机电一体化论文论文（精选8篇）
一、填空题（15分）
1、机器人的直线运动方向表示为_____________。
2、用于传递执行装置的能量，改变运动范围、速度、方向和转矩的机构有_____________、_____________、_____________、_____________、_____________。
3、机电一体化系统中用来检测速度量的检测装置有：_____________、_____________。
4、电气伺服系统的_____________、_____________和_____________等均与该系统的伺服电机的性能有直接关系。
5、自动门按结构可分为_____________、_____________、_____________、_____________。
二、判断题（20分）
1、直流伺服电机起动转矩小。（）
2、步进电机转过的角度与速度成正比。（）
3、电阻应片常用于检测工件的变形程度。（）
4、步进电机的优点是能量效率较低。（）
5、智能化、模块化、系统化是机电一体化的发展方向。（）
6、传感器得到的电信号只有数字信号。（）
7、接口的基本功能是连接。（）
8、伺服系统只包含控制器和执行装置。（）
9、机电一体化产品和传统的电气机械是不同的。（）
10、执行装置是将其他形式的能量转换为电能。（）
三、简答题（25分）
1、简述常用三种传感器及其工作原理？
2、简述模拟信号的两个处理过程？
3、请叙述机电一体化产品的特点？
4、简述处理器的组成及其功能？
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
主要课程：电工上岗技术、电子技术、机械知识与制图、AUTOCAD绘图、电动机与变压器、电力拖动与控制、可编程控制器(PLC)技术、变频器应用技术等、数控机床操作与维修、电梯技术。就业岗位：机电产品的组装、调试、维护技术员、销售及管理人员等。
技能证书：计算机办公软件应用（中级）、电工操作证（上岗证）、维修电工（中级）。
开学时间：2012年8月25日 学
制：三年
招生对象：全国高中、职中、中专、中技应（往）届毕业生
毕业发证：高级技工学生入校取得成人大专录取资格后方交纳成人大专学3000元/年，毕业颁发高级技工毕业证书和成人大专毕业证书及相关工种国家高级职业资格证。未获得成人大专录取资格毕业颁发高级技工毕业证书和相关工种国家高级职业资格证。
特别说明： 旅游与酒店管理、中国名菜制作与营养保健、西餐技术与经营管理等专业不招收HAA阳性者。
报名办法：我校面向全国招生，学生可通过以下途径办理报名和缴交学费手续：
方法一：持毕业证和户口簿（或身份证）直接到我校招生办报名及缴费（节假日照常办公）；
2、机电一体化技术的突出特点：它在机械产品中注入了过去所没有的新技术，把电子器件的信息处理和自控等功能“柔和”到机械装置中去，从而获得了过去单靠某一种技术而无法实现的功能和效果。
3机电一体化技术的重要实质：应用系统工程的观点和方法来分析和研究机电一体化产品的系统（以下系统称机电一体化产品），综合运用各种现代高新技术进行产品的设计与开发，通过各种技术的有机结合，实现产品内部各组成部分的合理匹配和外部的整体效果最佳。4工业三大要素：物质、能量、信息
5机电一体化产品五种内部功能：主功能，动力功能、计划功能、控制功能、构造功能
6机电一体化基本结构要素：机械本体、动力源、检测与传感装置、控制与信息处理装置、执行机构、接口
7机电一体化产品分类：功能附加型、功能替代型、机电融合型
8机电一体化共性关键技术：机械技术、计算机与信息处理技术、检测与传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术，系统总体技术
9机电一体化对机械系统的基本要求：高精度、快速响应、良好的稳定性
10机械系统的组成及各部分作用：传动机构，转速和转矩的变换器;导向机构，支撑和导向；执行机构，用以完成操作任务的11传动机构性能的要求：转动惯量小，刚度大，阻尼合适，摩擦小，间隙小 滚珠丝杆副：
12传动机构工作原理和特点：丝杠和螺母的螺纹滚道间置有滚珠，当丝杆或螺母转动时，滚珠沿螺纹滚道滚动，则丝杠与螺母之间相对运动产生滚动摩擦，为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置。如反向器和特殊器，他们与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环。特点：传动效率高、运动具有可逆性、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长、不能自锁、制造工艺复杂
13轴向间隙：是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和
14、施加预紧力的方法：双螺母预紧的方法
15、双螺母预紧的方法应注意：预紧力大小必须合适，应不超过最大轴向负载的三分之一；应特别注意减小丝杠安装部分的间隙，这些间隙预紧的方法是无法消除的，而它对传动精度有直接影响
16、常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种：垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙
17、主要尺寸：（由高到低）C D E F G H18、安装：
1、支撑方式的选择（按其限制丝杠轴的轴向窜动情况分三种一端固定、一端自由F—O一端固定、一端游动F—S两端固定F—F2、制动装置：由于滚珠丝杠副的传动效率高，又无自锁能力，故需要安装制动装置的满足其传动要求，特别是其处于崔志传动时
19、同步齿形带传动机构：利用齿形带的齿形和带轮的轮齿依次相啮合传递运动和动力，它兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点 导向机构设计：
1、导轨的作用和分类：支撑和导向；滑动导轨和滚动导轨
2、导轨的基本要求：承载能力大，刚性强‘寿命长、传动平稳可靠，具有结构自调整能力 接口技术
1、接口：一个机电一体化产品由机械分系统和微电子分系统（控制微机）两大部分组成，二者分别由若干要素构成。各要素和子系统的相接口必须具备一定的联系条件，这个联系条件通常称为接口
2、接口的分类：以控制微机为出发点，将接口分为人机接口与机电接口
3、人机接口：操作者与机电系统主要是控制微机之间进行信息交换的接口，按信息的传递方向输入接口和输出接口
4、静态：七段LED显示器的接口路设计有两个任务提供正确的驱动逻辑提供LED显示器的工作电流
5、静态工作的优缺点：优点：显示稳定，只有在需要更新显示内容设计时，微机才执行，显示更好的子程序，因而大大节省了微机时间，提高了工作效率。缺点：是扩展显示器位数较多时，需要占用较多的I/O口
动态工作的优缺点：与静态工作方式相比，动态方式大大减少了所占用I/O口的数量，节省了硬件费用，但是为得到稳定显示，微机必须定期对显示器进行刷新扫描，这将占用CPU大量时间，故动态显示方式主要使用于CPU相对并不繁忙的场
6、点阵式LED显示器及接口设计：显示较复杂时，选用点阵式LED显示器做输出设备，点阵式LED显示器在行线与列线的每个交点上都装有一个发光二极管，正极接行引线，负极接列线的称为共阳极LED点阵显示器；正极接列引线，负极接行引线的称为共阴极LED点阵显示器
7、机电接口：指机电一体化产品中的机械装置与控制微机间的接口，按信息传递的方向有信息采集接口和控制量输出接口
8、信息采集通道中的A/D转换接口设计：分为双积分式和逐次比较式
9、常用电力电子器件：单向晶闸管：又称可控硅。单向晶闸管SCR，由三部分组成，阳极A、阴极K、门极(控制极G）。导通条件是指闸管从阻断到导通所需的条件，这个条件是在晶闸管的阳极加上正向电压，同时在控制极加上正向电压。关断条件是指晶体管从导通到阻断所需的条件。晶体管一旦导通，控制极对晶闸管就不起作用了。只有当流过晶闸管的电流小于保持晶闸管导通所需多的电流即维持电流时，晶闸管才关断功率
10、功率晶体管：指在大功率范围应用的晶体管，有事也称电力晶体管
11、功率晶体管：VD1加速晶体管，VD2 续流晶体管
12、功率晶体管的应用：功率晶体管做功放原件的步进电动机—相绕组的驱动电路
13、功率晶体管做功放原件的步进电动机—相绕组的驱动电路原理：功率晶体管工作在开关状态，当控制微机的I、O口输出高电平时，经7407进行电流放大，使VT1导通时从而使步进电机绕组W通电，当P1.0输出低电平时，VT1截止，W不通电，RC为限流电阻，ＶＤ１为续流二极管，因此步进电动机绕组Ｗ是一个感性负载，在晶体管ＶＴ１从饱和突然变成截止时，绕组会产生一个很大的反电动势，这个反电动势和电源ＶＣＣ叠加在一起加在晶体管VT1的集电极上，很容易事功率晶体管击穿，将续流二极管VD1反向接在VT1的集电极和电源VCC之间，使得功率晶体管ＶＴ１在截止瞬间，Ｗ上产生的反电动势通过ＶＤ１的续流作用回馈给电源，从而保护了晶体管ＶＴ１不受损害。
14、光电耦合器的结构和特点：光电耦合器是把发光二极管和光敏晶体管或者光敏晶闸管封装在一起，通过光信号实现电信号传递的器件，偶遇光电耦合器的输入与输出间没有直接的电气联系，电信号是通过光信号传递的所以也称是光电隔离器。
15、光电耦合器：发光源，受光器
16、８０３１电动机通过光耦控制步进电动机接口电路：考虑俩个参数电流传输比ＣＴＲ，时间延迟。当８０３１的Ｐ１.０端输出高电电平时，光电耦合器输入端电流为０，输出为开路，晶体管ＶＴ１不导通，步进电动机绕组俩端无电压，当Ｐ１.０输出低电平时，４Ｎ２５的输入电流为１０ＭＡ电流传输比比ＣＴＲ＞＝２０％，输出端可以流过大于２ＭＡ的电流，在经过晶体管放大，产生驱动步进电动机所需电流 检测系统设计
１．机电一体化对检测系统的基本要求：精度灵敏度分辨率高线性稳定性和重复性好抗干扰能力强静动态特性好
伺服系统设计
１.伺服系统：也叫随动系统，是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置，速度或力输出的自动控制系统
２.比较原件：将输入信号与反馈信号进行比较，以获得控制系统动作的偏差信号的环节，通常可通过电子电路或计算机软件获得
３.调节原件：又称控制器，对比较原件输出的偏差信号进行突变，放大以控制执行原件按要求动作
４.执行元件：在控制信号的作用下。将输入的各种形式的能量转化成机械能驱动被控对象工作
５.被控对象：是伺服系统中被控制的设备或装置，是直接实现目的功能或主功能的主体，其行为指令反应着整个伺服系统的性能
６.测量反馈原件：是指传感器及其信号检测装置，用于实时检测被控对象的输出量并将其反馈到比较原件
７.伺服系统的基本类型按被控制量分位置速度力等伺服系统最常见的是位置伺服系统按所采用的执行元件不同分电气液压气动等伺服系统，按控制方式不同分开环闭环半闭环等 ８.伺服系统的基本要求：稳定性，精度，快速响应性 步进电动机
１． 组成：定子，转子
２．工作原理：三相为例，定子有６个齿，转子有４个齿，直流电源供电ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ三相绕组轮流通电，通过电磁力吸引步进电动机转子一步一步的转
３．通电方式：单向通电方式，双相通电方式，单双向轮流通电方式Ａ－Ｂ—Ｃ－Ａ，ＡＢ－ＢＣ－ＣＡ－ＡＢ，Ａ－ＡＢ－Ｂ－ＢＣ－Ｃ－ＣＡ－Ａ，４．步距角：是指步进电动机每一拍转过的角度
５．直流伺服电动机控制方式：电枢电压控制又称恒转矩调速方式，励磁磁场控制又称恒功率调速方式
６．静态特性：电动机在稳态情况下工作时，其转子转速，电磁力矩和电枢控制电压三者之间关系
７．最影响静态特性的因素：功率电路对机械特性的影响，直流伺服电动机内部的摩擦对调速特性的影响，负载变动对调节特性的影响
８．常见步进电动机的驱动电路有三种：单电源驱动电路，双电源驱动电路，斩波限流驱动
９．ＰＷＭ晶体功率放大器组成：电压脉宽变换器，开关功率放大器 控制系统设计
１.建立数学模型的步骤：选择模型类型。确立建模方法（分析法，实验法）确定模型的结构和参数
专科毕业实习报告
学生：赵树满
学习中心：河北唐山丰南奥鹏学习中心 专业：机电一体化技术 层次：高起专
提交日期：2016年1月19日
机电一体化技术专业实习报告 东北大学继续教育学院专科毕业实习报告
第1章绪论
1.1概述
二十一世纪，关于机电一体化技术的研究和应用已成为全球性的课题，机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科互相参透、互相结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。
第2章机电一体化技术发展（具体内容）
机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步于发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。
2.1数字化
微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可能性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。
2.2智能化 东北大学继续教育学院专科毕业实习报告
即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设臵智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分叉等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。
2.3模块化
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、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速机电一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的机电一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。
2.4网络化
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使家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。东北大学继续教育学院专科毕业实习报告
2.5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。
2.6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（Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS）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多的进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微梁、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。
2.7集成化
集成化既包含各种技术的互相渗透、互相融合和各种产品不同东北大学继续教育学院专科毕业实习报告
结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全的运转，然后在通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。
2.8带源化
是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。
2.9绿色化
科学技术的发展给人们的生活带来了巨大变化，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、低耗材、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境和人类健康的要求，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。东北大学继续教育学院专科毕业实习报告
第3章机电一体化技术在钢铁企业中应用
在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装臵、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有利条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：
3.1智能化控制技术（IC）
由于钢铁工业具有大型化、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钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢、连铸、轧钢综合调度系统、冷连轧等。
3.2分布式控制系统（DCS）
分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、东北大学继续教育学院专科毕业实习报告
生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。
3.3开放式控制系统（OCS）
开放控制系统是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。
3.4计算机集成制造系统（CIMS）
钢铁企业的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。目前钢铁企业以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，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁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，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。东北大学继续教育学院专科毕业实习报告
3.5现场总线技术（FBT）
现场总线技术是连接设臵在现场的仪表与设臵在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术，就能使更多的信息在智能化现场仪表装臵与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变革和新一代围绕开发自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表和现场就地控制站等的发展。
3.6交流传动技术
交流传动技术在钢铁工业中起至关重要的作用。随着电力电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。东北大学继续教育学院专科毕业实习报告
第4章总结
综上所述，经过20多年的发展，机电一体化技术已经成为当今世界最热门、最重要的技术发展方向之一，并影响到几乎全部的工业行业。可以说，从军事到经济、从生产到生活、从简单的日用消费品生产到复杂的社会生产和管理系统，机电一体化技术几乎达到无所不在、无孔不入的地步。
致谢
1 机电一体化技术的发展历程
“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在20世纪60年代末作商业注册时最先创用的。当时及70年代, 人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。国内早期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用, 近年来“机电一体化”更流行使用。
20世纪80年代, 信息技术崭露头角。微处理机的性能提高, 为更高级的机电一体化产品所采用, 典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后, 使机械—电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库, 连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统。这样, 对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。此外, 光学也进入了机电一体化, 产生了“光机电一体化”的新领域。
进入20世纪90年代, 通信技术进入了机电一体化, 机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电一体化机械可两用, 有的在性能上更是多用途的, 尤其是微传感器和执行器技术的发展, 和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合, 开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。虽然微加工方法尚未成熟, 但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。
20世纪90年代后期, 开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段, 机电一体化进入深入发展时期。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。这些研究, 将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。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, 都取得了一定成果, 但与日本等先进国家相比仍有相当差距。
2 机电一体化技术的应用
2.1 数控机床。
目前我国是全世界机床拥有量最多的国家 (近320万台) , 但数控机床只占约5%且大多数是普通数控 (发达国家数控机床占10%) 。近些年来数控机床为适应加工技术的发展, 在以下几个技术领域都有巨大进步。
2.1.1 高速化。
由于高速加工技术普及, 机床普遍提高了各方面的速度。车床主轴转速有3000~4000r/min提高到8000~10000r/min;铣床和加工中心主轴转速由4000~8000r/min提高到12000~40000r/min以上;快速移动速度由过去的10~20m/min提高到48m/min, 60m/mni, 80m/min, 120m/min;在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度, 由过去一般机床的0.5G (重力加速度) 提高到1.5G~2G, 最高可达15G;直线电机在机床上开始使用, 主轴上大量采用内装式主轴电机。
2.1.2 高精度化。
数控机床的定位精度已由一般的0.01~0.02mm提高到0.008左右;亚微米级机床达到0.0005mm左右;纳米级机床达到0.005~0.01um;最小分辨率为1nm (0.000001mm) 的数控系统和机床已问世。
数控中两轴以上插补技术大大提高, 纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1u的圆度, 插补前多程序预读, 大大提高了插补质量, 并可进行自动拐角处理等。
2.1.3 复合加工, 新结构机床大量出现。
如5轴5面体复合加工机床, 5轴5联动加工各类异形零件。同时派生出各种新颖的机床结构, 包括6轴虚拟轴机床, 串并联绞链机床等, 采用特殊机械结构, 数控的特殊运算方式, 特殊编程要求。
2.1.4 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。
如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑, 在转深孔时大大提高效率。加工刚件切削速度能达1000m/min, 加工铝件能达5000m/min。
2.1.5 数控机床的开放性和联网管理。
数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的基本要求, 它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段, 而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此, 计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来, 这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。
2.2 自动机械与自动生产线。
在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化设备, 是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如:2000~80000瓶/小时的啤酒自动生产线;18000~120000瓶/小时的易拉罐灌装生产线;各种高速香烟生产线;各种印刷包装生产线;邮政信函自动分捡处理生产线;易拉罐自动生产线;FEBOPP型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等, 这些自动机或生产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术。如可编程序控制器, 变频调速器, 人机界面控制装置与光电控制系统等。我国的自动机与生产线产品的水平, 比10多年前跃升了一大步, 其技术水平已达到或超过发达国家20世纪80年代后期的水平。使用这些自动机和生产线的企业越来越多, 对维护和管理这些设备的相关人员的需求也越来越多。
3 机电一体化技术的发展趋势
以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命, 不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展, 而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测, 机电一体化技术将向以下几个方向发展:
3.1 光机电一体化方向。
一般机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术, 利用光学技术的先天特点, 就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。
3.2 柔性化方向。
未来机电一体化产品, 控制和执行系统有足够的“冗余度”, 有较强的“柔性”, 能较好地应付突发事件, 被设计成“自律分配系统”。在这系统中, 各子系统是相互独立工作的, 子系统为总系统服务, 同时具有本身的“自律性”, 可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息, 在总的前提下, 具有“行动”是可以改变的。这样, 既明显地增加了系统的能力 (柔性) , 又不因某一子系统的故障而影响整个系统。
3.3 智能化方向。
今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显, 智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术 (尤其是软件及芯片技术) 的发展。
3.4 仿生物系统化方向。
今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大, 并且往往在结构上处于“静态”时不稳定, 但在动态 (工作) 时却是稳定的。这有点类似于活的生物:当控制系统 (大脑) 停止工作时, 生物便“死亡”, 而当控制系统 (大脑) 工作时, 生物就很有活力。就目前情况看, 机电一体化产品虽然有仿生物系统化方向发展的趋势, 但还有一段很漫长的道路要走。
3.5 微型化方向。
目前, 利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术, 在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时, 就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时, 机械和电子完全可以“融合”机体, 执行结构、传感器、CPU等可集成在一起, 体积很小, 并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。
摘要：机电一体化技术是跨学科技术, 近年来发展迅速。其发展趋势是光机电一体化、柔性化、智能化、仿生物系统化、微型化。
关键词：机电一体化技术,信息技术,发展趋势
参考文献
[1]戴勇.高职机电一体化技术专业课程开发[M].北京:机械工业出版社, 2004.[1]戴勇.高职机电一体化技术专业课程开发[M].北京:机械工业出版社, 2004.
[2]顾京.现代机床设备[M].北京:化学工业出版社, 2001.[2]顾京.现代机床设备[M].北京:化学工业出版社, 2001.
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。
