時間：2023-09-22 15:32:17
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關(guān)鍵詞：機電一體化；基本概念；核心技術(shù)；發(fā)展進程；發(fā)展方向
中圖分類號：TH-39 文獻標(biāo)識碼： A
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。“機電一體化”意思是機械技術(shù)和電子技術(shù)的有機結(jié)合。這一名稱已得到包括我國在內(nèi)的世界各國的承認(rèn)，我國的工程技術(shù)人員習(xí)慣上把它譯為機電一體化技術(shù)。機電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科技術(shù)，是機械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機融合、相互滲透的結(jié)果。今天機電一體化技術(shù)發(fā)展飛速，機電一體化產(chǎn)品更日新月異。
一、機電一體化技術(shù)基本概念
機電一體化技術(shù)是在微型計算機為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智力、動力、結(jié)構(gòu)、運動和感知組成要素為基礎(chǔ)，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質(zhì)運動，能量變換進行研究，使得整個系統(tǒng)有機結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)。
二、機電一體化的核心技術(shù)
1、機械技術(shù)：是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。
2、計算機與信息技術(shù)：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。
3、系統(tǒng)技術(shù)：即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。
4、自動控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。
5、傳感檢測技術(shù)：是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。
三、機電一體化的發(fā)展進程
1、數(shù)控機床問世：自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已50個年頭。我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展階段，尤其是在1999年后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。
2、微電子技術(shù)的發(fā)展：我國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于1965年，經(jīng)過30多年發(fā)展，已初步形成包括設(shè)計、制造、包裝業(yè)共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
3、激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)：以激光技術(shù)為首的光電子技術(shù)是未來信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它集中了固體物理、波導(dǎo)光學(xué)、材料科學(xué)、微細加工和半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的科研成就，成為電子技術(shù)與光子技術(shù)自然結(jié)合與擴展、具有強烈應(yīng)用背景的新興交叉學(xué)科，對于國家經(jīng)濟、科技和國防都具有重要的戰(zhàn)略意義。
四、機電一體化的發(fā)展方向
20世紀(jì)90年代后期，各主要發(fā)達國家開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭角，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新支；另一方面，對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。未來機電一體化的主要發(fā)展方向有：
1、智能化：是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。
2、網(wǎng)絡(luò)化：20世紀(jì)90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。因此，機電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3、自動化：所謂自動化技術(shù)，是指人類利用各種技術(shù)手段和方法來代替人去完成各種測試、分析、判斷和控制工作，以現(xiàn)實預(yù)期的目標(biāo)、功能。一個自動化系統(tǒng)通常由多個環(huán)節(jié)要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能，最后實現(xiàn)自動運行目標(biāo)。
4、綠色化：機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。
關(guān)鍵詞：機電一體化；數(shù)控機床；應(yīng)用
中圖分類號：TH-39文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：
前言
隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的更新進步，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。由于大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，特別是微型電子計算機的空前發(fā)展，促進了機械技術(shù)和電子技術(shù)的相互交叉和相互滲透，并使機械技術(shù)和電子技術(shù)在系統(tǒng)論、信息論和控制論的基礎(chǔ)上有機地結(jié)合起來，形成了機電一體化技術(shù)。數(shù)控機床作為機電一體化產(chǎn)品的典型代表在當(dāng)今制造業(yè)中扮演著非常重要的角色，本文就機電一體化在數(shù)控機床中的應(yīng)用進行分析探討。
1 機電一體化的基本概念
機電一體化的基本概念是根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)。機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)---機電一體化是指在機構(gòu)得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術(shù)，成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，合理配置與布局各功能單元，還將被賦予新的內(nèi)容。并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)，將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱，是綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值。具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。即機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，還能賦予許多新的功能。其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，但是發(fā)展到機電一體化后。“機電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面，其主要功能依然是代替和放大的體力，機械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護等。而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊，這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。因此，機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)。
2 機電一體化在數(shù)控機床中的應(yīng)用
2.1 機械設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用
機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)。在機械與電子相互結(jié)合的實踐中，機電一體化不斷對機械設(shè)計技術(shù)提出更高的要求（如結(jié)構(gòu)更新穎、體積更小、質(zhì)量更輕、精度更高、動態(tài)性能更好等），使現(xiàn)代機械技術(shù)相對于傳統(tǒng)機械技術(shù)發(fā)生了很大改變。所謂數(shù)控機床，它主要還是一臺用來加工零件的設(shè)備，但其在應(yīng)用機電一體化之后，已不再是原來意義上簡單的機床。數(shù)控機床的主傳動、各個坐標(biāo)軸的進給傳動都由單獨的伺服電動機驅(qū)動，并且各個坐標(biāo)軸之間的運動關(guān)系通過計算機來進行協(xié)調(diào)控制。數(shù)控機床的機床本體部分相對于以往的普通機床做了很大的改進，主要包括以下幾點：（1）采用了全封閉或半封閉防護裝置。數(shù)控機床采用封閉防護裝置可防止切屑或切削液飛出，給操作者帶來意外傷害。（2）采用自動排屑裝置。數(shù)控機床大都采用斜床身結(jié)構(gòu)布局，便于采用自動排屑機，排屑方便。（3）主軸速高，工件裝夾安全可靠。數(shù)控機床主軸箱大都由電主軸或傳統(tǒng)機械主軸單元加變頻電動機和變頻器組成，以適應(yīng)更高的轉(zhuǎn)速要求；采用液壓卡盤，夾緊力調(diào)整方便可靠，同時也降低了操作工人的勞動強度。（4）可自動換刀數(shù)控機床都采用了自動回轉(zhuǎn)刀架，在加工過程中可自動換刀，連續(xù)完成多道工序的加工。（5）主、進給傳動分離。數(shù)控機床的主傳動與進給傳動采用了各自獨立的伺服電機，使傳動鏈變得簡單、可靠。同時各電機既可單獨運動，也可實現(xiàn)多軸聯(lián)動。這些都是機電一體化總體設(shè)計技術(shù)和機械設(shè)計技術(shù)的成功應(yīng)用。
2.2 自動控制等技術(shù)的應(yīng)用
在數(shù)控機床中，主要采用高精度定位控制、速度控制等自動控制技術(shù)，來保證數(shù)控機床的正常運行。信息處理技術(shù)包括信息的輸入、識別、變換、運算、存儲及輸出，它們大都依靠計算機來進行，因此計算機技術(shù)與信息處理技術(shù)是密切相關(guān)的。所謂數(shù)控機床，其與普通機床的最大區(qū)別即在于“數(shù)控”，數(shù)控就好比給一臺機器裝上了一個“腦袋”，這是機電一體化應(yīng)用中最為普遍的一點，同時它也是數(shù)控機床的核心。這部分集合了計算機技術(shù)、信號變換技術(shù)、軟件編程技術(shù)等多項機電一體化技術(shù)，通過接收操作者通過輸入裝置輸入的加工機電一體化在數(shù)控機床中的應(yīng)用信息，經(jīng)數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行譯碼、運算和邏輯處理后，發(fā)出相應(yīng)的脈沖到伺服系統(tǒng)，以驅(qū)動機床。如廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床的可編程控制器（PLC），它主要是接收數(shù)控裝置的 M、S、T 指令，對其進行譯碼并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機床的相應(yīng)開關(guān)動作，同時接收操作面板和機床的 I/O 信號，送給數(shù)控裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令來控制數(shù)控裝置的工作狀態(tài)和機床的動作。數(shù)控機床中，計算機與信息處理裝置指揮整個產(chǎn)品的運行，信息處理是否準(zhǔn)確、及時，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和效率。
2.3 執(zhí)行與驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用
數(shù)控機床中的伺服系統(tǒng)主要包括主軸驅(qū)動單元、進給驅(qū)動單元、主軸電機和進給電機等，完成接收數(shù)控裝置輸出的指令信息，經(jīng)功率放大后，驅(qū)動機床執(zhí)行機構(gòu)按規(guī)定的路徑運動，以加工出符合要求的零件。伺服驅(qū)動技術(shù)的主要研究對象是執(zhí)行元件及其驅(qū)動裝置。執(zhí)行元件一方面通過電氣接口與數(shù)控裝置相連，以接收數(shù)控裝置的控制指令；另一方面又通過機械接口與機械傳動和執(zhí)行機構(gòu)相連，以實現(xiàn)規(guī)定的動作，因此伺服驅(qū)動技術(shù)是直接執(zhí)行操作的技術(shù)，對機電一體化產(chǎn)品的動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)精度、控制質(zhì)量等具有決定性的影響。伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中的成功應(yīng)用，使得數(shù)控機床具有較高的精度與穩(wěn)定性。
2.4 檢測與傳感技術(shù)的應(yīng)用
在數(shù)控機床中測量與反饋是由檢測元件和相應(yīng)的電路組成，它們將檢測到的信號反饋至比較電路，經(jīng)信號比較和信號放大驅(qū)動機床，以準(zhǔn)確的速度做準(zhǔn)確的定位。這是由于檢測與傳感技術(shù)是機電一體化的關(guān)鍵技術(shù)，它主要是將所測得的各種參量如位移、位置、速度、加速度、力、溫度、酸度和其他形式的信號燈轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一規(guī)格的電信號輸入到信息處理系統(tǒng)中，并由此產(chǎn)生出相應(yīng)的控制信號以決定執(zhí)行機構(gòu)的運動形式和動作幅度。傳感與檢測技術(shù)是數(shù)控機床不可或缺的一部分，它實現(xiàn)的是數(shù)控機床自身的實時監(jiān)控與檢測，保證每一個行動都按照下發(fā)的指令去操作，從而有效地保證了機床的正常運行與產(chǎn)品的質(zhì)量。
結(jié)束語
隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的更新進步，和微電子技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，計算機本身也發(fā)生了巨大變革。以微型計算機為代表的微電子技術(shù)逐步向機械領(lǐng)域滲透并與機械技術(shù)有機結(jié)合所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能、生產(chǎn)方式及管理體系均發(fā)生了重大改變，從而使工業(yè)生產(chǎn)進入了一個嶄新的“機電一體化時代”。機電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。
參考文獻：
［1］袁中凡.機電一體化技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006
關(guān)鍵詞：機電一體化；概念；核心技術(shù)；應(yīng)用
Abstract: the development of modern science and technology caused the engineering field and the technological transformation of the revolution. In engineering, electronic and computer technology because of the rapid development and to the penetration of mechanical industry by the formation of the electromechanical integration, the mechanical industry technical structure, mechanical products, function and composition, production methods and management system changed, that industrial production by "mechanical electrification" entered the "mechanical and electrical integration" feature stage of development. This article mainly for mechanical and electrical integration concept, core technology, mechanical and electrical integration advantages and application of a simple discusses, for we exchange.
Keywords: mechanical and electrical integration; Concepts; The core technology; application
中圖分類號：K826.16文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：
一、機電一體化的基本概念 機電一體化是在以機械、電子技術(shù)和計算機科學(xué)為主的多門學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術(shù)學(xué)科，而機電一體化產(chǎn)品是在機械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)和計算機技術(shù)生產(chǎn)出來的新一代產(chǎn)品。機電一體化技術(shù)同時也是工程領(lǐng)域不同種類技術(shù)的綜合及集合，它是建立在機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機和信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種高新技術(shù)。
二、機電一體化的核心技術(shù)
機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動單元等部分組成。因此，為加速推進機電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手：
機械本體技術(shù)。
現(xiàn)代機械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進，還應(yīng)考慮利用非金屬復(fù)合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，進而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。
傳感技術(shù)。
傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。對外部信息傳感器來說，目前主要發(fā)展非接觸型檢測技術(shù)。
信息處理技術(shù)。
為進一步發(fā)展機電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題。
驅(qū)動技術(shù)。
電機作為驅(qū)動機構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機以及控制專用組件- 傳感器-電機三位一體的伺服驅(qū)動單元。
接口技術(shù)。
為了與計算機進行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設(shè)計。
（六）軟件技術(shù)。
軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。
三、與傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品相比，機電一體化產(chǎn)品具有下述優(yōu)越性。 （一）使用安全性和可靠性提高。
機電一體化產(chǎn)品一般都具有自動監(jiān)視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設(shè)備事故，顯著提高設(shè)備的使用安全性。（二）生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高。
機電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統(tǒng)可精確地保證機械的執(zhí)行機構(gòu)按照設(shè)計的要求完成預(yù)定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。同時，由于機電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)了工作的自動化，使得生產(chǎn)能力大大提高。例如，數(shù)控機床對工件的加工穩(wěn)定性大大提高，生產(chǎn)效率比普通機床提高5～6倍。 （三）使用性能改善。
機電一體化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產(chǎn)品的工作過程根據(jù)預(yù)設(shè)的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實現(xiàn)，系統(tǒng)可重復(fù)實現(xiàn)全部動作。高級的機電一體化產(chǎn)品可通過被控對象的數(shù)學(xué)模型以及外界參數(shù)的變化隨機自尋最佳工作程序，實現(xiàn)自動最優(yōu)化操作（四） 具有復(fù)合功能并且適用面廣。
關(guān)鍵詞： 機電一體化； 特點； 發(fā)展趨勢
中圖分類號： TH-39 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1009-8631（2011）06-0113-02
一、機電一體化的基本概念
機電一體化技術(shù)是在微型計算機為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智力、動力、結(jié)構(gòu)、運動和感知組成要素為基礎(chǔ)，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運動傳遞，物質(zhì)運動，能量變換進行研究，使得整個系統(tǒng)有機結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運動，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)。
二、機電一體化的發(fā)展概況
機電一體化的發(fā)展大體可以分為3個階段。20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級階段。在這一時期，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對戰(zhàn)后經(jīng)濟的恢復(fù)起了積極的作用。那時研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時電子技術(shù)的發(fā)展尚未達到一定水平，機械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。
20世紀(jì)90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入深入發(fā)展時期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面對機電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計、分析和集成方法，機電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進步，為機電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機電一體化進一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。
我國是從20世紀(jì)80年代初才開始在這方面研究和應(yīng)用。國務(wù)院成立了機電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將該技術(shù)列為“863計劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時充分考慮了國際上關(guān)于機電一體化技術(shù)的發(fā)展動向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機構(gòu)及一些大中型企業(yè)對這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，取得了一定成果，但與日本等先進國家相比仍有相當(dāng)差距。
三、機電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成及特點
機電一體化產(chǎn)品的功能是通過其內(nèi)部各組成部分功能的協(xié)調(diào)和綜合來共同實現(xiàn)的。從其結(jié)構(gòu)來看，機電一體化產(chǎn)品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現(xiàn)這種多功能一般需要機電一體化產(chǎn)品具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執(zhí)行功能，而實現(xiàn)這些功能的各個組成部分及其技術(shù)就構(gòu)成了機電一體化產(chǎn)品的總體或系統(tǒng)。
1．機械系統(tǒng)。機電一體化產(chǎn)品的機械系統(tǒng)包括機身、框架、機械傳動和聯(lián)接等機械部分。這部分是實現(xiàn)產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)，因此對機械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，需在結(jié)構(gòu)、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產(chǎn)品高效、多功能、可靠、節(jié)能和小型輕量等要求。
2．動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)為機電一體化產(chǎn)品提供能量和動力功能，去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能。動力系統(tǒng)包括電、液、氣等動力源。機電一體化產(chǎn)品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅(qū)動電路等。
3．傳感與檢測系統(tǒng)。傳感器的作用是將機電一體化產(chǎn)品在運行過程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統(tǒng)的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產(chǎn)品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統(tǒng)的功能一般由測量儀器或儀表來實現(xiàn)，對其要求是體積小、便于安裝與聯(lián)接、檢測精度高、抗干擾等。
4．信息處理及控制系統(tǒng)。根據(jù)機電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感與檢測系統(tǒng)反饋的信息，并對其進行相應(yīng)的處理、運算和決策，以對產(chǎn)品的運行施以按照要求的控制，實現(xiàn)控制功能。機電一體化產(chǎn)品中，信息處理及控制系統(tǒng)主要是由計算機的軟件和硬件以及相應(yīng)的接口所組成。
5．執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)在控制信息的作用下完成要求的動作，實現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。機電一體化產(chǎn)品的執(zhí)行機構(gòu)一般是運動部件，常采用機械、電液、氣動等機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)因機電一體化產(chǎn)品的種類和作業(yè)對象不同而有較大的差異。執(zhí)行機構(gòu)是實現(xiàn)產(chǎn)品目的功能的直接執(zhí)行者，其性能好壞決定著整個產(chǎn)品的性能，因而是機電一體化產(chǎn)品中最重要的組成部分。機電一體化產(chǎn)品的五個組成部分在工作時相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。在結(jié)構(gòu)上，各組成部分通過各種接口及其相應(yīng)的軟件有機地結(jié)合在一起，構(gòu)成一個內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。
四、機電一體化的發(fā)展趨勢
1.智能化
智能化是21世紀(jì)機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然，使機電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。
2.模塊化
模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機電一體化單元的企業(yè)還是對生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)模化將給機電一體化企業(yè)帶來美好的前程。
3.網(wǎng)絡(luò)化
20世紀(jì)90年代，計算機技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們?nèi)粘Ｉ疃紟砹司薮蟮淖兏铩８鞣N網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到，質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。
4.微型化
微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
5.綠色化
工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
6.系統(tǒng)化
系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485、DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機電一體化的人格化有兩層含義。一層是，機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其高層境界就是人機一體化。另一層是模仿生物機理，研制各種機電一體化產(chǎn)品。事實上，許多機電一體化產(chǎn)品都是受動物的啟發(fā)研制出來的。
綜上所述，機電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法和設(shè)計概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機械設(shè)備的要求，而且是推動機械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機械工業(yè)的必由之路。
參考文獻：
[1] 李建勇．機電一體化技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2004．
關(guān)鍵詞：機電一體化；傳感器；檢測技術(shù)
中圖分類號：TP212 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 06-0100-01
目前，我國在傳感器上的研制與傳感檢測技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)有所成就，但是與外國的很多先進技術(shù)還具有很大的差距。機電一體化是現(xiàn)代科技發(fā)展下的產(chǎn)物，它在各個領(lǐng)域都有所應(yīng)用，并且起著非常大的作用。本文主要介紹傳感器與檢測技術(shù)的基本概念，和傳感器檢測技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用及發(fā)展趨勢。
一、傳感器與機電一體化的介紹及聯(lián)系
（一）傳感器的概念
在工程作業(yè)中，能按照固定規(guī)律將一種量轉(zhuǎn)換成同種或者不同種量值并且傳輸出去的工具，我們稱它為傳感器。傳感器和人類的器官有相同點，并且在人類器官上有所延伸。在信息化的社會中，人們通常也利用傳感器檢測力、壓力、速度、溫度、流量、濕度、生物量以及更多的非電量信息來促進生產(chǎn)力的發(fā)展。
（二）機電一體化的簡介
日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟研究所對機電一體化提出的解釋在國際上被首次認(rèn)可，也可以說是機電一體化的初步定義，“機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機融合而成的系統(tǒng)總稱”。從它的定義上能看出，機電一體化技術(shù)涉及到了很多方面，例如，機械制造技術(shù)、測試技術(shù)、人工智能技術(shù)、微電子技術(shù)等等。
（三）傳感器與機電一體化的聯(lián)系
傳感器技術(shù)在機電一體化中起到非常關(guān)鍵的作用，它不僅能控制機電一體化系統(tǒng)的正常運作，還能在各種程度上為機電一體化提供相關(guān)運作的信息。在具體的操作上，傳感器主要的作用是檢測機電一體化系統(tǒng)自身、操作對象以及作業(yè)環(huán)境。從此可以看出，克服種種自身與環(huán)境帶來的影響，并且能夠準(zhǔn)備，快捷的獲取到所需的信息，才能使機電一體化系統(tǒng)的工作效率提高。所以，沒有傳感器對信息精確、快速的處理，就沒有機電一體化的高水平工作效率。機電一體化在某種程度上帶動了自動化技術(shù)的發(fā)展，而傳感器技術(shù)水平的高低，很大程度上影響著機電一體化的自動功能，傳感器技術(shù)水平越高，自動化水平就越高。
二、傳感檢測技術(shù)在機電一體化中的具體應(yīng)用
（一）機器人需要傳感器
機器人是自動化科技的代表產(chǎn)物，它的自動化程度在某些方面實現(xiàn)了很大的突破。它之所以具備良好自動化功能，在操作中能夠準(zhǔn)確無誤，其中主要原因是傳感器的作用。傳感器在機器人內(nèi)部感知到自身、外部或者操作對象的狀態(tài)，從而對信息進行處理，比如，速度、加速度、方向、位置等等。
（二）機械加工過程的傳感檢測技術(shù)。
1.切削過程和機床運行過程中的傳感技術(shù)應(yīng)用
切削過程中，傳感器的主要作用是對提高切削過程的效率、制造成本和對金屬材料的切割的檢測。傳感器通過對切削力、切削過程振動、切削過程的聲音發(fā)射和切削過程中電機的功率等傳感參數(shù)的檢測，來對切削過程中的切削力、振動的變化進行有效的辨識。在機床的運行方面，傳感器的主要是對驅(qū)動系統(tǒng)、溫度的監(jiān)測與控制、軸承和回轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及安全性進行跟蹤檢測，其檢測結(jié)果具體有機床故障停留時間、工件的粗糙程度、加工過程中的準(zhǔn)確度和精度、液的流量和機床的運行狀態(tài)等傳感參數(shù)。
2.工件加工過程的傳感
對工件的過程監(jiān)視是傳感器在工程與研究中最早的應(yīng)用，同時在此中也是應(yīng)用最廣泛的，但在很早的時候傳感器技術(shù)在工件制作的過程中只起到對質(zhì)量的監(jiān)控，直到20世紀(jì)80年代，傳感器才同時應(yīng)用在工件的識別和安裝位置上。主要表現(xiàn)在檢測用來加工工件的工作過程是否符合工件加工的標(biāo)準(zhǔn)程序、即將被加工的工件是否是當(dāng)前要求被加工的工件、工件所安裝的具置是否是當(dāng)前工件要求安裝的位置。
（三）傳感器在數(shù)控機床上的應(yīng)用
數(shù)控機床的主要工作過程是利用數(shù)控技術(shù)中的數(shù)字信號對機床的工作過程進行控制，也就是說將刀具的具體運行過程與路線以數(shù)字信號的形式記錄下來，然后經(jīng)過系統(tǒng)的識別發(fā)出信號，使機床上的工件與刀具產(chǎn)生相對運動，從而加工出達到標(biāo)準(zhǔn)的零件。
三、傳感檢測技術(shù)的地位和作用
傳感檢測技術(shù)不僅是機電一體化中不可缺少的技術(shù)，也是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在很大程度上傳感器的檢測技術(shù)影響著自動化系統(tǒng)的質(zhì)量。在一個自動化系統(tǒng)中，只有利用傳感器的檢測技術(shù)對各方面參數(shù)進行檢查，才能使整個自動化系統(tǒng)正常的工作。在科技高速發(fā)展的今天，不論是生活中還是生產(chǎn)中都能利用到檢測傳感技術(shù)。例如，部分儀器設(shè)備、辦公設(shè)備、家電中的計算機繼承制造系統(tǒng)、CNC機床、大型發(fā)電機等等。在國防事業(yè)和裝備武器上，傳感檢測技術(shù)同樣有著重要的作用。可以看出，傳感檢測技術(shù)在提高生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行監(jiān)控檢測手段、控制產(chǎn)品質(zhì)量等方面都推動了社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。總的來說，無論從宇宙到陸地，從陸地到海洋，從頂尖技術(shù)到基礎(chǔ)知識，從復(fù)雜的大型自動化設(shè)備到社會中每個細節(jié)，傳感檢測技術(shù)都扮演著重要的角色。
四、我國傳感器技術(shù)的發(fā)展方向
精度的發(fā)展：在原有的基礎(chǔ)上研究出更加具有靈敏度、準(zhǔn)確度、靈活性的傳感器；可靠性的發(fā)展。傳感器的抗溫度性能、抗壓力性能、抗干擾性能都是影響傳感器可靠性的關(guān)鍵因素，所以我們應(yīng)該注重這些因素，增強傳感器的可靠性；微型化發(fā)展：努力開發(fā)出更好的材料與技術(shù)使傳感器微型化的理想成為現(xiàn)實；節(jié)能性發(fā)展：傳感器的工作是建立在電源的基礎(chǔ)上的，既耗費能源又費時費力。所以我們應(yīng)該努力研制出不靠電源的傳感器。
總之，雖說目前我國在傳感器上的研制與傳感檢測技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)有所成就，但是與外國的很多先進技術(shù)還具有很大的差距。所以，我們應(yīng)該從研究手法和設(shè)備上做出提高，從而使傳感器與檢測技術(shù)在整體的運用上有所增強。
參考文獻：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，我國的社會經(jīng)濟建設(shè)得到了很大的提高，其中機電一體化技術(shù)的逐步發(fā)展和成熟應(yīng)用，為我國的經(jīng)濟發(fā)展提供了強有力的動力，成為我國經(jīng)濟發(fā)展中的重要技術(shù)支撐。本文從機電一體化的基本內(nèi)涵入手，分析該技術(shù)在汽車制動系統(tǒng)中實際應(yīng)用，以期為汽車的生產(chǎn)制造提供有意義的參考。
【關(guān)鍵詞】汽車制動系統(tǒng) 機電一體化 應(yīng)用
近些年來，隨著我國科技的迅猛發(fā)展，以及計算機應(yīng)用的全面普及，促進了機電一體化學(xué)科的產(chǎn)生。在機械制造業(yè)中，機電一體化以其獨特的優(yōu)勢，不僅有效提高機械制造的生產(chǎn)效率，更可以為產(chǎn)品質(zhì)量保駕護航，從而發(fā)揮著無可替代的作用。
1 機電一體化的基本概念
機電一體化又被稱為機械電子學(xué)，是由計算機技術(shù)、信息技術(shù)、機械技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等相融合構(gòu)成的一門獨立的交叉學(xué)科，具有較強的綜合學(xué)科性質(zhì)，內(nèi)容豐富，涉及面廣。目前，機電一體化發(fā)展方向主要指向智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化以及系統(tǒng)化等。
機電一體化因其高科技屬性，具備了以下幾項特點：
1.1 安全系數(shù)高
通過設(shè)置警報系統(tǒng)、安裝檢驗以及保護程序，可以有效應(yīng)對突發(fā)事件，通過開啟安全防護模式的方式，避免安全事故發(fā)生和減少事故造成的損失。
1.2 精確性好
由于機電一體化的數(shù)字化特征相當(dāng)明顯，對于機械制造的精確性有著非常大的幫助，能夠有效提升生產(chǎn)的性能。
1.3 簡單高效
通過運用數(shù)字加工和程序編輯等計算機應(yīng)用技術(shù)，機電一體化能夠快速完成機械的制造與加工，使用性能相對較高。
1.4 功能多樣
由于機電一體化本身就脫胎于多門學(xué)科的融合，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，而且具有較強的適應(yīng)性，其市場前景值得期待與展望。
2 汽車制動系統(tǒng)中機電一體化的應(yīng)用背景
自從一百多年前汽車發(fā)明以來，汽車制動系統(tǒng)歷經(jīng)數(shù)個發(fā)展重要階段，逐漸由最初的一組簡單的機械制動裝置演變?yōu)閭鹘y(tǒng)油液制動系統(tǒng)與防抱制動系統(tǒng)（ABS）平分秋色的局面。隨著人們對安全出行的要求越來越高，加之汽車生產(chǎn)行業(yè)競爭的日趨激烈，汽車質(zhì)量和性能越來越成為人們購車、用車的重要參考依據(jù)。作楸U掀車行駛安全的汽車制動系統(tǒng)，其重要地位是不言而喻的，因此對于汽車制動系統(tǒng)的進一步優(yōu)化發(fā)展的呼聲也日益增長。在此情況下，機電一體化技術(shù)的成熟給汽車制動系統(tǒng)的改進和完善提供了全新的思路，通過在汽車制動系統(tǒng)中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，用電路控制替代油液控制的全新系統(tǒng)將隨之出現(xiàn)，從而實現(xiàn)汽車制動系統(tǒng)的跨越式發(fā)展。這個系統(tǒng)，將電線作為能量的唯一傳遞媒介，通過數(shù)據(jù)傳遞電信號，從而有效縮短了汽車制動反應(yīng)的時間間隔，該技術(shù)被稱為BBW系統(tǒng)。
3 在汽車制動系統(tǒng)中機電一體化的應(yīng)用技術(shù)
3.1 相關(guān)主要技術(shù)
機電一體化涉及的主要技術(shù)，包括以下幾種類型：
3.1.1 基礎(chǔ)技術(shù)
機電一體化的基礎(chǔ)，仍然離不開機械技術(shù)，但BBW系統(tǒng)的機械技術(shù)，不同于傳統(tǒng)的機械技術(shù)，其對于精密性的要求相對較高。由于運用了機電一體化的技術(shù)，電子技術(shù)逐漸取代了過去許多由機械來實現(xiàn)的操作，而電子技術(shù)的特殊性和自身局限性，決定了對數(shù)字及信號的控制的精密性要求更高。
3.1.2 信息技術(shù)
信息技術(shù)的主要內(nèi)容，是對信息進行數(shù)字化管理，通過傳輸汽車零部件的各項數(shù)據(jù)，統(tǒng)一在信息處理器中進行集中處理，并經(jīng)過系統(tǒng)控制技術(shù)，提高信息管理的質(zhì)量和效率。
3.1.3 傳感技術(shù)
在經(jīng)過測量信號檢測器后，由信息處理裝置接收各項參數(shù)，從而保障設(shè)備的數(shù)據(jù)信息的快速全面處理。
3.1.4 自動控制技術(shù)
自動控制技術(shù)能夠幫助對汽車進行精準(zhǔn)定位，并且能夠自動調(diào)節(jié)汽車的狀態(tài)，提高汽車運行的穩(wěn)定系數(shù)和安全性能。
3.1.5 驅(qū)動技術(shù)
在該技術(shù)中，機電一體化主要是根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，由執(zhí)行元件完成傳達任務(wù)，一方面將指令傳達給執(zhí)行組織，另一方面將執(zhí)行效果回饋控制系統(tǒng)。
3.2 BBW系統(tǒng)的核心技術(shù)
BBW系統(tǒng)的重要組成部分，由ECU中央電子控制單元、車輪制動模塊以及電子踏板模塊三部分共同組成。由于其傳遞的是電流而非壓縮空氣或者液壓油，傳遞的媒介是電線而很少用到機械，因此可以減少傳感設(shè)備以及管線通道。
BBW系統(tǒng)運作的主要原理，是踩下汽車的制動踏板，啟動汽車制動裝置，該踩踏的信號就通過腳踏板進行傳輸，信號傳輸?shù)慕K端是電路控制板塊，再經(jīng)電子控制機械的功能單元啟動電機部位。此時，經(jīng)過皮帶、齒輪等機械裝置的相互作用，絲桿開始發(fā)生旋轉(zhuǎn)，沿著其旋轉(zhuǎn)的方向，止推螺母進行移動，并且在移動的過程中與制動品的活塞部位發(fā)生摩擦，進而壓制制動的摩擦片，將其壓制在制動盤當(dāng)中。上述這一系列動作完成時，也就實現(xiàn)了對汽車的制動操作。
如果需要解除對汽車的制動，重新啟動汽車開始行進，就要松下制動腳踏板，使止推螺母沿著絲桿旋轉(zhuǎn)的反方向自動恢復(fù)原來的狀態(tài)，從而使壓制逐漸減輕直至消失，此時制動活塞器就會因壓力的產(chǎn)生而使密封圈恢復(fù)初始狀態(tài)，如此一來，制動盤由于平衡被打破，促使制動活塞器回歸到原來的位置，制動盤與制動摩擦片也就相互脫離了。
3.3 完善BBW系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)
BBW雖然給汽車制動系統(tǒng)帶來了相當(dāng)大的變革，但同時也存在一些亟待解決的問題。一是控制系統(tǒng)的失效處理問題。由于不存在獨立的主動備用制動系統(tǒng)，不論是ECU元件失去效用，還是傳感器失靈，抑或者是制動器本身或線束出現(xiàn)故障，都需要一個備用系統(tǒng)以保障制動的基本性能，在電子控制單元發(fā)生故障時，自行啟動且不會影響到現(xiàn)有系統(tǒng)的完整性。二是抗干擾處理問題。目前的抗干擾技術(shù)主要分為兩種，即對稱式和非對稱式的抗干擾處理技術(shù)，能夠為汽車在行駛過程中減少和避免其他信號的干擾提供充分的保障，但各有各的優(yōu)點和缺點。三是控制系統(tǒng)的模塊化處理。由于不同的車型對軟件和硬件的需求不同，如何實際汽車制動系統(tǒng)的兼容性，以適應(yīng)各種車型的需要，從而實現(xiàn)模塊化處理，是一個重要的難題。
4 結(jié)語
BBW系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠在最大限度范圍內(nèi)提高汽車制動的安全性，對汽車制動系統(tǒng)的未來發(fā)展具有十分重要的作用。BBW是未來制動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。尤其是近年來隨著電子元件成本的一路下滑，機電一體化已經(jīng)不再是難以企及的高昴技術(shù)與設(shè)備，不僅是汽車制造業(yè)，更會在各行業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的運用，從而使人們的生活越來越便捷，越來越舒服，也越來越安全。
參考文獻
關(guān)鍵詞：機電一體化 主功能 動力功能信息處理功能 控制功能
一、機電一體化的基本概念
機電一體化是在以機械、電子技術(shù)和計算機科學(xué)為主的多門學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合過程中逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興邊緣技術(shù)學(xué)科，而機電一體化產(chǎn)品是在機械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，采用微電子技術(shù)和計算機技術(shù)生產(chǎn)出來的新一代產(chǎn)品。機電一體化技術(shù)同時也是工程領(lǐng)域不同種類技術(shù)的綜合及集合，它是建立在機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機和信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種高新技術(shù)。與傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品相比，機電一體化產(chǎn)品具有下述優(yōu)越性。
（一）使用安全性和可靠性提高。機電一體化產(chǎn)品一般都具有自動監(jiān)視、報警、自動診斷、自動保護等功能。在工作過程中，遇到過載、過壓、過流、短路等電力故障時，能自動采取保護措施，避免和減少人身和設(shè)備事故，顯著提高設(shè)備的使用安全性。
（二）生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高。機電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動控制系統(tǒng)可精確地保證機械的執(zhí)行機構(gòu)按照設(shè)計的要求完成預(yù)定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和產(chǎn)品的合格率。同時，由于機電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)了工作的自動化，使得生產(chǎn)能力大大提高。
（三）使用性能改善。機電一體化產(chǎn)品普遍采用程序控制和數(shù)字顯示，操作按鈕和手柄數(shù)量顯著減少，使得操作大大簡化并且方便、簡單。機電一體化產(chǎn)品的工作過程根據(jù)預(yù)設(shè)的程序逐步由電子控制系統(tǒng)指揮實現(xiàn)，系統(tǒng)可重復(fù)實現(xiàn)全部動作。高級的機電一體化產(chǎn)品可通過被控對象的數(shù)學(xué)模型以及外界參數(shù)的變化隨機自尋最佳工作程序，實現(xiàn)自動最優(yōu)化操作。
（四） 具有復(fù)合功能并且適用面廣。機電一體化產(chǎn)品跳出了機電產(chǎn)品的單技術(shù)和單功能限制，具有復(fù)合技術(shù)和復(fù)合功能，使產(chǎn)品的功能水平和自動化程度大大提高。機電一體化產(chǎn)品一般具有自動化控制、自動補償、自動校驗、自動調(diào)節(jié)、自動保護和智能化等多種功能，能應(yīng)用于不同的場合和不同領(lǐng)域，滿足用戶需求的應(yīng)變能力較強。
（五）調(diào)整和維護方便。機電一體化產(chǎn)品在安裝調(diào)試時，可通過改變控制程序來實現(xiàn)工作方式的改變，以適應(yīng)不同用戶對象的需要以及現(xiàn)場參數(shù)變化的需要。這些控制程序可通過多種手段輸入到機電一體化產(chǎn)品的控制系統(tǒng)中，而不需要改變產(chǎn)品中的任何部件或零件。對于具有存儲功能的機電一體化產(chǎn)品， 可以事先存入若干套不同的執(zhí)行程序，然后根據(jù)不同的工作對象，只需給定一個代碼信號輸入，即可按指定的預(yù)定程序進行自動工作。機電一體化產(chǎn)品的自動化檢驗和自動監(jiān)視功能可對工作過程中出現(xiàn)的故障自動采取措施，使工作恢復(fù)正常。
機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用范圍非常廣泛，涉及到工業(yè)生產(chǎn)過程的所有領(lǐng)域，因此，機電一體化產(chǎn)品的種類很多，而且還在不斷地增加。按照機電一體化產(chǎn)品的功能，可以將其分成下述幾類。
①數(shù)控機械類。主要產(chǎn)品包括數(shù)控機床、機器人、發(fā)動機控制系統(tǒng)以及全自動洗衣機等。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為機械裝置。②電子設(shè)備類。主要產(chǎn)品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為電子裝置。③機電結(jié)合類。主要產(chǎn)品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT 掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為電子裝置和機械裝置的有機結(jié)合。④電液伺服類。主要產(chǎn)品為機電液一體化的伺服裝置， 如電子伺服萬能材料試驗機。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為液壓驅(qū)動的機械裝置，控制機構(gòu)是接受電信號的液壓伺服閥。⑤信息控制類。主要產(chǎn)品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復(fù)印機等。這類產(chǎn)品的主要特點是執(zhí)行機構(gòu)的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外，機電一體化產(chǎn)品還可根據(jù)機電技術(shù)的結(jié)合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類。
二、機電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成及特點
機電一體化產(chǎn)品的功能是通過其內(nèi)部各組成部分功能的協(xié)調(diào)和綜合來共同實現(xiàn)的。從其結(jié)構(gòu)來看，機電一體化產(chǎn)品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現(xiàn)這種多功能一般需要機電一體化產(chǎn)品具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執(zhí)行功能，而實現(xiàn)這些功能的各個組成部分及其技術(shù)就構(gòu)成了機電一體化產(chǎn)品的總體或系統(tǒng)。
（一）機械系統(tǒng)。機電一體化產(chǎn)品的機械系統(tǒng)包括機身、框架、機械傳動和聯(lián)接等機械部分。這部分是實現(xiàn)產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)， 因此對機械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求， 需在結(jié)構(gòu)、材料、工藝加工及幾何尺寸等方面滿足機電一體化產(chǎn)品高效、多功能、可靠、節(jié)能和小型輕量等要求。
（二）動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)為機電一體化產(chǎn)品提供能量和動力功能，去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能。動力系統(tǒng)包括電、液、氣等動力源。機電一體化產(chǎn)品以電能利用為主，包括電源、電動機及驅(qū)動電路等。
（三）傳感與檢測系統(tǒng)。傳感器的作用是將機電一體化產(chǎn)品在運行過程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統(tǒng)的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產(chǎn)品提供運行控制所需的各種信息。傳感與檢測系統(tǒng)的功能一般由測量儀器或儀表來實現(xiàn)，對其要求是體積小、便于安裝與聯(lián)接、檢測精度高、抗干擾等。
【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)教學(xué)法；機電一體化；應(yīng)用
1.引言
機電一體化技術(shù)是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)和保證，在推動我國經(jīng)濟社會發(fā)展中起到了重要的作用，同時越來越高的自動化水平也是目前世界經(jīng)濟社會發(fā)展的一個重要趨勢。機電一體化，主要是指將機械、電子、通信、控制等方面的內(nèi)容整合在一起，是實現(xiàn)工業(yè)化機械控制的自動化管理的重要途徑，其發(fā)展呈現(xiàn)出顯著的智能化、自動化趨勢。然而，由于機電一體化教學(xué)具有較為復(fù)雜的課程設(shè)置和枯燥的課程內(nèi)容，因此在實際的課程教學(xué)中很難充分的調(diào)動起學(xué)生的積極性，對于實際的教學(xué)效果也就大打折扣。系統(tǒng)教學(xué)法的應(yīng)用可以推動機電一體化教學(xué)的實際應(yīng)用化發(fā)展，使得教學(xué)的內(nèi)容更加切進實際，對于提高教學(xué)的效果具有很大的幫助。
2.系統(tǒng)教學(xué)法
系統(tǒng)教學(xué)法，指的是整個的教學(xué)實踐的過程是以一個系統(tǒng)化的教學(xué)平臺為基礎(chǔ)的，并且根據(jù)機電一體化培養(yǎng)方案對學(xué)生從系統(tǒng)化的角度進行知識的講解和分析，以加強學(xué)生對于知識的理解能力和對于知識學(xué)習(xí)的興趣。系統(tǒng)教學(xué)法的主要特點是能夠立足于一個系統(tǒng)化的概念，將全部的教學(xué)實踐都集中于這個系統(tǒng)化的概念周圍，在教學(xué)中樹立起一個系統(tǒng)化的概念，以更好的幫助學(xué)生建立起對于課程知識的整體、系統(tǒng)化的結(jié)構(gòu)，形成對于所學(xué)知識的貫穿和連貫，其強調(diào)的是學(xué)科知識學(xué)習(xí)的整體性和系統(tǒng)化。
系統(tǒng)教學(xué)法的實現(xiàn)是基于系統(tǒng)化的概念，學(xué)生在通過系統(tǒng)化的知識學(xué)習(xí)后，能夠?qū)⑺鶎W(xué)到的知識轉(zhuǎn)移到另外一個系統(tǒng)中，并且結(jié)合系統(tǒng)中不同部分之間的關(guān)聯(lián)，對整個系統(tǒng)的各個部分的功能和作用進行詳細的研究。運用系統(tǒng)教學(xué)法對于任課教師提出了更高的要求，其不僅要求教師具備較高的專業(yè)技能和理論知識，同時還需要教師在教學(xué)的環(huán)節(jié)中充分調(diào)動起學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性，同時在教學(xué)的過程中不斷的給學(xué)生灌輸技術(shù)學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的思想。對于培養(yǎng)學(xué)生的社會競爭能力，提高學(xué)生參與社會實踐的積極性有著重要的作用。尤其是在未來的工作中，所要涉及到的知識和內(nèi)容較多，系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)有利于學(xué)生今后的進一步學(xué)習(xí)。
3.系統(tǒng)教學(xué)法在機電一體化教學(xué)中應(yīng)用的必要性
在以往的傳統(tǒng)機電一體化教學(xué)實踐中，通常情況下是設(shè)置某一門課程作為整個教學(xué)的中心，過分的追求該課程的教學(xué)完整性，對于整個的課程教學(xué)體系則容易忽略，因此，也就造成了機電一體化教學(xué)缺乏基本的系統(tǒng)性和完整性。然而，系統(tǒng)教學(xué)法正是克服了傳統(tǒng)教學(xué)法的這一缺點，其運用系統(tǒng)化的觀點對整個教學(xué)環(huán)節(jié)進行理解，從整體的角度對知識點進行串聯(lián)，打破以前的學(xué)科阻隔，對于培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)化、整體的思考能力有著十分重要的意義。針對機電一體化的傳統(tǒng)教學(xué)法和系統(tǒng)化教學(xué)法，其區(qū)別主要有：
首先，傳統(tǒng)教學(xué)法一般在教學(xué)的過程中都需要嚴(yán)格的遵照循序漸進的順序進行，依次按照基礎(chǔ)課、專業(yè)課基礎(chǔ)課、專業(yè)課的順序進行學(xué)習(xí)，其開始的基礎(chǔ)課程相互之間是獨立的，通過最后的專業(yè)課將基礎(chǔ)課程聯(lián)系起來。而且在具體的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，同樣采取的是逐步過度的方式進行，從理論學(xué)習(xí)到實踐需要一個較長的時間過程。例如常見的關(guān)于強電知識的講解就需要首先對強電的理論知識和基本概念進行講解和分析，然后對強電中涉及到的相關(guān)的定理、結(jié)論進行分析，最后再通過對某個元器件的分析將所學(xué)的理論知識應(yīng)用到其中。在整個傳統(tǒng)的機電一體化教學(xué)實踐中，看似采取的是學(xué)生容易接受的方式，然而實際上這種教學(xué)方式在形式上過分的強調(diào)各個部分的獨立性，而對于學(xué)科的系統(tǒng)性和整體性的概念缺乏分析，學(xué)生在學(xué)習(xí)完成后無法形成自己獨立的知識體系，最終導(dǎo)致的就是學(xué)生在遇到實際的問題時無法通過已經(jīng)學(xué)習(xí)到的理論知識對問題進行分析，這也就失去了理論教學(xué)的真正意義。
然而，系統(tǒng)教學(xué)法則是在整個教學(xué)過程中更加注重對于教學(xué)實踐整體性的把握，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不僅僅是學(xué)習(xí)理論知識，同時更多的是對整個學(xué)科進行完整的學(xué)習(xí)，解決學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中遇到的各種不同的問題，包括對于學(xué)習(xí)的動機、學(xué)科的應(yīng)用等疑問的解答，這些看似很小的問題都會對學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性產(chǎn)生重要的影響，對于充分激發(fā)和調(diào)動學(xué)生參與課堂教學(xué)、提高學(xué)習(xí)積極性起到至關(guān)重要的作用，同時能夠幫助學(xué)生對知識形成一定的連貫性，加強學(xué)科內(nèi)部以及學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)。在課程教學(xué)的內(nèi)容設(shè)置上，系統(tǒng)教學(xué)法更加注重課程設(shè)置與教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的結(jié)合，根據(jù)社會對于機電一體化人才的實際需求來制定相應(yīng)的培養(yǎng)方案，然后在這樣一個系統(tǒng)化的框架內(nèi)進行知識的整合，既包括本學(xué)科內(nèi)的知識同時也包括交叉學(xué)科的內(nèi)容。同時，系統(tǒng)教學(xué)法的實際教學(xué)環(huán)節(jié)采用的是一個類似于實際生產(chǎn)線的平臺，學(xué)生在實際的操作過程中學(xué)習(xí)相關(guān)的知識，并且教師根據(jù)實際的操作平臺對有關(guān)的知識和概念進行詳細的分析和講解，然后學(xué)習(xí)將知識結(jié)合到具體的平臺中進行應(yīng)用，同時可以迅速的對所學(xué)的知識進行反饋，對于存在的問題可以及時的進行解決。在課程安排中，系統(tǒng)教學(xué)法以一個整體的系統(tǒng)作為各個課程設(shè)置的核心，并且遵循從系統(tǒng)到局部，再從局部到系統(tǒng)的順序進行。系統(tǒng)教學(xué)法對于提高學(xué)生課堂參與的積極性有著十分重要的作用。
4.系統(tǒng)教學(xué)法在機電一體化教學(xué)中的應(yīng)用
以往的傳統(tǒng)教學(xué)法在課程設(shè)置和實踐與理論相結(jié)合的環(huán)節(jié)存在著較大的不合理性，造成了學(xué)生對于知識的學(xué)習(xí)缺乏有效的貫通與融合，在實際的運用過程中也存在著諸多問題，使得教學(xué)的實際效果事倍功半。在具體的項目教學(xué)法應(yīng)用過程中，其主要受到班級教學(xué)人數(shù)的限制，要求參與教學(xué)的人數(shù)不能夠太多。根據(jù)眾多的實踐研究表明，系統(tǒng)教學(xué)法在教學(xué)的實際效果方面比傳統(tǒng)的教學(xué)法有較高的優(yōu)勢，對于提高教學(xué)的質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
首先，需要構(gòu)建系統(tǒng)化的教學(xué)內(nèi)容體系。系統(tǒng)化教學(xué)的關(guān)鍵就是能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的整體化和系統(tǒng)化，因此首先需要對教學(xué)的內(nèi)容進行系統(tǒng)化設(shè)計，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，并且充分體現(xiàn)市場對于人才的需求，使得整個課程的設(shè)置圍繞一個整個的系統(tǒng)核心進行，并且在具體的實施過程中不拘一格，此種方法可以有效的提高學(xué)生的課堂參與積極性，同時對于培養(yǎng)學(xué)生的實際知識應(yīng)用能力有著重要的意義。
其次，在系統(tǒng)教學(xué)法的實際應(yīng)用過程中，需要從系統(tǒng)的角度入手，同時結(jié)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能等方面對學(xué)生進行分析和講解，然后教師選擇某一個模塊對學(xué)生進行進一步的分析，最終實現(xiàn)對于整個教學(xué)學(xué)科內(nèi)容的系統(tǒng)化學(xué)習(xí)。而且在整個系統(tǒng)化教學(xué)的過程中，相關(guān)的教務(wù)部門起到至關(guān)重要的作用，需要相關(guān)部門切實履行責(zé)任，做好系統(tǒng)化教學(xué)的基礎(chǔ)工作。
5.結(jié)束語
系統(tǒng)化教學(xué)法在機電一體化教學(xué)中的應(yīng)用能夠有效的提高學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性，對于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力至關(guān)重要。
參考文獻
[1]段向軍.系統(tǒng)教學(xué)法及其在課程改革中的應(yīng)用[J].職業(yè)教育研究，2009，07.
一、本課程性質(zhì)、地位和任務(wù)
性質(zhì)：《機械工程控制基礎(chǔ)》是機電一體化專業(yè)本科段計劃規(guī)定必考的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。其目的在于使考生能以動態(tài)的觀點而不是靜態(tài)的觀點去看待一個機械工程系統(tǒng)。
地位和任務(wù)：其從信息的傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋角度來分析系統(tǒng)的動態(tài)行為；為采用控制的觀點和思想方法解決生產(chǎn)過程中存在的問題以及為了使系統(tǒng)按預(yù)定的規(guī)律運動，達到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)，實現(xiàn)最佳控制打下基礎(chǔ)；也為后續(xù)課程以及從事機電一體化系統(tǒng)設(shè)計打下理論基礎(chǔ)。
二、課程教學(xué)的基本要求：
1、深刻理解并熟練掌握采用集中參數(shù)法建立機、電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；拉普拉斯變換在工程中的應(yīng)用；傳遞函數(shù)與方塊圖的求得、簡化和演算等。
2、深刻理解聞熟練掌握典型系統(tǒng)（特別是一階系統(tǒng)）的時域和頻域特性。
3、掌握判別線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念和常用判據(jù)的基本方法，并能判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
4、了解系統(tǒng)識別的基本原理及相應(yīng)的方法。
5、掌握線性系統(tǒng)性能指標(biāo)以及相應(yīng)的系統(tǒng)綜合校正的方法。
三、本課程與其他課程的關(guān)系
學(xué)習(xí)本課程之前考生應(yīng)具有一定的數(shù)學(xué)、力學(xué)和電工學(xué)基礎(chǔ)，同時應(yīng)具有一定的機械工程基礎(chǔ)知識，以便使考生順利掌握機械工程教學(xué)模型的建立以信相應(yīng)的運算。
四、教學(xué)實數(shù)分配表
適
用
專
業(yè)
章節(jié)
序號
章節(jié)名稱
課堂
講授
其它
（練習(xí)）
小計
機電一體化專業(yè)
一
緒論
1
22
二
拉普拉斯變換的數(shù)學(xué)方法
6
三
系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
6
四
系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)與誤差分析
6
五
系統(tǒng)的頻率特性
6
六
系統(tǒng)的穩(wěn)定性
5
七
機械工程控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計
4
合計
34
22
56
五、大綱內(nèi)容
第1章
緒論
一、教學(xué)目的：
通過本章學(xué)習(xí)了解機械控制工程的基本概念，它的研究對象及任務(wù)。了解系統(tǒng)的信息傳遞、反饋和反饋控制的概念及控制系統(tǒng)的分類。本章中介紹的一些技術(shù)上的名詞術(shù)語、定義等以后章節(jié)會經(jīng)常用到需要熟記。
二、教學(xué)內(nèi)容：
1、機械工程控制的基本含義
2、機械工程系統(tǒng)中信息傳遞、反饋以信反饋控制的概念
3、本課程特點及內(nèi)容簡介
三、教學(xué)重點：
1、機械工程控制的基本含義。
2、信息的傳遞、反饋及反饋控制的概念。
第2章
拉普拉斯變換的數(shù)學(xué)方法
一、教學(xué)目的：
通過本章的學(xué)習(xí)明確拉普拉斯（簡稱拉氏）變換是分析研究線性動態(tài)系統(tǒng)的有力工具，通過拉氏變換將時域的微分方程變換為復(fù)數(shù)域的代數(shù)方程，掌握拉氏變換的定義，并用定義求常用函數(shù)的拉氏變換，會查拉氏變換表，掌握拉氏變換的重要性質(zhì)及其應(yīng)用，掌握用部分分式法求拉氏變換的方法以及了解用拉氏變換求解線性微分方程的方法。
二、教學(xué)內(nèi)容：
1、復(fù)數(shù)和復(fù)變函數(shù)
2、拉氏變換及拉氏反變換的定義
3、典型時間函數(shù)的拉氏變換
4、拉氏變換的性質(zhì)
5、拉氏反變換的數(shù)學(xué)方法
6、用拉氏變換解常微分方程
三、教學(xué)重點：
拉氏變換的定義，用拉氏變換的定義求常用函數(shù)的拉氏變換，拉氏變換的性質(zhì)及其應(yīng)用部分分式法求拉氏反變換的方法，用拉氏變換法解常微分方程。
第3章
系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
一、教學(xué)目的：
通過本章學(xué)習(xí)明確為了分析、研究機械工程系統(tǒng)（特別是機、電綜合系統(tǒng)）的動態(tài)特性，或者對它們進行控制，最重要的一步首先是建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，明確數(shù)學(xué)模型的含義，掌握采用解析方法建立一些簡單機、電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，傳遞函數(shù)定義、特點及推導(dǎo)方法，方塊圖及其簡化法則。了解信號流圖及梅遜公式的應(yīng)用，以及數(shù)學(xué)模型傳遞函數(shù)、方塊圖和信號流程圖之間的關(guān)系。
二、教學(xué)內(nèi)容：
1、概述
2、系統(tǒng)微分方程的建立
3、傳遞函數(shù)
4、方塊圖及動態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成
5、機、電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
6、系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述
三、教學(xué)重點：
建立簡單機電系統(tǒng)的微分方程，運用綜合基礎(chǔ)知識，對系統(tǒng)正確地取分離體并分析受力，注意力和方向，列寫系統(tǒng)微分方程。建立系統(tǒng)傳遞函數(shù)概念，系統(tǒng)構(gòu)成及其傳遞函數(shù)，方塊圖簡化及其繪制。
第4章
系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)與誤差分析
一、教學(xué)目的：
通過本章學(xué)習(xí)明確一個系統(tǒng)，在建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（包括微分方程和傳遞函數(shù)）之后就可以采用不同的方法來分析和研究系統(tǒng)的動態(tài)性能，時域分析是重要的方法之一，明確系統(tǒng)在外加作用激勵下，根據(jù)所描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，求出系統(tǒng)的輸出量隨時間變化的規(guī)律，并由此確定系統(tǒng)的性能，明確系統(tǒng)的時間響應(yīng)及其組成，脈沖響應(yīng)函數(shù)的概念，掌握一階、二階系統(tǒng)的典型時間響應(yīng)和高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)以及主導(dǎo)極點的概念，系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差的計算以及與系統(tǒng)型次的關(guān)系。
二、教學(xué)內(nèi)容：
1、時間響應(yīng)
2、一階系統(tǒng)的時間響應(yīng)
3、二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)
4、高階系統(tǒng)動態(tài)分析
5、瞬態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)
6、系統(tǒng)誤差分析
三、教學(xué)重點：
本章時間響應(yīng)的基本概念，一階系統(tǒng)的時間呼應(yīng)，二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)及性能指標(biāo)，誤差分析，誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的定義，位置誤差，速度誤差的計算，干擾作用下的系統(tǒng)誤差計算。
第5章系統(tǒng)的頻率特性
一、教學(xué)目的：
通過本章學(xué)習(xí)明確頻率特性的基本概念，頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系，系統(tǒng)的動剛度與動柔度的概念，掌握頻率特性的兩種表示方法以及頻率特性與時間響應(yīng)之間的關(guān)系，各基本環(huán)節(jié)及系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖和伯德釁的畫法，閉環(huán)頻率特性及相應(yīng)的性能指標(biāo)，為頻域分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及綜合校正打下基礎(chǔ)。
二、教學(xué)內(nèi)容：
1、頻率特性
2、頻率特性的對數(shù)坐標(biāo)圖（伯德圖）
3、頻率特性的極坐標(biāo)圖（乃奎斯特圖）
4、最小相位系統(tǒng)的概念
5、閉環(huán)頻率特性與頻域性能指標(biāo)
6、系統(tǒng)辨識
三、教學(xué)重點：
頻率特性的基本概念及其兩種表示方法、畫法及特點，閉環(huán)頻率特性的性能指標(biāo)及其計算方法。
第6章系統(tǒng)的穩(wěn)定性
一、教學(xué)目的：
通過本章學(xué)習(xí)明確穩(wěn)定性的概念，掌握判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本準(zhǔn)則，掌握勞斯一胡爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)和乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù)以及系統(tǒng)相對穩(wěn)定性的概念。
二、教學(xué)內(nèi)容：
1、穩(wěn)定性
2、勞斯一胡爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)
3、乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)
4、系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性
三、教學(xué)重點：
系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念，勞斯一胡爾維茨判穩(wěn)的方法，乃奎斯特判穩(wěn)的方法，相位裕量和幅值程度的概念及計算方法和表示。
第7張機械一程控制系統(tǒng)的技術(shù)與設(shè)計
一、教學(xué)目的：
通過本章學(xué)習(xí)明確在預(yù)先規(guī)定了系統(tǒng)的性能指標(biāo)情況下，如何選擇適當(dāng)?shù)男Ｕh(huán)節(jié)和參數(shù)使系統(tǒng)滿足這些要求，因此應(yīng)掌握系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)、頻域性能指標(biāo)以及它們之間
的相互關(guān)系，各種校正方法的實現(xiàn)。
二、教學(xué)內(nèi)容：
1、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及校正方式
2、控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正
3、反饋和順饋校正
4、PID校正器的設(shè)計
三、本章重點：
各種性能指標(biāo)的含義及算法，校正的概念，各種校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其特點。
六、教材與主要參考書
1.教材
機械工程控制基礎(chǔ)，陳康寧主編，西安交通大學(xué)出版社，1999年。
2.主要參考書
[1]機械工程控制基礎(chǔ)，王馨、陳康寧主編，西安交通大學(xué)出版社，1992年。
