浅析机电一体化

浅析机电一体化

马伯昆

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摘要：机电一体化设计与传统的机械设计和自动控制有很大的不同。特别是计算机控制技术出现后，传统机械的设计有了飞跃。采用计算机控制技术可以大大提高计算机的自动化和智能化水平，并且可以大大简化机械结构。例如，单片机已经渗透到日常家用电器和高科技产品中，PLC用于机械控制可以简化机械结构和控制电路，编程也很简单。

关键词：机电一体化；计算机控制；传感器

1机电一体化的概念

从使用简单的工具到使用现代机器，人类发生了巨大的变化。特别是计算机控制技术出现后，传统机械有了飞跃。

机器应该是机械和电器的结合体。传统的机械工程和自动控制工程应该从专业学习到工程设计相结合。目前，对于机电一体化的定义和概念，很多书籍都是根据国外书籍的定义和概念来引用的。对于国外的概念，基本强调了机器人和数控机床的概念。机器人和数控机床虽然是机电一体化中的代表性产品，但绝不是机电一体化的全部内容，还有很多机械的内容：化工机械、轻工机械、重工业机械、纺织机械等。机电一体化强调机械产品的自动化和智能化。

2具备机电一体化的基本知识

机电一体化涉及广泛的知识。机电一体化设计中经常涉及机械功、液体压力功以及其他理论力学和材料力学。对于机械零件来说，还涉及机械零件加工方法中的一些技术问题。尤其重要的是数控加工技术。零件的加工精度和材料的选择都需要学习。有些机械零件如轴和轴承、齿轮、凸轮、链条、链轮等，可以说是机电一体化设备中应用非常广泛的一类机械零件。零件的学习是我们应该具备的基础。还有自动控制和手动控制的内容，电气电路的基本知识。

3传感器

传感器是一种能够感知被测信息的检测装置，能够将被测信息按照一定的规律转换成电信号或其他需要的信息输出形式，以满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。它是实现自动检测和自动控制的主要环节。

传感器大致可分为两类：物理传感器和化学传感器。它在机电一体化中起着至关重要的作用。常见的传感器有：压力传感器、位移传感器、位置传感器、温度传感器、湿度传感器、气体传感器等。

4执行设备

所谓执行总成，就是把从电源、液压、气压等动力源获得的能量转换成旋转运动或直线运动的装置。所述执行装置主要由执行元件和传动元件组成。主要执行装置有：步进电机装置、伺服电机装置、通用电机装置、液压缸装置、液压马达装置、气动装置、气动马达装置。这些机械装置是控制系统的控制对象，也称为控制系统的执行装置。普通的电机装置也是控制系统的控制对象，如变频器可以控制速度，PLC也可以控制速度和角位移。普通电机控制器的控制精度和效率不如步进电机和伺服电机高，但在一些控制要求不高的机电一体化设备中，目前的应用还是比较广泛的，毕竟普通电机的价格要比步进电机和伺服电机低得多。

5计算机控制

机械设备的控制系统从最初的强电控制到现在的计算机控制，经历了简单的开关控制－继电器控制－单片机控制－单板计算机控制－ PLC控制－ PC控制的过程。事实上，发展到现在，机械设备的控制系统从简单的开关控制、继电器控制到复杂的单片机控制、单板计算机控制、PLC控制、PC控制都有其使用价值。随着时间的推移，使用的比例肯定会按以上顺序排列，前面的越来越少，后面的越来越多。目前，单片机控制和PLC控制系统在机电一体化领域的应用数量应该是最多的。

数控技术是指利用数字指令实现一种或多种机械设备动作的控制技术。它通常控制机械和开关量，如停止，角度，速度，以及物理量，如温度，流量和压力。数控技术与计算机控制技术是相互联系的。数控技术特点：精度高、速度快、可靠性高。

6机电一体化设计方法

机电一体化设计类型可分为：

根据被控对象的不同，进行机电一体化设计；

改进机电一体化设计；

创新机电一体化设计；

不同的机电一体化设计类型也有不同的设计方法。所谓机电一体化设计是根据不同的被控对象，即不同的行业有不同的被控对象。例如，数控机床和包装机械的被控对象基本都是机械动作；在化工机械中，除了加工机械作用外，还有温度、流量、压力、比例控制等物理量；也有化学量作为控制对象，如土壤分析仪分析土壤pH、钙、镁、磷等。当然，最受控制的对象是机械问题。

改进机电一体化设计是一种应用广泛的设计。例如，数控机床在中国普及度不高的主要原因是数控机床的价格过于昂贵，很多企业难以承担这笔费用。因此，对现有机床进行数控改造，提高现有机床的生产效率和质量，节约成本都起到了很好的效果。

在机电一体化设计中，我们主要考虑三个部分的设计：机械部分、控制部分、传感器部分。实际上，为了简化问题，机电一体化的设计思想可以从两个方面来考虑。也就是机械部分和控制部分，因为传感器可以在控制部分一起考虑。时至今日，机械部分的设计仍然是这三部分中最重要的部分。过去，在机电一体化设计的研究和实际工作中，存在着一种错误的认识和看法：认为机械设计直观、简单，控制部分技术含量不高。这是本末倒置。

参考文献：

[1]陈靖.机电一体化技术在企业智能制造中的发展与应用[J].家庭生活指南,2019(07):286.

[2]史胜宇.机械制造业机电一体化发展分析[J].家庭生活指南,2019(07):139.