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机电一体化系统的基本组成要素

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[LV.2]偶尔看看I

发表于 2018-4-18 10:45:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
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、传感测试部分、执行机构、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,通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等,并有机融合成一个完整系统。
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(1)机械本体。
机电一体化系统的机械本体包括:机身、框架、连接等。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,以及节能、小型、轻量、美观等要求。
(2)动力与驱动部分。
动力部分按照系统控制要求,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。机电一体化系统要求驱动部分具有高效率和快速响应特性,同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境具有适应性和可靠性。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化系统。
(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。
该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之为机电一体化的五大组成要素。在机电一体化系统中,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。
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),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。
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。
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。
能量转换:包含执行器、驱动器,涉及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。

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