1、机电控制技术的发展历机电控制技术的发展历史与研究现状史与研究现状第二小组组员第二小组组员: :林亚智林亚智 张双侠张双侠 施施 健健一、引言一、引言n新技术革命新技术革命：以信息技术为中心，提高工作效率为目：以信息技术为中心，提高工作效率为目标。标。n信息技术三大支柱信息技术三大支柱，即：测量与控制技术、计算机技，即：测量与控制技术、计算机技术、通信技术。术、通信技术。在这种新技术革命的影响和冲击下，使机电工业发生了在这种新技术革命的影响和冲击下，使机电工业发生了极大变化。极大变化。 定义定义：机械技术与微电子技术、信息技：机械技术与微电子技术、信息技术相结合，通称术相结合，通称“机电一体化机
2、电一体化”。 例：机床，纯机械工作时，其加工精度、加工能力较低，数控机床后，使其功能增强、性能提高，而且成为可以代替人工操作的自动化机床。二、发展史二、发展史n六十年代，日本通产省为扩大机械功能，在机械上采用电气和电子技术，曾结合数控机床做过不少实验，但末能获得成功。n七十年代，微电子技术成熟，微机商品化，大规模集成电路问世，构成微机的基本单元CPU、ROM、RAM和接口电路已经模块化，自己制造计算机成为可能。机电一体化得以现实。n71年，日刊工业新闻社发行机电一体化入门和机电一体化月刊，专门刊载机电一体化的新产品。n76年，机电一体化正式名字(英文名字是Mechatronics，是由Mech
3、anism的前半部和Electronics后半部缩合而成)，我国现译为机电一体化。n71到78年日本政府颁发机电法和机信法，对机电一体化的发展起到积极推动作用，这个时期称之为萌芽时期。n八十年代，在机信法指导下，机电一体化的产品如雨后春笋不断涌现，这个时期可称之为成长时期。n九十年代，集成度提高，价格下降，机电一体化技术在世界范围内得到迅猛发展，机电一体化技术遍及社会各个领域。全盛时期开始。总结的来说，机电控制技术主要发展历程1 1、数控机床的问世、数控机床的问世, ,写下了写下了“机电一体化控制技术机电一体化控制技术”历历史的第一页史的第一页; ;2.2.微电子技术为微电子技术为“机电一体化
4、控制技术机电一体化控制技术”带来勃勃生机带来勃勃生机; ;3.3.可编程序控制器、可编程序控制器、“电力电子电力电子”等的发展为等的发展为“机电一机电一体化控制技术体化控制技术”提供了坚强基础提供了坚强基础; ;4.4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机电一机电一体化控制技术体化控制技术”跃上新台阶。跃上新台阶。三、现状三、现状 国内情况n我国，目前“机电一体化”技术还相当落后，机械系统有5万个品种，约有2万个品种需要实现程度不同的机电一体化。但是从目前生产的机电产品来看，实现机电一体化的还比较少。例如例如：国内数控机床在机床中总拥有量较少，国外数
5、控机床已占机床总拥有量的3080；国内柔性制造系统、工业机器人等还处于研制阶段。( (一一) )我国我国“机电一体化机电一体化”工作面临的形势工作面临的形势1.我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广，有难度2.我国用机电一体化技术加速产品更新换代，提高市场占有率的呼声高，有压力。3.我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、扰民产品的责任重。 另外，从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长，差距较大，许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求，每年进口量都比较大，因此亟需发展。（二）我国（二）我国“机电一体化机电一体化”工作的任务工作的
6、任务 一是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业；二是大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为我国产业结构和产品结构调整作贡献。总之，机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启我国机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。产品范围产品范围n在新技术革命的浪潮中，自动化技术已深入到社会的在新技术革命的浪潮中，自动化技术已深入到社会的各个方面，有人称之为各个方面，有人称之为 全盘自动化全盘自动化 。n在这些自动化的系统中，主要是由很多种机电一体化在这些自动化的系统中，主要是由很多种机电一体化产品所构成。产品所构成。n从我国将要发
7、展的机械工业产品来分析主要由以下产从我国将要发展的机械工业产品来分析主要由以下产品需要实现程度不同的机电一体化。品需要实现程度不同的机电一体化。n具体地说，包括具体地说，包括: :1._大型成套设备2._数控机床3._仪器仪表电子化4._自动化管理系统5._电子化量具量仪6._工业机器人工业机器人7._电子化家用电器8._电子化电机传动与调整系统9._电子化电站自动装置与开关板10._电子医疗器械11._电子化低压电器12._微电脑控制加热炉13._电子控制汽车或内燃机14._微电脑控制印刷机械15._微电脑控制食品机械或包装机械16._微电脑控制办公机械17._电子式照相机18._电子控制农
8、业机械19._电子控制塑料加工机械20._电子控制电焊机21._计算机辅助设计系统(CAD)22._计算机辅助制造系统(CAM)23._计算机集成制造系统(CIM四、我国发展“机电一体化”的对策目前，我国从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。各自都有一套自己的发展策略。各单位的计划由于受各自立足点、着眼点的限制，难免只考虑局部利益，各主管部门的有关计划和规划，也有统一考虑不足，统筹安排不够的问题，同时缺少综观全局的有权威性的发展计划和战略规划。因此，建议各主管部门责成有关单位在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生
9、产上撞车! ( (一一) )加强统筹安排，协调发展计划加强统筹安排，协调发展计划( (二二) )强化行业管理，发挥强化行业管理，发挥“协会协会”作用作用目前，我国“机电一体化”较热，而按目前的行业划分方法和管理体制，“政出多门”是难哆的。因此，我国有必要明确一个“机电一体化”行业的统管机构，“协会”要进一步扩大领导机构理事会的代表层面和复盖面，要加强办公室、秘书处的建设；要通过其精明干练的办事机构、经济实体，组织“行业”发展计划、战略规划的拟制；指导行业布点布局的调整，进行发展突破口的选择，抓好重点工程的试点和有关项目的发标、招标工作 优化发展环境指通过宣传群众，造成一种社会上下、企业内外都重
10、视、支持“机电一体化”发展的氛围，如尽快为外商到我国投资发展“机电一体化”产业提供方便；尽可能为兴办开发、生产机电一体化产品的高新技术企业开绿灯；尽力为开发、生产机电一体化产品调配好资源要素等。 增大支持力度，在技术政策上，要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展，对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰；大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造，对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造，对有关技术开发、应用项目优先立项、优先支持，对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人员进行表彰奖励等。( (三三) )优化发展环境、增大支持力度优化发展环境、增大支持力度 机电一体化产业复盖面非常
11、广，而我们的财力、人力和物力是有限的，因此我们在抓机电一体化产业发展时不能面面俱到、平铺直叙，而应分清主次，大胆取舍，有所为，有所不为。要注意抓两个层次上的工作。第一个层次是“面上”的工作，即用电子信息技术对传统产业进行改造，在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子(计算机)装置，使“机械”和“电子”技术在浅层次上结合。第二个层次是“提高”工作，即在新产品设计之初，就把“机械”与“电子”统一起来进行考虑，使“机械”与“电子”密不可分，深度结合，生产出来的新产品起码正做到机电一体化。( (四四) )突出发展重点，兼顾突出发展重点，兼顾“两个层次两个层次”五、几个技术问题五、几个技术问题1 1、机械与
12、电子的溶合方式、机械与电子的溶合方式2 2、机械电子的技术构成、机械电子的技术构成3 3、机电一体化的效果、机电一体化的效果1 1、 机械与电子的溶合方式机械与电子的溶合方式n在机械本体上采用电子控制设备实现高在机械本体上采用电子控制设备实现高性能和多功能。如数控机床性能和多功能。如数控机床n用电子技术部分地代替原来由机械组成用电子技术部分地代替原来由机械组成的控制部分，机械技术与电子技术最佳的控制部分，机械技术与电子技术最佳结合。如电子照相机结合。如电子照相机n以电子技术几乎全部代替机械式的信息以电子技术几乎全部代替机械式的信息处理机构，例如：电子表、按扭式电话处理机构，例如：电子表、按扭式
13、电话机。机。n机械部分比较简单，以电子部分开发为机械部分比较简单，以电子部分开发为主的电子与机械共存的产品，使机械结主的电子与机械共存的产品，使机械结构大为简化。如复印机械等。构大为简化。如复印机械等。2 2、机械电子的技术构成、机械电子的技术构成l机电一体化系统的构成可以由右图形象地表示出来。l广义构成：硬件与软件l硬件：机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元传感器传感器执行执行机构机构动力动力人机交互设备人机交互设备计算机计算机3 3、机电一体化的效果、机电一体化的效果机电一体化的效果：机电一体化的效果：功能增多，功能增多，体积减少，体积减少，重量减轻，重量减轻，可靠性提高，可靠性提高，
14、性能价格比大大改善。性能价格比大大改善。A A、性能提高、功能增强、性能提高、功能增强例如，过去精密机床采用的是机械校正，例如，过去精密机床采用的是机械校正，只能校正机床的系统误差，现在数控机只能校正机床的系统误差，现在数控机床，可克服随机误差和系统误差，从而床，可克服随机误差和系统误差，从而可以达到前所未有的高精度。可以达到前所未有的高精度。调整切削阻尼，减少颤振，保证很高的调整切削阻尼，减少颤振，保证很高的生产率与很高的加工表面光洁度。生产率与很高的加工表面光洁度。粗加工与精加工工序集成，深刻地改变粗加工与精加工工序集成，深刻地改变了传统机床的结构布局，冲破了传统的了传统机床的结构布局，冲
15、破了传统的机床按类别的划分。机床按类别的划分。B、结构简化n 因采用微处理机、集成电路、新型传动技术，因采用微处理机、集成电路、新型传动技术，代替电气控制柜和传动装置，使产品体积小，代替电气控制柜和传动装置，使产品体积小，零部件数量减小，结构简化。例如：零部件数量减小，结构简化。例如：n传统的电机控制靠用户，而实现机电一体化传统的电机控制靠用户，而实现机电一体化后出现了无换向器电机，提高了电机寿命，后出现了无换向器电机，提高了电机寿命，缩小了体积。缩小了体积。n“电脑电脑”电动机用单片机控制电机的功率因电动机用单片机控制电机的功率因素，根据负荷情况调节施加的电压，从而解素，根据负荷情况调节施加
16、的电压，从而解决了不少电气传动中的决了不少电气传动中的“大马拉小车大马拉小车”问题，问题，在空载提高效率在空载提高效率30403040，满载提高，满载提高1010。3. 3. 矢量控制异步电动机，采用微型计算矢量控制异步电动机，采用微型计算机对交流异步电动机实现矢量控制，机对交流异步电动机实现矢量控制，使异步电机既具有直流电机一样的调使异步电机既具有直流电机一样的调节特性，而且还具有结构简单、可靠、节特性，而且还具有结构简单、可靠、电机容量不受限制、机械惯性小、体电机容量不受限制、机械惯性小、体积小、效率高等优点。积小、效率高等优点。C、可靠性提高性n在电子元件质量可靠性高的前提在电子元件质量
17、可靠性高的前提下，机电一体化可以改善耐久性，下，机电一体化可以改善耐久性，减少故障。减少故障。n机电一体化产品具有自动监视诊机电一体化产品具有自动监视诊断、安全联锁控制、过负荷及失断、安全联锁控制、过负荷及失控保护、停电对策等，提高了安控保护、停电对策等，提高了安全可靠性全可靠性 D、节约能源n机电一体化的产品，可以节约材料、节机电一体化的产品，可以节约材料、节约能源。例如：约能源。例如：n我国目前各类电风扇的调整器为电磁机我国目前各类电风扇的调整器为电磁机械式，如果用电子式调整器每年全国可械式，如果用电子式调整器每年全国可节约电节约电600600万度；万度；n汽油机电子点火；汽油机电子点火；
18、n液压挖掘机电子节能。液压挖掘机电子节能。E、改善操作 机电一体化产品采用计算机机电一体化产品采用计算机控制，具有数字显示，减少了操控制，具有数字显示，减少了操作按扭及手柄，具有程序控制等作按扭及手柄，具有程序控制等功能，因而可以改善设备操作性功能，因而可以改善设备操作性能，减少训练操作人员时间。能，减少训练操作人员时间。F、提高灵活性（柔性）n机电一体化产品具有更大的灵活机电一体化产品具有更大的灵活性，可以适应用户多样化的要求，性，可以适应用户多样化的要求，是当代新技术革命的一大趋向。是当代新技术革命的一大趋向。n例如，柔性制造系统，和工业机例如，柔性制造系统，和工业机器人对于多品种小批量生
19、产特别器人对于多品种小批量生产特别能发挥它的优越性。能发挥它的优越性。总结总结 机电系统的核心是控制，因此，人们常将机电系统机电系统的核心是控制，因此，人们常将机电系统称为机电控制系统。就技术而言，当今的机电控制技术是称为机电控制系统。就技术而言，当今的机电控制技术是微电子、电力电子、计算机、信息处理、通信、传感检测、微电子、电力电子、计算机、信息处理、通信、传感检测、过程控制、伺服传动、精密机械及自动控制等多种技术相过程控制、伺服传动、精密机械及自动控制等多种技术相互交叉、渗透、融合而成的一种综合性技术。机电控制技互交叉、渗透、融合而成的一种综合性技术。机电控制技术应用的领域，已由最初的离散型制造工业拓宽到连续型术应用的领域，已由最初的离散型制造工业拓宽到连续型流程工业和混合型制造工业。与此同时，机电控制技术还流程工业和混合型制造工业。与此同时，机电控制技术还与人们的生产和生活的方方面面密不可分。可以说，机电与人们的生产和生活的方方面面密不可分。可以说，机电控制技术是无所不在的。对企业来说，掌握机电控制技术控制技术是无所不在的。对企业来说，掌握机电控制技术的目的在于开发出各式各样的机电控制系统，提升企业的的目的在于开发出各式各样的机电控制系统，提升企业的竞争能力，为企业带来明显的经济效益和社会效益竞争能力，为企业带来明显的经济效益和社会效益。
