淺談機電一體化技術原理及其發展方向

張杰

（身份證號：130103198009240933）

淺談機電一體化技術原理及其發展方向

張杰

（身份證號：130103198009240933）

本文淺述了機電一體化的五大要素及四大工作原則，對機電一體化技術的發展方向及前景進行了綜合的闡述。

機電一體化；技術原理；發展方向

隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發展，成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、傳感檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統技術，目前正向光機電一體化技術方向發展，應用范圍愈來愈廣，現代化的自動生產設備幾乎可說都是機電一體化的設備。

1 機電一體化系統的五大組成要素

機電一體化系統一般可分為機械本體、動力驅動部分、檢測傳感部分、控制及信息處理部分和執行機構五個組成部分，即一個機電一體化系統中一般由結構組成要素、動力組成要素、感知組成要素、職能組成要素、運動組成要素五大組成要素有機結合而成。

（1）機械本體（結構組成要素）是系統的所有功能要素的機械支持結構，一般包括機身、框架、支撐、聯接等。

（2）動力驅動部分（動力組成要素）依據系統控制要求，為系統提供能量和動力以使系統正常運行。

（3）檢測傳感部分（感知組成要素）對系統的運行所需要的本身和外部環境的各種參數和狀態進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經過分析、處理后產生相應的控制信息。

（4）控制及信息處理部分（職能組成要素）將來自檢測傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結果和規定的程序與節奏發出相應的指令，控制整個系統有目的的運行。

（5）執行機構（運動組成要素）根據控制及信息處理部分發出的指令，完成規定的動作和功能。

2 機電一體化技術的四大原則

構成機電一體化系統的五大組成要素其內部及相互之間都必須遵循接口耦合、能量轉換、運動傳遞與信息控制四大原則。

（1）接口耦合：兩個需要進行信息交換和傳遞的環節之間，由于信息模式不同（數字量與模擬量，串行碼與并行碼，連續脈沖與序列脈沖等）無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實現。而兩個信號強弱相差懸殊的環節之間，也必須通過接口耦合后，才能匹配。變換放大后的信號要在兩個環節之間可靠、快速、準確的交換、傳遞，必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規范才行，因此接口耦合時就必須具有保證信息的邏輯控制功能，使信息按規定的模式進行交換與傳遞。

（2）能量轉換：兩個需要進行傳輸和交換的環節之間，由于模式不同而無法直接進行能量的轉換和交流，必須進行能量的轉換，能量的轉換包括執行器，驅動器和他們的不同類型能量的最優轉換方法及原理。

（3）運動傳遞：運動傳遞使構成機電一體化系統各組成要素之間，不同類型運動的變換與傳輸以及以運動控制為目的的優化。

（4）信息控制：在系統中，所謂智能組成要素的系統控制單元，在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運算、判斷、決策，以達到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統還包含了知識獲得、推理機制以及自學習功能等知識驅動功能。

3 機電一體化技術的發展方向

（1）智能化。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上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。

（2）模塊化。模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化將給機電一體化企業帶來美好的前程。

（3）網絡化。20世紀90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。因此，機電一體化產品無疑將朝著網絡化方向發展。

（4）微型化。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優勢。微機電一體化發展的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。

（5）系統化。系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。

（6）綠色化。機電一體化產品的綠色化主要是指，使用時不污染生態環境，報廢后能回收利用。綠色產品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環境保護和人類健康的要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產品，具有遠大的發展前途。

4 結語

機電一體化的出現不是孤立的，它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

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1673-0038（2015）33-0248-01

2015-7-19