第一章概论 第一节机电一体化基本概念 机电一体化又称机械电子学，英文称为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 《机械设计》杂志的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被人们 泛接受和普遍使用。1996年出版的WEBSTER大词典收录了这个日本造的英文单词，这不仅 意味着“Mechatronics”这个单词得到了世界各国学术界和企业界的认可，而且还意味着 “机电一体化”的哲理和思想为世人所接受。 机械学 电子学 机电一体化 信息科学 图11机电一体化与其它学科的关系 那么，什么是机电一体化呢？ 到目前为止，就机电一体化这一概念的内涵国内外学术界还没有一个完全统一的表述。 一般认为，机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展 过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。这里面包含了三重含义：首 先，机电一体化是机械学、电子学与信总科学等学科相互融合而形成的学科。图1】形象地 表达了机电一体化与机械学、电子学和信息科学之间的相互关系：其次，机电一体化是一个 发展中的概念，早期的机电一体化就像其字面所表述的那样，主要强调机械与电子的结合 即将电子技术“溶入”到机械技术中而形成新的技术与产品。随若机电一体化技术的发展， 以计算机技术、通信技术和控制技术为特征的信息技术（即所谓的“3C”技术：Computer、 Communication和ControlTechnology)“渗透”到机械技术中，丰宫了机电一体化的含义， 1-1
1-1 第一章 概 论 第一节 机电一体化基本概念 机电一体化又称机械电子学，英文称为 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 《机械设计》杂志的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被人们广 泛接受和普遍使用。1996 年出版的 WEBSTER 大词典收录了这个日本造的英文单词，这不仅 意味着 “Mechatronics”这个单词得到了世界各国学术界和企业界的认可，而且还意味着 “机电一体化”的哲理和思想为世人所接受。 那么，什么是机电一体化呢？ 到目前为止，就机电一体化这一概念的内涵国内外学术界还没有一个完全统一的表述。 一般认为，机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展 过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。这里面包含了三重含义：首 先，机电一体化是机械学、电子学与信息科学等学科相互融合而形成的学科。图 1-1 形象地 表达了机电一体化与机械学、电子学和信息科学之间的相互关系；其次，机电一体化是一个 发展中的概念，早期的机电一体化就像其字面所表述的那样，主要强调机械与电子的结合， 即将电子技术“溶入”到机械技术中而形成新的技术与产品。随着机电一体化技术的发展， 以计算机技术、通信技术和控制技术为特征的信息技术（即所谓的“3C”技术：Computer、 Communication 和 Control Technology）“渗透”到机械技术中，丰富了机电一体化的含义， 机电一体化 信息科学 机械学 电子学 图 1- 1 机电一体化与其它学科的关系
现代的机电一体化不仅仅指机械、电子与信息技术的结合，还包括光（光学）机电一体化 机电气（气压）一体化、机电液（液压）一体化、机电仪（仪器仪表）一体化等：最后，机 电一体化表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产品中的相互协调，以 达到系统总体最优。换句话说，机电一体化是多种技术学科有机结合的产物，而不是它们的 简单叠加。 从概念的外延来看，机电一体化包括机电一体化技术和机电一体化产品两个方面。机电 一体化技术是从系统工程的观点出发，将机械、电子和信息等有关技术有机结合起来，以实 现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术主要包括技术原理和使机电一体化产 品（或系统）得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群（族）的总称， 包括检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、机械技术及系统总体技 术等。机电一体化产品有时也称为机电一体化系统，它们是两个相近的概念，通常机电一体 化产品指独立存在的机电结合产品，而机电一体化系统主要指依附于主产品的部件系统，这 样的系统实际上也是机电一体化产品。机电一体化产品是由机械系统（或部件）与电子系统 (或部件)及信息处理单元（硬件和软件）有机结合、而赋予了新功能和新性能的高科技产 品。由于在机械本体中“溶入”了电子技术和信息技术，与纯粹的机械产品相比，机电一体 化产品的性能得到了根本的提高，具有满足人们使用要求的最佳功能。 现实生活中的机电一体化产品比比皆是。我们日常生活中使用的全自动洗衣机、空调及 全自动照相机，都是典型的机电一体化产品：在机械制造领域中广泛使用的各种数控机床、 工业机器人、三坐标测量仪及全自动仓储，也是典型的机电一体化产品：而汽车更是机电 体化技术成功应用的典范，目前汽车上成功应用和正在开发的机电一体化系统达数十种之 多，特别是发动机电子控制系统、汽车防抱死制动系统、全主动和半主动悬架等机电一体化 系统在汽车上的应用，使得现代汽车的乘坐舒适性、行驶安全性及环保性能都得到了很大的 改善：在农业工程领域，机电一体化技术也在一定范围内得到了应用，如拖拉机自动驾驶系 统、悬挂式农只的自动调节系统、联合收获机工作部件（如脱粒清选装置）的监控系统、温 室环境自动控制系统等。 第二节机电一体化发展概况 与其它科学技术一样，机电一体化技术的发展也经历了一个较长期的过程。有学者将这 一过程划分为萌芽阶段、快速发展阶段和智能化阶段三个阶段，这种划分方法真实客观地反 映了机电一体化技术的发展历程。 “萌芽阶段”指20世纪0年代以前的时期。在这一时期，尽管机电一体化的概念没有 正式提出来，但人们在机械产品的设计与制造过程中总是自觉或不自觉地应用电子技术的初 步成果来改善机械产品的性能，特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子 技术的结合，出现了许多性能优良的军事用途的机电产品。这些机电结合的军用技术在战后 1-2
1-2 现代的机电一体化不仅仅指机械、电子与信息技术的结合，还包括光（光学）机电一体化、 机电气（气压）一体化、机电液（液压）一体化、机电仪（仪器仪表）一体化等；最后，机 电一体化表达了技术之间相互结合的学术思想，强调各种技术在机电产品中的相互协调，以 达到系统总体最优。换句话说，机电一体化是多种技术学科有机结合的产物，而不是它们的 简单叠加。 从概念的外延来看，机电一体化包括机电一体化技术和机电一体化产品两个方面。机电 一体化技术是从系统工程的观点出发，将机械、电子和信息等有关技术有机结合起来，以实 现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术主要包括技术原理和使机电一体化产 品（或系统）得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群（族）的总称， 包括检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、机械技术及系统总体技 术等。机电一体化产品有时也称为机电一体化系统，它们是两个相近的概念，通常机电一体 化产品指独立存在的机电结合产品，而机电一体化系统主要指依附于主产品的部件系统，这 样的系统实际上也是机电一体化产品。机电一体化产品是由机械系统（或部件）与电子系统 （或部件）及信息处理单元（硬件和软件）有机结合、而赋予了新功能和新性能的高科技产 品。由于在机械本体中“溶入”了电子技术和信息技术，与纯粹的机械产品相比，机电一体 化产品的性能得到了根本的提高，具有满足人们使用要求的最佳功能。 现实生活中的机电一体化产品比比皆是。我们日常生活中使用的全自动洗衣机、空调及 全自动照相机，都是典型的机电一体化产品；在机械制造领域中广泛使用的各种数控机床、 工业机器人、三坐标测量仪及全自动仓储，也是典型的机电一体化产品；而汽车更是机电一 体化技术成功应用的典范，目前汽车上成功应用和正在开发的机电一体化系统达数十种之 多，特别是发动机电子控制系统、汽车防抱死制动系统、全主动和半主动悬架等机电一体化 系统在汽车上的应用，使得现代汽车的乘坐舒适性、行驶安全性及环保性能都得到了很大的 改善；在农业工程领域，机电一体化技术也在一定范围内得到了应用，如拖拉机自动驾驶系 统、悬挂式农具的自动调节系统、联合收获机工作部件（如脱粒清选装置）的监控系统、温 室环境自动控制系统等。 第二节 机电一体化发展概况 与其它科学技术一样，机电一体化技术的发展也经历了一个较长期的过程。有学者将这 一过程划分为萌芽阶段、快速发展阶段和智能化阶段三个阶段，这种划分方法真实客观地反 映了机电一体化技术的发展历程。 “萌芽阶段”指 20 世纪 70 年代以前的时期。在这一时期，尽管机电一体化的概念没有 正式提出来，但人们在机械产品的设计与制造过程中总是自觉或不自觉地应用电子技术的初 步成果来改善机械产品的性能，特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子 技术的结合，出现了许多性能优良的军事用途的机电产品。这些机电结合的军用技术在战后
转为民用，对战后经济的恢复和技术的进步起到了积极的作用。 20世纪70年代到80年代为第二阶段，称之为“快速发展阶段”。在这一时期，人们自 觉地、主动地利用3C技术的成果创造新的机电一体化产品。在这一阶段，日本在推动机电 一体化技术的发展方面起了主导作用。日本政府于1971年3月颁布了《特定电子工业和特 定机械工业振兴临时措施法》，要求企业界“应特别注意促进为机械配各电子计算机和其他 电子设备，从而实现控制的自动化和机械产品的其他功能”。经过几年的努力，取得了巨大 的成就，推动了日本经济的快速发展。其它西方发达国家对机电一体化技术的发展也给予了 极大的重视，纷纷制定了有关的发展战略、政策和法规。我国机电一体化技术的发展也始于 这一阶段，从20世纪80年代开始，原国家科委和原机械电子工业部分别组织专家根据我国 国情对发展机电一体化的原则、目标、层次和途径等进行了深入而广泛的研究，制订了一系 列有利于机电一体化发展的政策法规，确定了数控机床、工业自动化控制仪表、工业机器人、 汽车电子化等15个优先发展领域及6项共性关键技术的研究方向和课题，并明确提出要在 2000年使我国的机电一体化产品产值比率（即机电一体化产品总产值占当年机械工业总产 值的比值)达到15~20%的发展目标。 从20世纪90年代开始的第三阶段，称之为“智能化阶段”。在这一阶段，机电一体化 技术向智能化方向迈进，其主要标志是模糊逻辑、人工神经网络和光纤通信等领域的研究成 果应用到机电一体化技术中。模糊逻辑与人的思维过程相类似，用模糊逻辑工具编写的模糊 控制软件与微处理器构成的模糊控制器，广泛地应用于机电一体化产品中，进一步提高了产 品的性能。例如采用模糊逻辑的自动变速箱控制器，可使汽车性能与司机的感觉相适应，用 发动机的噪声、道路的坡度、速度和加速度等作为输入量，控制器可以根据这些输入数据找 出汽车行驶的最佳方案。除了模糊逻辑理论外，人工神经网络(Artificial Neural Network 简称“ANN”)也开始应用于机电一体化系统中。“ANN”是研究了生物神经网络(Biological Neural Network)的结果，是对人脑的部分抽象、简化和模拟，反映了人脑学习和思维的 些特点。同时，“NW”是一种信息处理系统，它可以完成一些计算机难以完成的工作，如模 式识别、人工智能、优化等：也可以用于各种工程技术，特别适用于过程控制、诊断、监控、 生产管理、质量管理等方面。因此，“AWW”在机电一体化产品设计中也十分重要。可以说， 智能化将是本世纪机电一体化技术发展的方向。 第三节机电一体化系统的构成 传统的机械产品一般由动力源、传动机构和工作机构等组成。机电一体化系统是在传统 机械产品的基础上发展起来的，是机械与电子、信息技术结合的产物，它除了包含传统机械 产品的组成部分以外，还含有与电子技术和信息技术相关的组成要素。一般而言，一个较完 善的机电一体化系统包括以下几个基本要素：机械本体，检测传感部分、电子控制单元、执 行器和动力源，各要素之间通过接口相联系（见图1-2）。 人3
1-3 转为民用，对战后经济的恢复和技术的进步起到了积极的作用。 20 世纪 70 年代到 80 年代为第二阶段，称之为“快速发展阶段”。在这一时期，人们自 觉地、主动地利用３Ｃ技术的成果创造新的机电一体化产品。在这一阶段，日本在推动机电 一体化技术的发展方面起了主导作用。日本政府于 1971 年 3 月颁布了《特定电子工业和特 定机械工业振兴临时措施法》，要求企业界“应特别注意促进为机械配备电子计算机和其他 电子设备，从而实现控制的自动化和机械产品的其他功能”。经过几年的努力，取得了巨大 的成就，推动了日本经济的快速发展。其它西方发达国家对机电一体化技术的发展也给予了 极大的重视，纷纷制定了有关的发展战略、政策和法规。我国机电一体化技术的发展也始于 这一阶段，从 20 世纪 80 年代开始，原国家科委和原机械电子工业部分别组织专家根据我国 国情对发展机电一体化的原则、目标、层次和途径等进行了深入而广泛的研究，制订了一系 列有利于机电一体化发展的政策法规，确定了数控机床、工业自动化控制仪表、工业机器人、 汽车电子化等 15 个优先发展领域及 6 项共性关键技术的研究方向和课题，并明确提出要在 2000 年使我国的机电一体化产品产值比率（即机电一体化产品总产值占当年机械工业总产 值的比值）达到 15%～20%的发展目标。 从 20 世纪 90 年代开始的第三阶段，称之为“智能化阶段”。在这一阶段，机电一体化 技术向智能化方向迈进，其主要标志是模糊逻辑、人工神经网络和光纤通信等领域的研究成 果应用到机电一体化技术中。模糊逻辑与人的思维过程相类似，用模糊逻辑工具编写的模糊 控制软件与微处理器构成的模糊控制器，广泛地应用于机电一体化产品中，进一步提高了产 品的性能。例如采用模糊逻辑的自动变速箱控制器，可使汽车性能与司机的感觉相适应，用 发动机的噪声、道路的坡度、速度和加速度等作为输入量，控制器可以根据这些输入数据找 出汽车行驶的最佳方案。除了模糊逻辑理论外，人工神经网络（Artificial Neural Network 简称“ANN”）也开始应用于机电一体化系统中。“ANN”是研究了生物神经网络（Biological Neural Network）的结果，是对人脑的部分抽象、简化和模拟，反映了人脑学习和思维的一 些特点。同时，“ANN”是一种信息处理系统，它可以完成一些计算机难以完成的工作，如模 式识别、人工智能、优化等；也可以用于各种工程技术，特别适用于过程控制、诊断、监控、 生产管理、质量管理等方面。因此，“ANN”在机电一体化产品设计中也十分重要。可以说， 智能化将是本世纪机电一体化技术发展的方向。 第三节 机电一体化系统的构成 传统的机械产品一般由动力源、传动机构和工作机构等组成。机电一体化系统是在传统 机械产品的基础上发展起来的，是机械与电子、信息技术结合的产物，它除了包含传统机械 产品的组成部分以外，还含有与电子技术和信息技术相关的组成要素。一般而言，一个较完 善的机电一体化系统包括以下几个基本要素：机械本体，检测传感部分、电子控制单元、执 行器和动力源，各要素之间通过接口相联系（见图 1-2）
电子控制单元 ]拉制位鸟执行器 能量 动力源 检测传感部分 检测参数 机械本体 图12机电一体化系统的构成 ()机械本体机械本体包括机架、机械连接、机械传动等。所有的机电一体化系统都 含有机械部分，它是机电一体化系统的基础，起者支掉系统中其它功能单元，传递运动和动 力的作用。与纯粹的机械产品相比，机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强， 这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应，具 有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点。 (②)检测传感部分检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是监测 机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单 元，电子控制单元根据检测到的信息向执行器发出相应的控制指令。机电一体化系统要求传 感器精度、灵敏度、响应速度和信噪比高：漂移小、稳定性高：可靠性好：不易受被测对象 特征（如电阻、导磁率等）的影响：对抗恶劣环境条件（如油污、高温、泥浆等）的能力强 体积小、重量轻、对整机的适应性好：不受高频干扰和强磁场等外部环境的影响：操作性能 好，现场维修处理简单：价格低廉。 (3)电子控制单元电子控制单元又称ECU(Electrical Control Unit),是机电一体化系 统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析， 根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。 电子控制单元由硬件和软件组成，系统硬件一般由计算机、可编程控制器(PLC)、数控装置 以及逻辑电路、A/D与D/A转换、I/0接口和计算机外部设备等组成：系统软件为固化 在计算机存储器内的信息处理和控制程序，根据系统正常工作的要求编写。机电一体化系统 对控制和信息处理单元的基本要求是，提高信息处理速度、提高可靠性、增强抗干扰能力以 及完普系统自诊断功能、实现信息处理智能化和小型、轻量、标准化等。 (4)执行器执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是 运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动几种方式。机电一体化系统一方面要求 执行器效率高、响应速度快，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性好，可靠 性高。由于几何尺寸上的限制，动作范围狭窄，还需考虑维修和实行标准化。由于电工电子 技术的高度发展，高性能步进驱动、直流和交流伺服驱动电机己大量应用于机电一体化系统， (⑤)动力源动力源是机电一体化产品能量供应部分，其作用就是按照系统控制要求向 14
1-4 (1) 机械本体 机械本体包括机架、机械连接、机械传动等。所有的机电一体化系统都 含有机械部分，它是机电一体化系统的基础，起着支撑系统中其它功能单元，传递运动和动 力的作用。与纯粹的机械产品相比，机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强， 这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应，具 有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点。 (2) 检测传感部分 检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是监测 机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单 元，电子控制单元根据检测到的信息向执行器发出相应的控制指令。机电一体化系统要求传 感器精度、灵敏度、响应速度和信噪比高；漂移小、稳定性高；可靠性好；不易受被测对象 特征（如电阻、导磁率等）的影响；对抗恶劣环境条件（如油污、高温、泥浆等）的能力强； 体积小、重量轻、对整机的适应性好；不受高频干扰和强磁场等外部环境的影响；操作性能 好，现场维修处理简单；价格低廉。 (3) 电子控制单元 电子控制单元又称 ECU (Electrical Control Unit), 是机电一体化系 统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析， 根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。 电子控制单元由硬件和软件组成，系统硬件一般由计算机、可编程控制器(PLC)、数控装置 以及逻辑电路、A／D 与 D／A 转换、I／0 接口和计算机外部设备等组成；系统软件为固化 在计算机存储器内的信息处理和控制程序，根据系统正常工作的要求编写。机电一体化系统 对控制和信息处理单元的基本要求是，提高信息处理速度、提高可靠性、增强抗干扰能力以 及完善系统自诊断功能、实现信息处理智能化和小型、轻量、标准化等。 (4) 执行器 执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是 运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动几种方式。机电一体化系统一方面要求 执行器效率高、响应速度快，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性好，可靠 性高。由于几何尺寸上的限制，动作范围狭窄，还需考虑维修和实行标准化。由于电工电子 技术的高度发展，高性能步进驱动、直流和交流伺服驱动电机已大量应用于机电一体化系统。 (5) 动力源 动力源是机电一体化产品能量供应部分，其作用就是按照系统控制要求向 图 1- 2 机电一体化系统的构成 执行器 控制信息 电子控制单元 动力源 检测传感部分 机械本体 参数变化信息 驱动力 能 量 检测参数
机器系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能，以电 能为主。除了要求可靠性好以外，机电一体化产品还要求动力源的效率高，即用尽可能小的 动力输入获得尽可能大的功率输出。 机电一体化产品的五个基本组成要素之间并非彼此无关或简单拼凑、叠加在一起，工作 中它们各司其职，互相补充、互相协调，共同完成所规定的功能，即在机械本体的支持下， 由传感器检测产品的运行状态及环境变化，将信息反馈给电子控制单元，电子控制单元对各 种信息进行处理，并按要求控制执行器的运动，执行器的能源则由动力部分提供。在结构上， 各组成要素通过各种接口及相关软件有机地结合在一起，构成一个内部合理匹配、外部效能 最佳的完整产品。 例如，我们日常使用的全自动照相机就是典型的机电一体化产品，其内部装有测光测 距传感器，测得的信号由微处理器进行处理，根据信息处理结果控制微型电动机，由微型电 动机驱动快门、变焦及卷片倒片机构，从测光、测距、调光、调焦、曝光到卷片、倒片、闪 光及其它附件的控制都实现了自动化。 又如，汽车上广泛应用的发动机燃油喷射控制系统也是典型的机电一体化系统。分布 在发动机上的空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、进气歧管绝 对压力传感器、燥燃传感器、氧传感器等连续不断地检测发动机的工作状况和燃油在燃烧室 的燃烧情况，并将信号传给电子控制装置ECU,ECU首先根据进气歧管绝对压力传感器或 空气流量计的进气量信号及发动机转速信号，计算基本喷油时间，然后再根据发动机的水温、 节气门开度等工作参数信号对其进行修正，确定当前工况下的最佳喷油持续时间，从而控制 发动机的空燃比。此外，根据发动机的要求，ECU还具有控制发动机的点火时间、怠速转 速、废气再循环率、故障自诊断等功能。 第四节机电一体化共性关键技术 如前所述，机电一体化是在传统技术的基础上由多种技术学科相互交叉、渗透而形成的 一门综合性边缘性技术学科，所涉及的技术领域非常广泛。要深入进行机电一体化研究及产 品开发，就必须了解并掌握这些技术。概括起来，机电一体化共性关键技术主要有：检测传 感技术、信息处理技术、控制技术、伺服驱动技术、机械技术和系统总体技术。 一、检测传感技术 检测与传感技术指与传感器及其信号检测装置相关的技术。在机电一体化产品中，传感 器就像人体的感觉器官一样，将各种内、外部信息通过相应的信号检测装置感知并反馈给控 制及信息处理装置。因此检测与传感是实现自动控制的关键环节。机电一体化要求传感器能 快速、精确地获取信息并经受各种严酷环境的考验。但是由于目前检测与传感技术还不能 机电一体化的发展相适应，使得不少机电一体化产品不能达到满意的效果或无法实现设计。 15
1-5 机器系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能，以电 能为主。除了要求可靠性好以外，机电一体化产品还要求动力源的效率高，即用尽可能小的 动力输入获得尽可能大的功率输出。 机电一体化产品的五个基本组成要素之间并非彼此无关或简单拼凑、叠加在一起，工作 中它们各司其职，互相补充、互相协调，共同完成所规定的功能，即在机械本体的支持下， 由传感器检测产品的运行状态及环境变化，将信息反馈给电子控制单元，电子控制单元对各 种信息进行处理，并按要求控制执行器的运动，执行器的能源则由动力部分提供。在结构上， 各组成要素通过各种接口及相关软件有机地结合在一起，构成一个内部合理匹配、外部效能 最佳的完整产品。 例如，我们日常使用的全自动照相机就是典型的机电一体化产品，其内部装有测光测 距传感器，测得的信号由微处理器进行处理，根据信息处理结果控制微型电动机，由微型电 动机驱动快门、变焦及卷片倒片机构，从测光、测距、调光、调焦、曝光到卷片、倒片、闪 光及其它附件的控制都实现了自动化。 又如，汽车上广泛应用的发动机燃油喷射控制系统也是典型的机电一体化系统。分布 在发动机上的空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、进气歧管绝 对压力传感器、爆燃传感器、氧传感器等连续不断地检测发动机的工作状况和燃油在燃烧室 的燃烧情况，并将信号传给电子控制装置 ECU，ECU 首先根据进气歧管绝对压力传感器或 空气流量计的进气量信号及发动机转速信号，计算基本喷油时间，然后再根据发动机的水温、 节气门开度等工作参数信号对其进行修正，确定当前工况下的最佳喷油持续时间，从而控制 发动机的空燃比。此外，根据发动机的要求，ECU 还具有控制发动机的点火时间、怠速转 速、废气再循环率、故障自诊断等功能。 第四节 机电一体化共性关键技术 如前所述，机电一体化是在传统技术的基础上由多种技术学科相互交叉、渗透而形成的 一门综合性边缘性技术学科，所涉及的技术领域非常广泛。要深入进行机电一体化研究及产 品开发，就必须了解并掌握这些技术。概括起来，机电一体化共性关键技术主要有：检测传 感技术、信息处理技术、控制技术、伺服驱动技术、机械技术和系统总体技术。 一、检测传感技术 检测与传感技术指与传感器及其信号检测装置相关的技术。在机电一体化产品中，传感 器就像人体的感觉器官一样，将各种内、外部信息通过相应的信号检测装置感知并反馈给控 制及信息处理装置。因此检测与传感是实现自动控制的关键环节。机电一体化要求传感器能 快速、精确地获取信息并经受各种严酷环境的考验。但是由于目前检测与传感技术还不能与 机电一体化的发展相适应，使得不少机电一体化产品不能达到满意的效果或无法实现设计