展，并且呈现出相互融合的趋势，这将在很大程度上促进机电一体化朝着智能化的方向发展。
（二）模块化作业。目前，机电一体化正朝着控制自动化、操作模式简单化的方向发展，也就是实现相应的智能模块化控制。这种模块化的操作以及实施主要是对于某些固定的程序化模块进行有效的利用，并将之与特定机械设备组合进行一定程度的配合，以此来进行特定工况下的作业。
（三）机电一体化技术在高速公路施工中的应用将会为环保做出巨大的贡献。前文中，我们已经说明进行机电一体化的运用可以在很大程度上实现工程机械的能耗的降低。由此可见，随着机电一体化的不断应用于推广，它将对环保事业做出巨大的贡献。随着机械智能化程度越来越高，它可以利用较少数量的智能化施工机械实现对于较大工程量的完成，这样一来，就在一定程度上节约了相关的资源。
四、结束语
我们主要对机电一体化进行了简要的介绍，然后对机电一体化的应用前景和机电一体化技术在高速公路机电工程方面的应用进行重点分析。希望我们的研究能够使得人们对于高速公路机电工程机电一体化有更深层次的理解，同时，还为业内人士提供了一定的参考。
参考文献：
[1]殷际英.光机电一体化实用技术[M].北京:化学工业出版社,2003
[2]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京:机械工业出版社,2004
机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。
具体内容
（1）机械技术
（2）计算机与信息技术
（3）系统技术
（4）自动控制技术
（5）传感检测技术
（6）伺服传动技术
阶段
1、模型阶段
2、测试阶段
3、原型阶段
组成要素与四大原则
1.五大组成要素
2.四大原则 选型与设计
课程简介
就业前景
发展方向
光机电一体化技术
具体内容
（1）机械技术
（2）计算机与信息技术
（3）系统技术
（4）自动控制技术
（5）传感检测技术
（6）伺服传动技术 阶段
模型阶段
测试阶段
原型阶段
组成要素与四大原则
1.五大组成要素 2.四大原则 选型与设计 课程简介 就业前景 发展方向
光机电一体化技术 展开
定义：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。
中国机电设计迈入PLM全新阶段，正挑战着了前所未有的，不可预测的难题，一个个久战沙场经久不衰精兵良将正褪去了昨日英雄的光环，唯有CAMEL VIEW 能够胜任军统三国，光复旧业的重任，此时数系科技与德国iXtronics GmbH公司携手共同开拓机电设计领域的新篇章，CAMEL VIEW 作为机电一体化设计系统，从产品的概念设计到产品性能的测试、验证、通过都是一体化的，流程化的、规范化的，在满足用户设计的前提下，数值实验的仿真与结果的验证无不精确化，支持复杂环境下，多工况，多耦合场设计。
编辑本段介绍
研究将电子器件的信息处理和控制功能附加或融合在机械 装置中的一种复合化技术。俗称机电一体化。机械电子学(mechatronics)是由机械学(mechanics)和电子学(electronics)两个词结合而成的新词。其全称为机械电子工程学，英语为mechanical and electronical engineering。机
机电一体化
械电子学主要研究目的是把机械技术与微电子技术和信息技术有机地结合为一体，实现整个系统的最优化。机械电子学可以充分发挥机械技术、微电子技术和信息技术的各自的长处和特点，促进机械产品的更新换代。机械电子学系统主要由机械主体、传感器、信息处理和执行机构等部分组成。较高级的系统不但有硬件，而且还有相应的软件,利用软件技术可以实现硬件难以实现的功能,使机械系统增加柔性。典型的机械电子系统有数控机床、加工中心、工业机器人等。机械电子学技术除用于单个机器、设备或一般的生产系统的技术改造之外，还用于柔性制造系统、计算机集成制造系统、工厂自动化、办公自动化、家庭自动化等方面。
编辑本段内容 具体内容
（1）机械技术
机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技
机电一体化
术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。
（2）计算机与信息技术
其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
（3）系统技术
系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。
（4）自动控制技术
其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
机电一体化
（5）传感检测技术
传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。
（6）伺服传动技术
包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。
编辑本段阶段 模型阶段
模型阶段，所有的系统组件都能够被最优化；
在仿真计算的帮助下，可以测试和分析这些组件的适用性；监测响应频率；
对模型进行分析。此外，还能够生成一个物理/拓扑系统模型，包括机械、液压和控制导向组件。有必要有一个模型工具，这个工具支持机电一体化系统的物理模型，即当有实物和节点时，这些模型能够以1：1来测试，并且原型设计研究阶段可以在严酷的实时条件下进行。
测试阶段
在系统运行完模型阶段之后，所产生的具体的性能数据可以通过试验台验证。这
机电一体化
样就可以测试和检验该系统有关参数波动的鲁棒性，功率储备及连续运行的特征。这样做的话，用户可以进行测试或者使用CAMeL-View TestRig进行硬件在回路（的测试）。要进行硬件在回路测试，相关装置的物理特性需要详细确认，这些装置必须是建立在测试平台的基础之上。识别经过测试平台上测试过的组件，容许这些组件在模型中被识别，并确保整个以系统为基础的仿真分析布局。
原型阶段
成功的测试之后，就会建立一个原型。这里要特别关注的是模型特性，这些特性特指通过特别费力的仿真所决定的特性，比如组件损耗（性能）。这些数据结果，为模型基础性分析提供服务，同时为进一步研发提供知识基础。
编辑本段组成要素与四大原则 1.五大组成要素
一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行
机电一体化
所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分（职能组成要素）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。执行机构（运动组成要素）
根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。
机电一体化系统一般由机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器和动力源5个组成部分构成。
2.四大原则
构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。接口耦合：两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。
能量转换：
两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。
信息控制：在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高
机电一体化 的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。
运动传递：运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。
三、自动化技术：
所谓自动化技术，是指人类利用各种技术手段和方法来代替人去完成各种测试、分析、判断和控制工作，以现实预期的目标、功能。一个自动化系统通常由多个环节要素组成，以完成信息的获取、信息的传递、信息的转换、信息的处理及信息的执行等功能，最后实现自动运行目标。
编辑本段选型与设计
控制系统各功能元件的选型与设计：
1．单片机选用INTEL公司生产的8031单片机
单片机，它主要通过并行8255口担负控制系统的信号处理：接收系统对转矩、阀门开
机电一体化
启、关闭及阀门开度等设定信号，并提供三相PWM波发生器所需要的控制信号；处理IPM发出的故障信号和报警信号；处理通过模拟输入口接收的电流、电压、位置等检测信号；提供显示电动执行机构的工作状态信号；执行控制系统来的控制信号，向控制系统反馈信号；
2．三相PWM波发生器 PWM波的产生通常有模拟和数字两种方法。模拟法电路复杂，有温漂现象，精度低，限制了系统的性能；数字法是按照不同的数字模型用计算机算出各切换点，并存入内存，然后通过查表及必要的计算产生PWM波，这种方法占用的内存较大，不能保证系统的精度。为了满足智能功率模块所需要的PWM波控制信号，保证微处理器有足够的时间进行整个系统的检测、保护、控制等功能，文中选用MITEL公司生产的SA8282作为三相PWM发生器。SA8282是专用大规模集成电路，具有独立的标准微处理器接口，芯片内部包含了波形、频率、幅值等控制信息。
3．智能逆变模块IPM 为了满足执行机构体积小，可靠性高的要求，电机电源采用智能功率模块IPM。该执行机构主要适用功率小于5．5kW的三相异步电机，其额定电压为380V，功率因数为0．75。经计算可知，选用日本产的智能功率模块PM50RSA120可以满足系统要求。该功率模块集功率开关和驱动电路、制动电路于一体，并内置过电流、短路、欠电压和过热保护以及报警输出，是一种高性能的功率开关器件。
4．位置检测电路 位置检测电路是执行机构的重要组成部分，它的功能是提供准确的机电一体化
位置信号。关键问题是位置传感器的选型。在传统的电动执行机构中多采用绕线电位器、差动变压器、导电塑料电位器等。绕线电位器寿命短被淘汰。差动变压器由于线性区太短和温度特性不理想而受到限制。导电塑料电位器目前较为流行，但它是有触点的，寿命也不可能很长，精度也不高。笔者采用的位置传感器为脉冲数字式传感器，这种传感器是无触点的，且具有精度高、无线性区限制、稳定性高、无温度限制等特点。
5、电压、电流及检测 检测电压、电流主要是为了计算电机的力矩，以及变频器输出回路短路、断相保护和逆变模块故障诊断。由于变频器输出的电流和电压的频率范围为0～50Hz，采用常规的电流、电压互感器无法满足要求。为了快速反映出电流的大小，采用霍尔型电流互感器检测IPM输出的三相电流，对于IPM输出电压的检测采用分压电路。
6)、通讯接口为了实现计算机联网和远程控制，选用MAX232作为系统的串行通讯接口，MAX232内部有两个完全相同的电平转换电路，可以把8031串行口输出的TTL电平转换为RS－232标准电平，把其它微机送来的RS－232标准电平转换成TTL电平给8031，实现单片机与其它微机间的通讯。
7．时钟电路时钟电路主要用来提供采样与控
制周期、速度计算时所需要的时间以及日历。文中选用时钟电路DS128
机电一体化
87。DS12887内部有114字节的用户非易失性RAM，可用来存入需长期保存的数据。
8．液晶显示单元 为了实现人机对话功能，选用MGLS12832液晶显示模块组成显示电路。采用组态显示方式。通过菜单选择，可分别对阀门、力矩、限位、电机、通讯和参数等信号进行设置或调试。并采用文字和图形相结合的方式，显示直观、清晰。
9．程序出格自恢复电路为了保证在强干扰下程序出格时系统能够自动地恢复正常，选用MAX705组成程序出格自恢复电路，监视程序运行。如图2-3所示，该电路由MAX705、与非门及微分电路组成。工作原理为：一旦程序出格，WDO由高变低，由于微分电路的作用，由“与非”门输入引脚2变为高电平，引脚2电平的这种变化使“与非”门输出一个正脉冲，使单片机产生一次复位，复位结束后，又由程序通过P1．0口向MAX705的WDI引脚发正脉冲，使WDO引脚回到高电平，程序出格自恢复电路继续监视程序运行。
编辑本段课程简介
核心课程
机械制图、电气CAD工程实践、电工技术基础、工程力学、机械设计基础、机械加工工艺、数控机床编程、单片机原理与应用、电子技术基础、检测与传感技术、液压与气动技术、机床电气控制(电机与电气控制)、PLC、电力电子技术、数控加工工艺与编程、数控机床与维修、机电一体化技术（机电控制技术）、自动化控制原理（PC控制与组态）、供配电技术等。
实训课程
电工技术基础实训、金工实习、电子技术基础实训、单片机原理与应用实训、液压传动实训、电力拖动控制线路实训、PLC编程实训、数控机床维修实训、毕业实训、职业生涯规划、大学生涯规划、职业环境认知、成功素养拓展、工作能力提升、激情自主创业、求职过程胜出、初涉职场转型等。
专业软件
设计制图：AUTO CAD、UG、solidworks、3ds max等
编程仿真：PLC编程setp7（西门子PLC组态编程调试软件）、；51单片机编程keil（AT89系列、8051内核）仿真Proteus（很多单片机支持C++，包括凌阳十六位单片机）；数控编程仿真斯沃数控、宇龙数控仿真系统；维修仿真数控机床维修仿真软件。
PC组态软件：wincc(西门子)、组态王、昆仑组态等。
电子仿真：NI Multisim、Proteus 等
液压与气动仿真：AMEsim、MSC等
培养目标与就业方向
1、培养学生具有机、电、液一定的理论知识和较强的实践技能。
2．具有机械加工设备的初步操作技能和数控加工、数控编程的能力。
3．具备从事机电技术必需的理论知识和综合职业能力的机电设备、自动化设备和生产线的运行与维护人员，并具有设备改造能力的高等技术综合性应用型人才。
4．能在机电设备制造企业、从事机电产品设计与开发、企业与车间生产技术管理等工作，以及机电一体化设备的安装、调试、维修、销售及管理；普通机床的数控化改装等。
编辑本段就业前景
机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称.目前实操性人才缺乏,各企业高薪聘请机电一体化专业人才,在深圳地区例如:富士康、三星、华为、等一线企业拥有大量高薪职位就业前景十分广阔.以下由工控行业网为您进行的机电一体专业就业前景的方向分析。
机电一体专业就业方向
1、从事机电一体化液体灌装生产线及商品包装自动化机械运行、维护、管理、技术改造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才.可在大型啤酒、饮料、食品及商品包装生产企业从事现代化自动机与生产线的维护和管理工作,也可在相关的自动机与生产线的生产厂家或设计部门、营销单位从事技术工作.2、机电一体化专业(计算机辅助设计与制造方向)
从事机电产品的计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM),并熟练使用和维修数控加工设备的机电一体化高等技术应用性专门人才.可在模具设计也制造、机械加工、塑料、五金、电子产品、计算机生产等企业从事数控机床的加工工艺设计编程,数控机床的调试、维护及加工操作,从事生产和技术管理工作,也可以从事国内外数控设备的营销工作.3、机电一体化专业(模具CAD/CAM方向)
从事利用计算机技术和数控加工技术对模具进行设计和制造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才.可在模具、机械、五金、塑料、家电等生产企业从事模具计算机辅助设计与制造等方面的技术工作,也可在企事业单位从事与本专业有关的经营、管理工作.4、机电一体化专业(机电CAD技术方向)
在机电一体化产品、设备的设计、制造、维修、管理、技术改造与服务过程中专门从事用电脑绘图设计、信息处理和资料管理的高等技术应用性专门人才.可在机械设计、制造与装备行业、模具制造业,轻工、家用电器、电子制造业从事设计、制造、技术改造、产品营销、设备管理与维护等工作.机电一体专业就业前景
有关研究报告显示机电一体化“一词最早是日本提出的,在上世纪80年代初,日本名古屋大学最早设置了机电一体化专业.如今已改称为”机械电子工程“专业;在高职高专则仍延用机电一体化专业名称.机电一体化专业是精密机械--电子技术(含电力电子)--计算机技术等多门学科交叉融合的产物,属高新技术,也是当前发展最快的技术之一,它是先进制造技术的主要组成部分.它的发展推动了当前制造技术的迅速更新换代,是产品向高、精、快迅速迈进,使劳动生产率迅速提高.由于我国逐渐成为世界制造业基地加上传统企业面临大规模的技术改造与设备更新,国内急需大量先进制造技术专业人才.因此该专业毕业生就业前景很好,而且待遇也高.毕业生主要在各行政、企业、事业单位从事机械、电气工程、常用电器的维修、安装与调试以及技术管理等工作.机电一体化专业就业前景到底怎样呢?市场调研发现机电一体化专业是一个宽口径专业,适应范围很广,学生在校期间除学习各种机械、电工电子、计算机技术、控制技术、检测传感等理论知识外,还将参加各种技能培训和国家职业资格证书考试,充分体现重视技能培养的特点.学生毕业后主要面向珠江三角洲各企业、公司,从事加工制造业,家电生产和售后服务,数控加工机床设备使用维护,物业自动化管理系统,机电产品设计、生产、改造、技术支持,以及机电设备的安装、调试、维护、销售、经营管理等等。[1] 编辑本段发展方向
机电一体化向智能化方向迈进.20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。
关注六个发展方向：
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。未来机电一体化的主要发展方向有：
1．智能化。智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、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思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而必要的。
2．模块化。模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。
3．网络化。20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育及人们的日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system，CIAS)，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
4．微型化。微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS)，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
5．绿色化。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产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。
6．系统化。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，特别是“人格化”发展引人注目，即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系。机电一体化的人格化有两层含义。一是机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层含义是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。
编辑本段光机电一体化技术
光机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、控制技术、光学技术与机械技术的相互交叉与融合，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它包括产品和技术两方面：光机电一体化产品是集光学、机械、微电子、自动控制和通信技术于一体的高科技产品，具有很高功能和附加值；光机电一体化技术是指其技术原理和使光机电一体化产品得以实现，使用和发展的技术。
日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术”这一概念，当时他们取名为“Mechatronics”，即结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向发展，应用范围愈来愈广。机电一体化技术具体包括以下内容：（1）机械技术 机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。（2）计算机与信息技术 其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。（3）系统技术 系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。（4）自动控制技术 其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。（5）传感检测技术 传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。（6）伺服传动技术 包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。参考资料： 就业问题:机电一体化专业 培养目标： 本专业培养从事机电一体化液体灌装生产线及商品包装自动化机械运行、维护、管理、技术改造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才。主要课程： 机械工程制图、计算机绘图、机械设计基础、设备故障诊断与排除、液体灌装生产线安装与调试、专业英语、生产线运行管理、营销与企业管理等。还参与高速液体灌装生产线（20000瓶/小时以上）及有关商品包装自动化机械的制造、安装、调试及运行、维护、管理等专门化实习。就业方向： 毕业生可以在大型啤酒、饮料、食品及商品包装生产企业从事现代化自动机与生产线的维护和管理工作，也可在相关的自动机与生产线的生产厂家或设计部门、营销单位从事技术工作。机电一体化专业（计算机辅助设计与制造方向）培养目标： 本专业培养从事机电产品的计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM），并熟练使用和维修数控加工设备的机电一体化高等技术应用性专门人才。主要课程： 机械工程制图、计算机绘图、机械设计基础、自动控制原理、传感器与测试技术、可编程控制器、计算机原理、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、数控原理及系统、数控机床、数控机床编程、模具CAD/CAM、专业英语、营销与企业管理等，还要接受较长时间的数控编程和数控加工实际训练。就业方向：毕业生可在模具设计也制造、机械加工、塑料、五金、电子产品、计算机生产等企业从事数控机床的加工工艺设计编程，数控机床的调试、维护及加工操作，从事生产和技术管理工作，也可以从事国内外数控设备的营销工作。机电一体化专业(模具CAD/CAM方向）培养目标： 本专业培养从事利用计算机技术和数控加工技术对模具进行设计和制造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才。主要课程： 计算机原理、计算机绘图、机械工程制图、机械制造基础、冷冲模具、塑料模具设计、模具计算机辅助设计与制造（模具CAD/CAM）、数控原理及系统、数控编程、模具制造工艺、营销与企业管理等，还要接受长时间模具计算机辅助设计与制造的实际训练。就业方向：毕业生可在模具、机械、五金、塑料、家电等生产企业从事模具计算机辅助设计与制造等方面的技术工作，也可在企事业单
位从事与本专业有关的经营、管理工作。机电一体化专业（机电CAD技术方向）培养目标： 本专业培养在机电一体化产品、设备的设计、制造、维修、管理、技术改造与服务过程中专门从事用电脑绘图设计、信息处理和资料管理的高等技术应用性专门人才。主要课程： 机械制图、机械设计基础、计算机应用基础、数据库技术及应用、网络技术、电工电子技术、机械制造基础、自动机与生产线、自动检测与控制、计算机辅助设计绘图、计算机几何图形学、计算机辅助电路设计、机械设计CAD、机械CAD/CAM技术、专业英语、企业管理等。就业方向：毕业生可在机械设计、制造与装备行业、模具制造业，轻工、家用电器、电子制造业从事设计、制造、技术改造、产品营销、设备管理与维护等工作。从机电一体化专业所涵盖的行业就可知道其就业前景如何了。参考资料：http://jd.gdqy.edu.cn/nanhai/others/Profession%20introduction.htm
机电一体化系统设计的目的是综合运用机械技术和电子技术各自的特长迅速设计制造一个能够经济、方便、有效、可靠的满足用户需要的系统或产品。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。机电一体化是机械、电子、光学、控制、训一算机、信息等多学科的交叉融合，它的发展和进步依赖于也促进相关技术的发展和进步。本文介绍了机电一体化系统优化设计方法研究。引言：
机电一体化系统最本质的特征是一个机械系统 ,它是充分运用电子计算机的信息处理和控制功能、可控驱动元件特性的现代化机械系统 ,实现了机械系统的智能化、自动化。基于机电一体化系统是现代机械系统这一基本认识,将会有利于我们进行机电一体化系统优化设计方法研究。1.1国外机电一体化发展现状
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:第一阶段(又称初级阶段)是20世纪60年代以前，这一时期人们不自觉地利用电子技术并使之得到比较广泛的承认;第二阶段，机电一体化技术和产品得到了极大发展;第三阶段，各国均开始极大关注和支持机电一体化技术和产品。因此，机电一体化产品得以迅猛发展，主要表现在以下4个方面：(1)机电一体化产品几乎遍及所有制造业领域。(2)机电一体化从单机向整个制造业的集成化过度。(3)激光技术进入机电一体化领域。(4)微细加工技术与设备发展迅猛。1.2国内机电一体化发展现状
我国从20世纪80年代初开始进行机电一体化的研究和应用，国务院成立了机电一体化领导小组并将其列为“863计划”。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响，许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作。虽然口前国内机电一体化技术与日本、欧关等先进国家相比仍有一定差距fs，但随着新技术革命的迅猛发展，我国加大了机电一体化技术的研究力度，并将其确定为国家高技术重点研究领域，给予优先支持，取得了一定的成绩。(1)数控技术方面。(2)工业机器人方面。(3)计算机集成制造系统方面。1.3机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交义综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展:(1)绿色化(2)智能化(3)网络化(4)微型化(5)模块化 2机电一体化系统优化设计 2.1 机电一体化系统的组成特点
对于以完成工艺动作为主功能的机电一体化系统, 从概念设计的需要出发, 可根据其广义功能原理来进行划分。主要有以下三大特点:(1)机电一体化系统是由计算机进行信息处理和控制制的机械系统, 它的最终目的是实现机械运动和动作。
(2)从完成工艺动作过程这一总功能要求出发, 机电一体化系统可划分为: 执行机构子系统、传感检测子系统、信息处理及控制子系统, 它们分别完成机械运动和动作、信息检测、信息处理及控制。
(3)机电一体化系统中的机构子系统有它的特殊性, 它是一个将驱动元件和执行件(或执行机构)融为一体的广义执行机构。这种机构的最大特点是可控性。2.2 机电一体化系统的概念设计
总的来讲, 概念设计的内涵是十分广泛和深刻的, 它是一个发散思维和创新设计的过程, 是根据产品生命周期各个的阶段的要求 , 进行产品功能创造、功能分解以及功能和子功能的结构设计;进行满足功能和结构要求的工作原理求解和进行实现功能结构的工作原理载体方案的构思和系统化设计。机电一体化系统概念设计作为概念设计的一个子集, 服从于概念设计的总体思路。但由于机电一体化系统是一个机电一体化技术、现代控制理论以及传感检测等技术的统一体, 使得机电一体化系统的概念设计与传统机械的概念设计有所不同。2.3机电一体化系统设计方法 2.31取代法 取代法也称为机电互补法。该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品(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。如在一般的工作机中，用可编程逻辑控制器（PLC)或微型计算机来取代机械式变速机构、凸轮机构、离合器、蜗轮蜗杆等机构，代替插销板、拨码盘、步进开关、时间继电器等，以弥补机械技术的不足，不但能大大简化机械结构，而且还可提高系统(或产品)的性能和质量。这种方法是改造传统机械产品和开发新型产品常用的方法。2.32融合法
它是将各组成要素有机结合为一体，构成专用或通用的功能部件（子系统)，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。某些高性能的光机电一体化系统，如激光打印机的主扫描机构一一激光扫描镜，其扫描镜转轴就是电机的转子轴，这是执行元件与执行机构结合的一例。2.33组合法
它是将用结合法制成的功能部件(或子系统)、功能模块，像积木那样组合成各种光机电一体化系统，故称组合法。在新产品(或系统)系列及设备的光机电一体化改造中应用这种方法，可以缩短设计与研制周期，节约工装设备费用，且有利于生产管理、使用和维修。
3机电一体化系统的结构功能 3.1机电一体化系统的主要功能 3.2机电一体化系统的信息结构
信息由人产生，为人服务，人和人之间相互交流的数据和消息都是信息，这里的“信息”指的是控制论意义上的信息，即信息是独立于物质和能量的一类功能变换对象。机电一体化系统主要处理以下两类信息:①过程信息:被系统所变换(处理)的信息;②控制信息:用于控制系统中能量和物质变换过程的信息，是能够被系统所“理解”的信息。
机电一体化系统中的过程信息和控制信息划分在不同的信息层次上被证实存在着相对性。例如，机器人中的电子反馈回路无疑是传递控制信息的，即这个装置的目的是控制系统的运动，但是，若从局部来看其中的反馈传感器和信号调节电路的话，就会发现被它们处理的信息具有过程特征，同时，过程信息的语义值对传感器和前置放大器等的功能并无影响。机电一体化系统中的过程信息和控制信息通常在系统的信息层次结构中交替出现(控制信息需要变换功能，而变换功能在下一层次上又可能被控制信息所支配。例如，由一个图像传感器而来的信息在用来控制下一较高层次上的机器人程序之前必须被处理)。3.3机电一体化系统中的从属功能
机电一体化系统中主要功能的实现离不开一些从属功能的协同。机电一体化系统中的主要从属功能包括动力功能、控制功能、接口功能、保护功能、通讯功能和结构功能。(1)动力功能为系统主要功能的实现提供必需的能量。如果系统主要部件的输入或输出与系统所处环境的相应输入或输出不能直接匹配，接口功能就是必要的了。例如，当选用电动机去驱动一个直线移动机构时，就需要能够将旋转运动转换为直线运动的接口部件。
(2)保护功能确保系统的重要部件的功能参数处于可允许的范围内。另外，保护功能也防止系统部件对环境产生不利影响。
(3)通讯功能使系统部件能够与环境交换(状态)信息例如，激光系统会发出警报信号(输出)以表明其处于运行状态，同时又可根据一些参考设置(输入)进行运辊通讯功能主要向功能结构上层的控制回路提供信息。
(4)结构功能确保主要部件正常工作时所需的空间条件能够得到满足例如，电灯插座就有结构上的用途，同时它还提供了一个电气接口。控制功能管理着系统中部件的状态，并能根据外部输入控制系统的功能特性。
从属功能本身可被视为下一较低功能层次上的主功能，每个这样的功能又需要新的从属功能正是实现主功能的方法决定了在功能结构的下一层次上需要什么样的从属功能。
3.4机电一体化系统的功能模型
机电一体化系统的功能模型必须符合以下两个原则:①包括所有从属功能;②维持功能方法树因果链层次的递归性所有的从属功能均被置于系统边界上以表明它们可以被相的系统所共用。初步的系统模型见图1。
结构功能未包含在图1中，因为它不宜用变换术语表达同样，将保护功能表达为输入输出关系可能会妨碍到对它的全面理触如机械安全销的功能是防止机构移出安全区域，这样的保护功能就不能够用变换术语来表达以上功能模型可以清楚地解释从属功能以及主功能与从属功能之间的输入输出关系结机但将此模型作为设计工具(即抽象地描述产品的功能结构)是不太合适的，因为当多个系统集成时，系统之间的关系将变得相当复杂因而难以清楚地表达。4机电一体化系统的建模与仿真 4.1概述
4.2系统模型建立方法 ：
（1）、机理模型法——也称解析模型是对已知结构、参数的物理系统运用相应的物理定律或定理经过合理分析简化而建立起来的描述系统各物理量、静态变化性能的数学模型。
（2）、统计模型法——采用由特殊到一般的逻辑、归纳方法根据一定数量的在系统运行过程中实测、观察的物理数据运用统计规律、系统辨识等理论合理估计出反映系统各物理量相互制约关系的数学模型。
（3）、混合模型法——当对机电一体化系统的内部结构和特性有部分了解但又难以完全用机器模型方法表述出来这时需要结合一定的试验方法确定另一部分不甚了解的结构特性或是通过实际测定来求取模型参数。这种方法是机理模型法和统计模型法的结合故称混合模型法。4.3数学模型 4.4系统仿真 5结论与展望 5.1总结
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。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。一个机电一体化系统一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素5大组成要素有机结合而成。机械本体(结构组成要素)是系统所有功能要素的机械支持结构,一般包括机身、框架、支撑、联接等。动力驱动部分(动力组成要素)依据系统控制要求,为系统提供能量和动力,使系统正常运行。测试传感部分(感知组成要素)对系统运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测,并变成可识别的信号,传输给信息处理单元,经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分(职能组成要素)将来自测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后,按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的的运行。执行机构(运动组成要素)根据控制及信息处理部分发出的指令,完成规定的动作和功能。机电一体化系统一般有机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器和动力源5个组成部分。
2 机电一体化在煤矿机电设备中的应用概述
随着社会的发展,科技的进步,机电一体化技术在煤矿机电设备中的应用也越来越广泛。机械技术和液压控制技术有机的结合,极大地提高了煤矿机电设备的各种功能,使操作更安全方便、作业精度更高、成本更加节约。当前,以微机或微处理器为核心的机电一体化技术在煤矿机电设备中的应用已经很普遍,实现了煤矿机电设备的监督控制与故障自修复、故障警报等。随着技术的不断进步,煤矿业对煤矿机电设备的性能要求越来越高,机电一体化技术在煤矿机电上的应用也越来越广泛,设备的组成结构也越来越复杂,其维护也会越来越专业化。
在煤矿开采中,煤矿机电设备的性能、自动化程度以及经济性等,直接影响着煤矿的开采效率,同时也影响着煤矿供电、排水、通风、提升等设备的安全运行。煤矿机电设备质量的好坏与性能的优劣又直接影响到设备的动力性、经济性和可靠性,进而影响工作质量、生产效率和设备的使用寿命。鉴于此,机电一体化系统成为煤矿机电设备中不可缺少的组成部分,同时也是评价煤矿现代机械技术水平的一个重要依据,其在煤矿机械中扮演的角色越来越重要。机电一体化的功能越来越强,应用范围越来越广,这也对使用与维修维护这些设备的煤矿工作人员提出了更高的要求,因此对煤矿职工的培训以及设备的管理也越来越重要。
3 机电一体化在煤矿机电设备中的具体应用
机电一体化是一项新兴技术,将其引入到煤矿机电设备中,必将会给煤矿机械带来新的变革,使其各种性能有质的飞跃,进一步提高煤矿的生产质量和生产效率。
20世纪70年代中期,机电一体化就已经在美国机电设备中得到充分的应用。20世纪80年代兴起了以微电子应用技术为核心的高新技术,推动了机电设备制造产业的迅速发展,特别值得一提的是,随着微型计算机技术、质量检测技术、信息转换处理技术等的发展,煤矿机电产品的功能也在逐步完善。目前,机电一体化在煤矿生产中主要用于实现如下功能:
3.1 监督控制、自动报警及故障自诊断
可实现对煤矿机电设备的电动机、传动操作系统、控制系统和液压系统等运行状态的在线监控和故障自诊断功能,一旦煤矿的电动机、传统操作系统、控制系统和液压设备等出现故障,就能够自动报警并且精确地定位故障,从而简化了设备的维修和维护程序,缩短了停工维修的时间,减少了操作人员的工作量,提高了设备的工作效率,延长了设备的使用寿命,节约了成本。
3.2 节能降耗,提高生产效率
胶带输送机、通风机、提升机等井底用设备,使用变频器、PLC控制系统,大大提高了生产效率,节能30%左右,从而为能源的节约做出了很大贡献,同时也积极响应了可持续发展战略的号召。
3.3 提高自动化或半自动化程度
煤矿机电设备采用机电一体化技术,实现了自动化或半自动化控制,既减轻了操作者的劳动强度,提高了生产效率,又减少了因操作者经验不足而对作业精度的影响,提高了作业精度,同时也相应地减少了煤矿生产的成本。
4 应用实例
下面以电牵引采煤机为例,对其在煤矿开采中的应用进行分析。电牵引采煤机的电气系统一般由启动回路、运输机闭锁回路、低压控制回路等组成。它是机电一体化技术在采煤机中的一个典型应用。与液压牵引采煤机相比,电牵引采煤机具有以下优点:
(1)牵引作用好。电牵引采煤机是在采煤机向前移动时发出牵引力,这样可以使采煤机克服地势上的障碍而前进,此外还可以在采煤机向下滑动时利用电来控制采煤机,并且可以把电能反馈给电网。
(2)电牵引采煤机可用于大倾角煤层。(下转第177页)为防止机器停止时而滑落,在电牵引采煤机轴端安装了一个制动器,这种特殊的设计,使其可用于大倾角煤层并且不再需要其他防滑设备。
(3)运行可靠,使用寿命长。电牵引采煤机在运行过程中除2个部位稍有磨损外,其他零件基本不会受到磨损,所以其能够工作的时间比较长,大大减少了故障率和工作人员的工作量,同时也提高了煤矿开采的效率,进而减少了设备更新所带来的浪费以及成本的提高。
(4)反应灵敏,提高了煤矿开采过程中的安全系数。煤矿生产过程中最大的问题就是安全问题,每年都有关于煤矿开采事故的报道。将电牵引采煤机应用于煤矿开采中,大大减少了事故的发生,提高了生产率,同时煤矿开采也越来越趋于规范化、安全化。
5 结语
总之,煤炭开采在我国的煤炭事业中占有重要地位,将机电一体化引入煤矿的开采中是势在必行的,也是发展所必需的,也只有这样才能保证煤矿的开采过程顺利进行,保证煤矿开采人员的安全。本文首先对机电一体化技术进行了介绍,然后探讨了机电一体化在煤矿机电设备中的具体应用情况,并以电牵引采煤机为例,对其在煤矿开采中的应用进行分析,以期为同行提供参考。
参考文献
[1]宋云夺.光机电一体化产业的未来[J].光机电信息,2003(12)
[2]张念超.我国煤矿机电一体化技术的发展现状浅析[J].商业文化,2008(8)
[3]程炜.无人化是煤炭信息化的主要目标[N].中国电子报, 2008-10-14
关键词：机电一体化 主功能 动力功能信息处理功能 控制功能
一、机电一体化的基本概念
机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。
（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。
（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。
（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。
（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。
机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。
①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT 扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置， 如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。⑤信息控制类。主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。
二、机电一体化产品的构成及特点
机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。
（一）机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础， 因此对机械结构提出了更高的要求， 需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。
（二）动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。
（三）传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。
（四）信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。机电一体化产品中，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。
