第一章引 论 第一节概述 一、引首 机电一体化技术是20世纪60年代以来，在传统的机械技术基础上，随着电子技术、计算机 技术，特别是微电子技术和信息技术的迅猛发展而发展起来的一门新技术。 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技 术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，从系统的观点出发，根据系统功能目 标和优化组织结构目标，以智能、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其 间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系统有机结 合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质和能量的有规则运动， 在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程 技术。 “机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics'”,它是取Mechanics(机械学)的前半部分 和Electronics(电子学)的后半部分拼合而成。它是一个新兴的边缘学科，国内外处于发展阶段， 代表若机械工业书术革命的前沿方向。 现代高新技术（如：微电子技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋开 发技术、光纤通信技术及现代医学等)的发展需要具有智能化、自动化和柔性化的机械设备，机 电一体化正是在这种巨大的需求推动下产生的新兴领域。微电子技术、微型计算机使信息与智能 和机械装置与动力设备有机结合，使得产品结构和生产系统发生了质的飞跃。机电一体化产品的 功能，除了具有高精度、高可靠性、快速响应外，还将逐步实现自适应、自控制、自组织、自管 理等功能。 由于机电一体化技术对现代工业和技术发展具有巨大的推动力，因此世界各国均将其作为工 业技术发展的重要战略之一。20世纪70年代起，在发达国家兴起了机电一体化热，90年代，中 国把机电一一体化技术列为重点发展的10大高新技术产业之一。 机电一体化技术在制造业的应用从一般的数控机床、加工中心和机械手发展到智能机器人 柔性制造系统(FS)、无人生产车间和将设计、制造、销售、管理集成一体的计算机集成制造 系统（☑MS)。机电一体化产品涉及工业生产、科学研究、人民生活、医疗卫生等各个领域，如： 集成电路自动生产线、激光切割设备、印刷设备、家用电器、汽车电子化、微型机械、飞机、 达、医学仪器、环境监测等。 机电一体化技术是其他高新技术发展的基础，机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发 展，可以预料，随着信息技术、材料技术、生物技术等新兴学科的高速发展，在数控机床、机器 人、微型机械、家用智能设备、医疗设备、现代制造系统等产品及领域，机电一体化技术将得到 更加蓬勃的发展。 二、机电一体化系统的基本组成要素 一个典型的机电一一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行 机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成 要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素：这些组成要素内部及其之间，形成通过接 口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统
1 第一章 引 论 第一节 概 述 一、引言 机电一体化技术是20 世纪 60年代以来，在传统的机械技术基础上，随着电子技术、计算机 技术，特别是微电子技术和信息技术的迅猛发展而发展起来的一门新技术。 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技 术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，从系统的观点出发，根据系统功能目 标和优化组织结构目标，以智能、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其 间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系统有机结 合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质和能量的有规则运动， 在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程 技术。 “机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics”，它是取 Mechanics（机械学）的前半部分 和 Electronics（电子学）的后半部分拼合而成。它是一个新兴的边缘学科，国内外处于发展阶段， 代表着机械工业技术革命的前沿方向。 现代高新技术（如：微电子技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋开 发技术、光纤通信技术及现代医学等）的发展需要具有智能化、自动化和柔性化的机械设备，机 电一体化正是在这种巨大的需求推动下产生的新兴领域。微电子技术、微型计算机使信息与智能 和机械装置与动力设备有机结合，使得产品结构和生产系统发生了质的飞跃。机电一体化产品的 功能，除了具有高精度、高可靠性、快速响应外，还将逐步实现自适应、自控制、自组织、自管 理等功能。 由于机电一体化技术对现代工业和技术发展具有巨大的推动力，因此世界各国均将其作为工 业技术发展的重要战略之一。20世纪70 年代起，在发达国家兴起了机电一体化热，90年代，中 国把机电一体化技术列为重点发展的10 大高新技术产业之一。 机电一体化技术在制造业的应用从一般的数控机床、加工中心和机械手发展到智能机器人、 柔性制造系统（FMS）、无人生产车间和将设计、制造、销售、管理集成一体的计算机集成制造 系统（CIMS）。机电一体化产品涉及工业生产、科学研究、人民生活、医疗卫生等各个领域，如： 集成电路自动生产线、激光切割设备、印刷设备、家用电器、汽车电子化、微型机械、飞机、雷 达、医学仪器、环境监测等。 机电一体化技术是其他高新技术发展的基础，机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发 展，可以预料，随着信息技术、材料技术、生物技术等新兴学科的高速发展，在数控机床、机器 人、微型机械、家用智能设备、医疗设备、现代制造系统等产品及领域，机电一体化技术将得到 更加蓬勃的发展。 二、机电一体化系统的基本组成要素 一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行 机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成 要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接 口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统
动力 动作 本 b) 图1一1机电一体化系统的组成要素及功能 a)机电一体化系统的组成要素 b)机电一体化系统的功能 1、机械本体 机电一体化系统的机械本体包括：机身牙、框架、联接等。由于机电一体化产品技术性能、水 平和功能的提高，机械本体要在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面适应产品高效 率、多功能、高可靠性和节能、小型、轻量、美观等要求。 2、动力与驱动 动力部分是按照系统控制要求，为系统提供能量和动力使系统正常运行。用尽可能小的动力 输入获得尽可能大的功能输出，是机电一体化产品的显著特征之一。 驱动部分是在控制信息作用下提供动力，驱动各执行机构完成各种动作和功能。机电一体化 系统一方面要求驱动的高效率和快速响应特性，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适 应性和可靠性。由于电力电子技术的高度发展，高性能的步进驱动、直流同服和交流同服驱动方 式大量应用于机电一体系统。 3、传感测试部分 对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输 到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。其功能一般由专门的传感器及转换电 路完成。 4、执行机构 根据控制信息和指令，完成要求的动作。执行机构是运动部件，一般采用机械、电磁、电液 等机构。根据机电一体化系统的匹配性要求，需要考虑改善系统的动、静态性能，如提高刚性 诚小重量和适当的阻尼，应尽量考虑组件化、标准化和系列化，提高系统整体可靠性等。 5、控制及信息单元 将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，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。一般油计算机、可编 程控制器(PLC)、数控装置以及逻辑电路、AD与DA转换、VO(输入输出)接口和计算机外 部设备等组成。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。 以上这五部分我们通常称为机电一体化的五大组成要素。在机电一体化系统中的这些单元和 它们各自内部各环节之间都遵循接口耦合、运动传递、信息控制、能量转换的原则：我们称它们
2 图 1—1 机电一体化系统的组成要素及功能 a）机电一体化系统的组成要素 b）机电一体化系统的功能 1、机械本体 机电一体化系统的机械本体包括：机身、框架、联接等。由于机电一体化产品技术性能、水 平和功能的提高，机械本体要在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面适应产品高效 率、多功能、高可靠性和节能、小型、轻量、美观等要求。 2、动力与驱动 动力部分是按照系统控制要求，为系统提供能量和动力使系统正常运行。用尽可能小的动力 输入获得尽可能大的功能输出，是机电一体化产品的显著特征之一。 驱动部分是在控制信息作用下提供动力，驱动各执行机构完成各种动作和功能。机电一体化 系统一方面要求驱动的高效率和快速响应特性，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适 应性和可靠性。由于电力电子技术的高度发展，高性能的步进驱动、直流伺服和交流伺服驱动方 式大量应用于机电一体系统。 3、传感测试部分 对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输 到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。其功能一般由专门的传感器及转换电 路完成。 4、执行机构 根据控制信息和指令，完成要求的动作。执行机构是运动部件，一般采用机械、电磁、电液 等机构。根据机电一体化系统的匹配性要求，需要考虑改善系统的动、静态性能，如提高刚性、 减小重量和适当的阻尼，应尽量考虑组件化、标准化和系列化，提高系统整体可靠性等。 5、控制及信息单元 将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，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。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/O（输入输出）接口和计算机外 部设备等组成。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。 以上这五部分我们通常称为机电一体化的五大组成要素。在机电一体化系统中的这些单元和 它们各自内部各环节之间都遵循接口耦合、运动传递、信息控制、能量转换的原则；我们称它们
为四大原则。 6、接口耦合、能量转换 (I)变换两个需要进行信息交换和传输的环节之间，由于信息的模式不同（数字量与模拟 量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等等)，无法直接实现信总或能量的交流，需要通过接 口完成信息或能量的统 (2)放大在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配： (3)耦合变换和放大后的信号在环节间能可靠、快速、准确地交换，必须遵循一致的时序 信号格式和逻辑规范。接口具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递， (4)能量转换包含了执行器、驱动器。涉及到不同类型能量间的最优转换方法与原理。 7、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，完成数据采集、分析 判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的系统，还包含了知识获取、推理及知 识自学习等以知识驱动为主的信息控制。 8、运动传递 运动传递是指运动各组成环节之间的不同类型运动的变换与传输，如：位移变换、速度变换、 加速度变换及直线运动和旋转运动变换等。运动传递还包括以运动控制为目的的运动优化设计， 目的是提高系统的同服性能。 三、机电一体化系统的技术组成 机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机 械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信总处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。 现代的机电一体化产品其至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 1、机械技术 机械技术是机电一体化的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战和变革 在机电一体化产品中，它不再是单一地完成系统间的连接，而是要优化设计系统结构、重量、体 积、刚性和寿命等参数对机电一一体化系统的综合影响。机械技术的若眼点在于如何与机电一体化 的技术相适应，利用其他高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上以及功能上的 更，满足减少重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善性能和增加功能的要求。 在制造过程的机电一体化系统中，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。这里原有的机械技术以知识和技能的形 式存在。如计算机辅助工艺规程编制(CAPP)是目前CAD/CAM系统研究的瓶颈，其关键问 题在于如何将各行业、企业、技术人员中的标准、习惯和经验进行表达和陈述，从而实现计算机 的自动工艺设计与管理。 2、计算机与信总处理技术 信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策，实现信息处理的工具是计算机 因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。计算机技术包括计算机的软件技术和硬件技术 网络与通信技术，数据技术等。 在机电一体化系统中，计算机信息处理部分指挥整个系统的运行。信息处理是否正确、及时 直接影响到系统工作的质量和效率，因此计算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化技术 发展和变革的最活跃的因素 人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术。 3、自动控制技术 3
3 为四大原则。 6、接口耦合、能量转换 （1）变换 两个需要进行信息交换和传输的环节之间，由于信息的模式不同（数字量与模拟 量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等等），无法直接实现信息或能量的交流，需要通过接 口完成信息或能量的统一。 （2）放大 在两个信号强度相差悬殊的环节间，经接口放大，达到能量的匹配。 （3）耦合 变换和放大后的信号在环节间能可靠、快速、准确地交换，必须遵循一致的时序、 信号格式和逻辑规范。接口具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递。 （4）能量转换 包含了执行器、驱动器。涉及到不同类型能量间的最优转换方法与原理。 7、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，完成数据采集、分析、 判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的系统，还包含了知识获取、推理及知 识自学习等以知识驱动为主的信息控制。 8、运动传递 运动传递是指运动各组成环节之间的不同类型运动的变换与传输，如：位移变换、速度变换、 加速度变换及直线运动和旋转运动变换等。运动传递还包括以运动控制为目的的运动优化设计， 目的是提高系统的伺服性能。 三、机电一体化系统的技术组成 机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机 械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。 现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 1、机械技术 机械技术是机电一体化的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战和变革。 在机电一体化产品中，它不再是单一地完成系统间的连接，而是要优化设计系统结构、重量、体 积、刚性和寿命等参数对机电一体化系统的综合影响。机械技术的着眼点在于如何与机电一体化 的技术相适应，利用其他高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上以及功能上的变 更，满足减少重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善性能和增加功能的要求。 在制造过程的机电一体化系统中，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。这里原有的机械技术以知识和技能的形 式存在。如计算机辅助工艺规程编制（CAPP）是目前 CAD／CAM 系统研究的瓶颈，其关键问 题在于如何将各行业、企业、技术人员中的标准、习惯和经验进行表达和陈述，从而实现计算机 的自动工艺设计与管理。 2、计算机与信息处理技术 信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策，实现信息处理的工具是计算机， 因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。计算机技术包括计算机的软件技术和硬件技术， 网络与通信技术，数据技术等。 在机电一体化系统中，计算机信息处理部分指挥整个系统的运行。信息处理是否正确、及时， 直接影响到系统工作的质量和效率。因此计算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化技术 发展和变革的最活跃的因素。 人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术。 3、自动控制技术
自动控制技术范围很广，机电一体化的系统设计是在基本控制理论指导下，对具体控制装置 或控制系统进行设计：对设计后的系统进行仿真，现场调试：最后使研制的系统可靠地投入运行 由于控制对象种类繁多，所以控制技术的内容极其丰富，例如高精度定位控制、速度控制、自适 应控制、自诊断、校正、补货、再现、检索等。 随若微型机的广泛应用，自动控制技术越来越多地与计算机控制技术联系在一起，成为机电 一体化中十分重要的关键技术。 4、传感与检测技术 传感与检测装置是系统的感受器官，它与信息系统的输入端相联并将检测到的信息输送到信 总处理部分。传感与检测是实现自动控制、自动调节的关健环节，它的功能越强，系统的自动化 程度就越高。传感与检测的关键元件是传感器。 传感器是将被测量（包括各种物理量、化学量和生物量等）变换成系统可识别的，与被测量 有确定对应关系的有用电信号的一种装置。 现代工程技术要求传感器能快速、精确地获取信总，并能经受各种亚酷环境的考验。与计算 机技术相肚，传感器的发展显得缓慢，难以满足技术发展的 求。不少机 一体化装置不能达到 满意的效果或无法实现设计的关键原因在于没有合适的传感器。因此大力开展传感器的研究对于 机电一体化技术的发展具有十分重要的意义。 5、伺服传动技术 伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的鄂动装置，由微型计算机通过接口与这些传动 装置相连接，控制它们的运动，带动工作机械作回转、直线以及其他各种复杂的运动。同服传动 技术是直接执行操作的技术，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置或部件，对系统的动 态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。常见的同服驱动有电液马达、脉冲油缸、步进电机 直流伺服电机和交流同服电机等。由于变频技术的发展，交流伺服驱动技术取得突破性进展，为 机电一体化系统提供了高质量的同服驱动单元，极大地促进了机电一体化技术的发展。 6、系统总体技术 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和全局角度，将总体分解成相互有机联 系的若于单元，找出能完成各个功能的技术方室。面把功能和技术方室组成方空组讲行分析、平 价和优选的综合应用技术。系统总体技术解决的是系统的性能优化问题和组成要素之间的有机联 系问题，即使各个组成要素的性能和可靠性很好，如果整个系统不能很好协调，系统也很难保证 正常运行 接口技术是系统总体技术的关键环节，主要有电气接口、机械接口、人机接口。电气接口实 现系统间信号联系：机械接口则完成机械与机械部件、机械与电气装置的连接：人机接口提供人 与系统间的交石界面。 四、机电一体化枝术与其他技术的区别 机申一体化技术有着白身的品著特占和转术茄蓝，为了正确理解和恰当运用机申一体化书 术，我们必须认识机电一体化技术与其他技术之间的区别。 1、机电一体化技术与传统机电技术的区别 传统机申技术的操作控制主要以申磁学原理的各种电器来实现，如殊申器、接钟器等，在设 计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的 不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和 电器部件间的相互作用和明影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。 2、机电一体化技术与并行技术的区别
4 自动控制技术范围很广，机电一体化的系统设计是在基本控制理论指导下，对具体控制装置 或控制系统进行设计；对设计后的系统进行仿真，现场调试；最后使研制的系统可靠地投入运行。 由于控制对象种类繁多，所以控制技术的内容极其丰富，例如高精度定位控制、速度控制、自适 应控制、自诊断、校正、补偿、再现、检索等。 随着微型机的广泛应用，自动控制技术越来越多地与计算机控制技术联系在一起，成为机电 一体化中十分重要的关键技术。 4、传感与检测技术 传感与检测装置是系统的感受器官，它与信息系统的输入端相联并将检测到的信息输送到信 息处理部分。传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节，它的功能越强，系统的自动化 程度就越高。传感与检测的关键元件是传感器。 传感器是将被测量（包括各种物理量、化学量和生物量等）变换成系统可识别的，与被测量 有确定对应关系的有用电信号的一种装置。 现代工程技术要求传感器能快速、精确地获取信息，并能经受各种严酷环境的考验。与计算 机技术相比，传感器的发展显得缓慢，难以满足技术发展的要求。不少机电一体化装置不能达到 满意的效果或无法实现设计的关键原因在于没有合适的传感器。因此大力开展传感器的研究对于 机电一体化技术的发展具有十分重要的意义。 5、伺服传动技术 伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置，由微型计算机通过接口与这些传动 装置相连接，控制它们的运动，带动工作机械作回转、直线以及其他各种复杂的运动。伺服传动 技术是直接执行操作的技术，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置或部件，对系统的动 态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。常见的伺服驱动有电液马达、脉冲油缸、步进电机、 直流伺服电机和交流伺服电机等。由于变频技术的发展，交流伺服驱动技术取得突破性进展，为 机电一体化系统提供了高质量的伺服驱动单元，极大地促进了机电一体化技术的发展。 6、系统总体技术 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和全局角度，将总体分解成相互有机联 系的若干单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能和技术方案组成方案组进行分析、评 价和优选的综合应用技术。系统总体技术解决的是系统的性能优化问题和组成要素之间的有机联 系问题，即使各个组成要素的性能和可靠性很好，如果整个系统不能很好协调，系统也很难保证 正常运行。 接口技术是系统总体技术的关键环节，主要有电气接口、机械接口、人机接口。电气接口实 现系统间信号联系；机械接口则完成机械与机械部件、机械与电气装置的连接；人机接口提供人 与系统间的交互界面。 四、机电一体化技术与其他技术的区别 机电一体化技术有着自身的显著特点和技术范畴，为了正确理解和恰当运用机电一体化技 术，我们必须认识机电一体化技术与其他技术之间的区别。 1、 机电一体化技术与传统机电技术的区别 传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设 计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的， 不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和 电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。 2、 机电一体化技术与并行技术的区别
机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造 阶段就有机结合在一起，十分注意机械和其他部件之间的相互作用。而并行工程是将上述各种 术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装 置。 3、机电一体化技术与自动控制技术的区别 自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。机电一 体化技术是将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件。它应用自 控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。 4、机电一体化技术与计算机应用技术的区别 机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。计算机在机 电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中一部分，它还可以作为办公、管理及图象处理等 广泛应用。机电一体化技术研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身 第二节机电一体化系统的设计 机电一体化系统（或产品）的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法， 要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法， 并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优 化设计。 一、机电一体化系统的分类 从控制的角度机电一体化系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。 开环控制的机电一体化系统是没有反馈的控制系统，这种系统的输入直接送给控制器，并通 过控制器对受控对象产生控制作用。一些家用电器、简易C机床和精度要求不高的机电一体化 产品都采用开环控制方式。开环控制机电一体化系统的优点是结构简单、成本低、维修方便，缺 点是精度较低，对输出和干扰没有诊断能力。 闭环控制的机电一体化系统的输出结果经传感器和反馈环节与系统的输入信号比较产生输 出偏差，输出偏差经控制器处理再作用到受控对象，对输出进行补偿，实现更高精度的系统输出。 现在的许多制造设各和有智能的机申一体化产品都洗择闭环控制方式，如数控机床、加工中心 机器人、雷达、汽车等。闭环控制的机电一体化系统具有高精度、动态性能好、抗干扰能力强等 优点。它的缺点是结构复杂，成本高，维修难度较大。 从用途分类，机电一体化系统的种类繁多，如机械制造业机电一体化设各、电子器件及产品 生产用自动化设备、军事武器及航空航天设备、家庭智能机电 一体化产品、医学诊断及治疗机电 一体化产品、以及环境、考古、探险、玩具等领域的机电一体化产品等。 二、机电一体化系统（产品）开发的类 机电一体化系统（产品）开发的类型依据该系统与相关产：品比较的新颖程度和技术独创性， 可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。 1、开发性设计 开发性设计是一种独创性的设计方式，在没有参考样板的情况下，通过抽象思维和理论分析， 依据产品性能和质量要求设计出系统原理和制造工艺。开发性设计是属于产品发明专利范畴。最 初的电视机和录象机、中国的神5航天飞机都属于开发性设计
5 机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造 阶段就有机结合在一起，十分注意机械和其他部件之间的相互作用。而并行工程是将上述各种技 术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装 置。 3、 机电一体化技术与自动控制技术的区别 自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。机电一 体化技术是将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件。它应用自 控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。 4、 机电一体化技术与计算机应用技术的区别 机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。计算机在机 电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中一部分，它还可以作为办公、管理及图象处理等 广泛应用。机电一体化技术研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身。 第二节 机电一体化系统的设计 机电一体化系统（或产品）的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法， 要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法， 并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优 化设计。 一、机电一体化系统的分类 从控制的角度机电一体化系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。 开环控制的机电一体化系统是没有反馈的控制系统，这种系统的输入直接送给控制器，并通 过控制器对受控对象产生控制作用。一些家用电器、简易 NC 机床和精度要求不高的机电一体化 产品都采用开环控制方式。开环控制机电一体化系统的优点是结构简单、成本低、维修方便，缺 点是精度较低，对输出和干扰没有诊断能力。 闭环控制的机电一体化系统的输出结果经传感器和反馈环节与系统的输入信号比较产生输 出偏差，输出偏差经控制器处理再作用到受控对象，对输出进行补偿，实现更高精度的系统输出。 现在的许多制造设备和具有智能的机电一体化产品都选择闭环控制方式，如数控机床、加工中心、 机器人、雷达、汽车等。闭环控制的机电一体化系统具有高精度、动态性能好、抗干扰能力强等 优点。它的缺点是结构复杂，成本高，维修难度较大。 从用途分类，机电一体化系统的种类繁多，如机械制造业机电一体化设备、电子器件及产品 生产用自动化设备、军事武器及航空航天设备、家庭智能机电一体化产品、医学诊断及治疗机电 一体化产品、以及环境、考古、探险、玩具等领域的机电一体化产品等。 二、机电一体化系统（产品）开发的类型 机电一体化系统（产品）开发的类型依据该系统与相关产品比较的新颖程度和技术独创性， 可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。 1、 开发性设计 开发性设计是一种独创性的设计方式，在没有参考样板的情况下，通过抽象思维和理论分析， 依据产品性能和质量要求设计出系统原理和制造工艺。开发性设计是属于产品发明专利范畴。最 初的电视机和录象机、中国的神5 航天飞机都属于开发性设计