机电一体化基本概念大全11篇

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中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1机电一体化概述

1.1基本概念

机电一体化的英文单词是Mechatronics。它分别取了机械技术（Mechanics）的前半部分和电子技术（Electron-ics）的后半部分。通常，我们认为机电一体化技术是机械技术、电子技术、信息技术的有机结合，又称之为机械电子技术。

1.2五要素和四原则

五要素——机电一体化系统的硬件组成：指的是机电一体化系统的五大组成要素，具体包括结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素。（1）结构组成要素：系统的框架、支撑、定位、联接部件。（2）动力组成要素：为系统提供能量、动力维护运行的部件。（3）感知组成要素：对系统内外各种状况进行检测、转换、传输、分析、处理，产生控制信息。（4）智能组成要素：将感知组成要素传来的控制信息进行汇总、存储、分析、处理，发出指令。（5）运动组成要素：根据智能组成要素发出的指令，完成既定的执行功能。

四原则——机电一体化系统的运作规律：指的是五大组成要素在互相作用时必须遵循的结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。（1）接口耦合：信息交换涉及到的两个环节，通过接口耦合来解决信息模式不兼容而不能传递的问题。（2）能量转换：这也是两个环节由于模式不兼容的问题导致无法直接进行能量转换。（3）信息控制：智能组成要素完成信息的采集、传输、存储等操作。（4）运动传递：机电一体化系统的各组成要素之间通过运动传递原则达到优化不同类型运动的变换与传输。

2机电一体化的应用

机电一体化的不断发展，实现了产品整体优化，也实现了产品质量提升、生产效率提高。在新产品的生产和准备周期上，机电一体化也有其巨大优势。

2.1机电一体化在现代机械制造业中的应用

与建立在规模经济基础上，依靠规模、产量来争取竞争优势的传统机械制造业不同，先进机械制造业强调以信息为主导。表一为传统机械制造业与先进机械制造业的类比。

表一 传统机械制造业与先进机械制造业类比

本质

竞争优势

综合特点

传统机械制造业

规模经济

1、企业规模大；

2、生产批量；

3、产品结构和重复性取胜；

4、资源利用率高。

1、专业加工复杂；

2、机器替代人力。

先进机械制造业

信息产业

1、先进生产模式；

2、先进制造系统；

3、先进制造技术；

4、先进组织管理形式。

1、全球化、网络化

2、虚拟化、智能化、

3、环保协调

2.2在饮料行业中的应用

机电一体化应于食品、饮料行业已经有很长的历史了。在包装机械的开发设计和制造中，机电一体化技术发挥了非常大的作用，它的出现使包装生产线的各项指标（如自动化水平、系统控制水平、生产能力）得到了极大的提高，竞争力产生了质的飞越，远远超过同类传统的机械设备，同时也使单机的自动化程度大大提高。

2.3在钢铁企业中的应用

机电一体化技术在钢铁企业中的应用有很多。在钢铁生产的全局控制中，计算机集成制造系统（CIMS）发挥重要的作用。CIMS将生产管理的各项宏观与微观过程与人有机地联系在一起，实现了生产要素的统筹管理。在钢铁生产的传动环节，交流传动技术一出现就受到各大厂家的青睐，它使矢量控制技术得以在实现。其于交流传动技术在调速方面的巨大优势，它取代传统的直流传动指日可待。

3机电一体化产品举例

以数控机床为例，阐述机电一体化产品的实际应用。

数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量等技术，是一种高效率、高精度、多功能的先进机床，与传统机床相比有巨大优势，取代传统机床是大势所趋，是成本、技术和时间问题。

图1为数控机床工作过程原理图，图2为数控机床的组成结构。

图1 数控机床工作过程原理图

图2 数控机床的组成

4机电一体化的发展趋势

随着机电一体化越来越广泛的应用，各行各业都不断涌现出机电一体化的应用实例。每每出现机电一体化的产品，都会引起一场革命，造成一个行业的蓬勃发展或者另一个落后产业的加速衰亡。

随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。

未来，机电一体化的发展趋势不可避免地向以下几个方面发展。

4.1智能化

机电一体化技术越来越成熟。首先表现在其智能化程度越来越高，甚至具备了一定的AI（人工智能，Artificial Intelligence）能力。这给用户在使用、维护上带来了极大的方便。

4.2数字化

机电一体化产品也将会更数字化，如数控机床和机器人，这也是进一步增强机电一体化产品可靠性、通用性、可操作性的重要保障。

4.3模块化

产品配件模块化的最主要好处是使产品配件标准化、系列化，不仅更加容易应用于工业生产，也使接口规则更加简单和体系化。现阶段机电一体化蓬勃发展但仍处于初级阶段，产品种类繁多而不成体系，模块化这项工作潜力巨大。

5结 语

机电一体化技术是机械技术、电子技术、信息技术的有机结合。机电一体化在各行各业中的应用越来越广泛，产品层出不穷，引领各行各业发生翻天覆地的改变。机电一体化在未来不可避免地向智能数字、模块设计生产、互联共享、人性便携和环保绿色等方向发展。

参考文献

[1]顾京.现代机床设备[M].北京：化学工业出版社，2001

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[中图分类号] G41 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0040-02

课程是军队任职院校构建人才培养体系的基本单元，也是人才培养过程的基本载体。课程教学设计是对教学实施的系统构思，通过教学设计将教育理念、教学方法与任职教育实践结合起来，对于保证教学活动的顺利进行，提高教学质量有着至关重要的作用。只有优化教学设计，才能形成人才培养优势。[1]因此，任职教育的课程教学设计必须突出任职教育特点，达到改善认知结构、培养任职能力、提高综合素质的目的。

一、课程的性质与地位

机电一体化技术课程是依据光学引导专业士官人才培养目标的需求而设置的一门课程，是士官大专光学引导专业的一门任职基础课程，属于理论性和实践性都较强的主干课程，计划60学时。本课程在整个课程体系中处于承上启下的地位。一方面，它是对前面所学通用基础课程的一个归纳提炼；另一方面，它又为后续的任职岗位课程奠定基础。本课程的主要任务在于为学员操控、保养、修理光学引导设备奠定电气与自动控制方面的理论基础，树立理论联系实装的观点，提高学员运用理论知识分析、排查设备故障的能力。学习好本课程，对促进学员自身专业技能的提高，履行好岗位职责有重要作用。

二、教学对象分析

本课程的教学对象为士官大专学员。通过近几期的教学情况分析，教学对象有如下几个共同的特点。

（一）学员人数少

由于专业所限，每期学员目前只有6-10人，课堂秩序比较好管理，实验分组比较容易，利于开展实施小班化教学，教学针对性更强。

（二）专业基础弱

所有学员都来自基层部队，文化程度大都是高中和中专。由于光学引导专业是一个新兴的专业，学员入学前在部队所从事的岗位和工作与现在所学专业基本都不相符，甚至有不少学员来自警卫连、炊事班，总体来说，学员的专业理论基础差。这就需要在授课过程中根据学员的实际情况来补充相应的基础知识。

（三）学习热情高

由于学员对以后所从事的岗位比较感兴趣，希望在校期间尽可能多地了解与以后任职岗位有关的理论知识，并且掌握以后执掌装备的操作技能，思想也比较活跃，求知欲望强，学习积极性好。在实践教学条件允许的情况下，可以适当地多安排实践学时，提高学员的实际动手能力。

三、课程教学设计

根据课程的性质地位以及教学对象的特点，我们制定了本课程的教学设计改革方案，主要从内容选取、手段设计和考核方式三个方面进行了探索。

（一）内容选取

机电一体化技术是很多普通高校开设的一门专业基础课程，市面上也有很多配套的成熟教材。虽然不同的教材侧重点有所区别，适用的专业也各不相同，但教材内容大多是根据机电一体化技术系统的几个组成部分，分为机械零部件、传感检测技术、伺服驱动技术和计算机控制技术这几个主要模块。[2]

任职教育与学历教育相比，其最大的特点就是岗位指向性明确。光学引导专业的任职岗位课程主要就是几型光学引导设备。根据设备机电结合和学员基础薄弱的特点，基于“必需、够用”的原则，我们对教学内容进行了优化重组，自编的教材主要包括以下章节。

1.概论。主要从机电一体化技术概念出发，分别介绍机电一体化技术的发展概况，机电一体化技术系统的分类、基本组成、关键技术等，最终落脚于机电一体化技术在光学引导设备中的典型应用，旨在帮助学员尽快建立起机电一体化技术的基本概念。

2.机械基础。主要介绍机械联接、机械传动的基本知识，并介绍轴、轴承、联轴器、弹簧等常用的机械零件。由于学员在此前的基础课程中并没有涉及机械部分，而光学引导设备中又涉及一些典型的机械结构，所以本章只介绍一些最基本的机械概念，而不涉及机械设计相关的内容。零机械基础的学员通过本章学习可以在短时间内建立一定的机械基础，从而能够在后续的学习中理解相关设备的结构组成与联接关系。

3.低压电器。本章是根据学员没有低压电器基础，而后续电气控制又需要了解低压电器的实际情况而设计的。内容主要从低压电器的分类和组成入手，分别介绍主令电器、熔断器、接触器、开关电器、继电器等常用低压电器的结构组成、工作原理、特点及其应用，力求使学员能比较全面地认识和了解低压电器，为正确选择和合理使用这些低压电器打下基础。

4.电气识图。这是普通机电一体化技术教材中所没有的部分，这也是针对学员没有电气控制基础而专门设置的章节。章节内容主要介绍电气图的组成、常用符号、绘制原则等基本知识，以及一些典型的控制电路，以使学员掌握电气图识读的基本方法。

5.电机原理。按照直流电机、变压器、三相异步电机、伺服电机、步进电机和力矩电机的顺序，介绍其结构组成和工作原理，以使学员对电机有一个简单的认识，并了解不同电机的控制原理。本章只注重知识点的广度，而不侧重知识点的深度，主要进行一些定性分析，而不过多地进行公式推导。

6.检测元件。主要介绍在光学引导设备中应用较为广泛的角度检测元件、温度检测元件和速度检测元件。

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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

中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：

一、机电一体化的基本概念 机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。

二、机电一体化的核心技术

机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手：

机械本体技术。

现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。

传感技术。

传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。

信息处理技术。

为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。

驱动技术。

电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件- 传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。

接口技术。

为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。

（六）软件技术。

软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。

三、与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。 （一）使用安全性和可靠性提高。

机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。（二）生产能力和工作质量提高。

机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5～6倍。 （三）使用性能改善。

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1 机电一体化技术的优势

1.1 使用性能改善

机电一体化产品大都数都采用数字显示和程序控制，产品上所设置的按钮和手柄数量大幅度减少，自动化程度提高，操作更加方便简单。机电一体化产品在生产过程中，通过内部的预制程度，实现电子控制系统自动指挥，重复实现全部动作。现阶段，高级化的机电一体化产品，可通过对被控对象外界环境参数的变化随即寻找最佳的工作程序，实现自动最优化操作。

1.2 调整和维护方便

机电一体化产品在安装和调试的过程中，可以直接通过控制程序改变产品的工作方式，使其适应不同用户对象的需要。这种控制程序的优势在于不用改变产品的任何零件或部位，仅仅通过一定的手段将其直接输入机电一体化产品的操作系统，就可以使原产品按照更新程序进行运作。另外，对于一些具有存储功能的机电一体化产品，企业可以预先在系统内安装若干套不同的执行程序，避免在需要时重复安装，系统也可以随时根据工作对象的需要，更换程序自动运作，提高工作效率。机电一体化的自动化监视、检验功能，可以使产品运作过程中出现故障时，设备自己做出反应并按照预设程序采取相应的整改措施，保证机电一体化产品的正常工作。

1.3 安全性能提高

大部分的机电一体化产品都具有自动报警、自动监视、自动保护、自动诊断等功能，所以如果在机电一体化产品工作过程中出现过压、过载、短路、过流等故障时，机电一体化产品可以自动采取各种有效措施，排除安全隐患，减少设备故障的危害，在一定程度上保证的安全生产，提高了设备使用的安全性。

1.4 生产质量提高

机电一体化产品一般都具有自动控制功能和信息自动处理功能，为此，在检测的精度、灵敏度、范围等方面都有了很大幅度的提高，通过自动控制系统，机电一体化产品可以不受操作者的主观影响，完全按照预定程序进行运作，确保机械的执行预期动作，保证了设备的生产能力和产品质量；另外，自动化的生产过程，提高了生产产品的效率，使得产品的生产能力大大提高。

1.5 适用面较广

相比传统的机电产品，机电一体化产品不再局限于单功能和单技术的限制，具有复合技术和复合功能，这在很大程度上提高了产品的自动化程度和功能水平。机电一体化产品大都有自动校检、自动补偿、自动化控制、自动调节、智能化以及自动保护等多种功能，可以广泛适用于不同的工作环境和工作领域，应变能力较强。

2 机电一体化技术的发展

2.1智能化。智能化即发展人工智能，是机器能够具有自主的计算推理能力。而这一切的基础，主要是模糊技术、软件芯片技术、信息技术以及其他一些相关技术的飞速发展。智能化是未来科技发展的必然趋势，其中就包括机电一体化产品之一，智能机器人。

2.2高速、高精度化。数控机床一直是机电一体化的一大项应用，而未来数控机床势必要比现在更快速、更精确。速度方面，机床主轴的转速、加速度都会得到极大加强。而纳米技术的发展与应用也使机床更微型更精确，这是未来的发展方向。

2.3绿色化。随着科技发展，科技生产迅速提升的同时也在危害着环境的健康。地球是我们共同的家园，人类的发展绝对不能以破坏生存条件作为代价，所以科技的发展的同时，也要求着生产的绿色化与环境保护。产品的绿色化，指的是在产品设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，资源浪费少、排污少、对自然生态环境影响极低。绿色化即将成为最重要的发展方向。

3 机电一体化技术的应用

3.1机电一体化在数控机床中的应用。随着机电一体化技术在数控机床中的应用，使得数控机床在结构、功能、操作和控制精度上都有所提高。主要体现在以下几个方面：1、数控机床的结构向着总线式、模块化、紧凑型的结构发展，在操作的过程中采用多个CPU，多主总线的体系结构。2、数控机床在设计方面对外开放程度较高，硬件体系结构的层次性和兼容性较强，可以使得用户在使用的过程中达到效益的最大化。不仅如此，还对软件进行了模块化设计，使得数控功能更加丰富，加强了整个系统控制功能。3、在数控机床的生产运行中，一台机床可以同时完成多个加工任务，也可以一次控制多台机床的运行，从而达到多过程、多通道的控制目的。

3.2智能化技术。在工业设备的生产中，重工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术不能达到生产要求，所以有必要采取智能化的控制技术对生产环节加以控制。在重工业领域，职能控制技术主要应用于产品设计、生产、控制、设备的检查以及产品质量控制等各个方面。

3.3计算机集成制造系统。GIMS是将生产人员与生产经营、生产管理和生产过程的控制有效连接在一起，从而达到生产产品的一体化控制，他不是将各分散系统进行简单组合，而是将生产的全局动态进行优化组合。这一系统打破了原有制造系统的各个部门之间的界限，以产品的生产制造为核心来控制运输流程和整个信息流程，从而实现了产品从决策到经营管理的有机结合。更进一步提高了生产效率，节约了生产资源，降低了损耗，达到了节约人力资源的目的，使得产品的库存量逐渐减少，加快了产品销售中资金的流动性和周转能力，促进了企业生产力的快速发展。

4 结束语

现今，机电一体化已经越来越贴近我们的生活，这是让人闻为之兴奋的美好结果。相信随着科技的不断发展，各类技术不断地水融，各学科的不断渗透和影响，机电一体化必将绽放耀眼的光华，产生更多给于我们极大方便的产品，让我们的生活弥漫着科技的芬芳。

参考文献

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中国分类号：TH-39

1引言

机电一体化技术是20世纪70年展起来的一种系统工程技术，它综合应用了机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、信号变换以及软件编程等技术，是多种技术交叉融合的产物，并不断地通过学科交叉、技术融合与创新持续发展【1】。

2目前高职机电一体化技术专业课程设置

机电一体化技术专业是一个基础理论知识面广，实践动手能力强的专业【2】。根据对多个高职院校机电一体化技术专业课程开设情况调研，现将目前高职机电专业的课程设置总结如下：

（一）照搬机械制造专业、电气控制专业及计算机专业的主干专业课程。使课程量大大增加，学生负担加重。

（二）将机械、电子电气、计算机相关专业课程进行了优化，可有些课程有脱节，整个课程设置体系不科学，学生不能理解。

（三）课程设置太偏机械专业。有些高职院校的机电一体化技术专业仅仅在机械设计与制造专业上增加了数控技术专业相关课程。

（四）课程设置偏重理论，实训技能课程少。

课程体系优化，如何优化、精简、合理组织以及创新开发课程是关键。

3课程设置优化

在培养高职学生的技能中，课程是关键【3】。课程是教师教学的指南针，是学生接受知识的最主要的来源。因而，课程设置与优化对学生个方面素质培养非常关键。

（一）调研高职机电毕业生就业岗位群，分析职业岗位对应的主要工作任务及职业资格证书。

高职机电专业毕业生就业岗位主要是面向生产（管理）一线的机电设备的操作、安装、调试、检测、维护及管理，其次是面向家电、智能控制行业企业、智能玩具行业企业等的技术支持及售后维修人员。

（二）课程设置需要考虑因素

1）课程设置一定要从职业岗位群需求知识技能出发

机电专业课程设置，要从学生毕业就业岗位群所需要的知识和技能作为出发点，为行业企业培养无缝衔接的员工，就应该充分考虑到岗位群的需要，量体裁衣。

2）课程设置要突出专业基础知识点和面

机电专业涉及到机械、电子电气、计算机控制多学科多专业，因而课程设置不能只偏向否一个学科，面太窄，就不是机电专业。当然在课程学习中，不可能面面俱到，因而要突出重点。

3）课程设置中要着力培养学生动手能力

高职机电专业，动手能力一定要重点培养。因而在课程中就要设置实践课，不仅仅在某些单独的专业课中有实训项目，可以独立出来专门的实训课程。比如，将电工技术、PLC技术、伺服电机技术等根据高职技能要求整合成电控实训课。

4）课程设置的课程体系系统性好，前后衔接自然。

课程设置先后顺序，一定要符合教学规律，这样才不增加学生学习负担，也有利于养成好的逻辑思维习惯。

5）专业技能的课程要加大学时。专业技能的训练，要孰能生巧。

要加大专业技能课程的学时，实训重在学生训练，关键在于教师的有效指导实训。

6）专业课程要构建模块化。把几门相近的专业基础课和专业课组成一个模块，或者根据完成实际项目所需要的联系紧密的课程构建一个模块【4】比如，编程模块，可以包括PLC技术、单片机应用技术、C语言等课程，因为现在单片机应用技术用C语言来开发。

7）课程内容一定要优化，要将行业职业标准融入课堂，融入课程。我们高职机电专业学生课程内容一定要简化，删除复杂理论推导，重点在基本概念解释和实践能力训练。行业企业标准学习以及职业资格证书考试，都将成为高职课程的特色。

4总结

高职机电一体化技术专业课程优化任重而道远，只有各方面给予充分的支持，集思广益，不断实际总结，不断对课程设置进行探讨，遵循教育规律，实现能力培养的递进性和渐进性。满足社会行业企业对高职对机电毕业生的要求。

参考文献

[1]张立勋，主编.机电一体化系统设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.

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【关键词】汽车制动系统 机电一体化 应用

近些年来，随着我国科技的迅猛发展，以及计算机应用的全面普及，促进了机电一体化学科的产生。在机械制造业中，机电一体化以其独特的优势，不仅有效提高机械制造的生产效率，更可以为产品质量保驾护航，从而发挥着无可替代的作用。

1 机电一体化的基本概念

机电一体化又被称为机械电子学，是由计算机技术、信息技术、机械技术、电子技术、控制技术、光学技术等相融合构成的一门独立的交叉学科，具有较强的综合学科性质，内容丰富，涉及面广。目前，机电一体化发展方向主要指向智能化、模块化、网络化、微型化以及系统化等。

机电一体化因其高科技属性，具备了以下几项特点：

1.1 安全系数高

通过设置警报系统、安装检验以及保护程序，可以有效应对突发事件，通过开启安全防护模式的方式，避免安全事故发生和减少事故造成的损失。

1.2 精确性好

由于机电一体化的数字化特征相当明显，对于机械制造的精确性有着非常大的帮助，能够有效提升生产的性能。

1.3 简单高效

通过运用数字加工和程序编辑等计算机应用技术，机电一体化能够快速完成机械的制造与加工，使用性能相对较高。

1.4 功能多样

由于机电一体化本身就脱胎于多门学科的融合，应用范围相当广泛，而且具有较强的适应性，其市场前景值得期待与展望。

2 汽车制动系统中机电一体化的应用背景

自从一百多年前汽车发明以来，汽车制动系统历经数个发展重要阶段，逐渐由最初的一组简单的机械制动装置演变为传统油液制动系统与防抱制动系统（ABS）平分秋色的局面。随着人们对安全出行的要求越来越高，加之汽车生产行业竞争的日趋激烈，汽车质量和性能越来越成为人们购车、用车的重要参考依据。作楸U掀车行驶安全的汽车制动系统，其重要地位是不言而喻的，因此对于汽车制动系统的进一步优化发展的呼声也日益增长。在此情况下，机电一体化技术的成熟给汽车制动系统的改进和完善提供了全新的思路，通过在汽车制动系统中应用机电一体化技术，用电路控制替代油液控制的全新系统将随之出现，从而实现汽车制动系统的跨越式发展。这个系统，将电线作为能量的唯一传递媒介，通过数据传递电信号，从而有效缩短了汽车制动反应的时间间隔，该技术被称为BBW系统。

3 在汽车制动系统中机电一体化的应用技术

3.1 相关主要技术

机电一体化涉及的主要技术，包括以下几种类型：

3.1.1 基础技术

机电一体化的基础，仍然离不开机械技术，但BBW系统的机械技术，不同于传统的机械技术，其对于精密性的要求相对较高。由于运用了机电一体化的技术，电子技术逐渐取代了过去许多由机械来实现的操作，而电子技术的特殊性和自身局限性，决定了对数字及信号的控制的精密性要求更高。

3.1.2 信息技术

信息技术的主要内容，是对信息进行数字化管理，通过传输汽车零部件的各项数据，统一在信息处理器中进行集中处理，并经过系统控制技术，提高信息管理的质量和效率。

3.1.3 传感技术

在经过测量信号检测器后，由信息处理装置接收各项参数，从而保障设备的数据信息的快速全面处理。

3.1.4 自动控制技术

自动控制技术能够帮助对汽车进行精准定位，并且能够自动调节汽车的状态，提高汽车运行的稳定系数和安全性能。

3.1.5 驱动技术

在该技术中，机电一体化主要是根据控制系统发出的指令，由执行元件完成传达任务，一方面将指令传达给执行组织，另一方面将执行效果回馈控制系统。

3.2 BBW系统的核心技术

BBW系统的重要组成部分，由ECU中央电子控制单元、车轮制动模块以及电子踏板模块三部分共同组成。由于其传递的是电流而非压缩空气或者液压油，传递的媒介是电线而很少用到机械，因此可以减少传感设备以及管线通道。

BBW系统运作的主要原理，是踩下汽车的制动踏板，启动汽车制动装置，该踩踏的信号就通过脚踏板进行传输，信号传输的终端是电路控制板块，再经电子控制机械的功能单元启动电机部位。此时，经过皮带、齿轮等机械装置的相互作用，丝杆开始发生旋转，沿着其旋转的方向，止推螺母进行移动，并且在移动的过程中与制动品的活塞部位发生摩擦，进而压制制动的摩擦片，将其压制在制动盘当中。上述这一系列动作完成时，也就实现了对汽车的制动操作。

如果需要解除对汽车的制动，重新启动汽车开始行进，就要松下制动脚踏板，使止推螺母沿着丝杆旋转的反方向自动恢复原来的状态，从而使压制逐渐减轻直至消失，此时制动活塞器就会因压力的产生而使密封圈恢复初始状态，如此一来，制动盘由于平衡被打破，促使制动活塞器回归到原来的位置，制动盘与制动摩擦片也就相互脱离了。

3.3 完善BBW系统的相关技术

BBW虽然给汽车制动系统带来了相当大的变革，但同时也存在一些亟待解决的问题。一是控制系统的失效处理问题。由于不存在独立的主动备用制动系统，不论是ECU元件失去效用，还是传感器失灵，抑或者是制动器本身或线束出现故障，都需要一个备用系统以保障制动的基本性能，在电子控制单元发生故障时，自行启动且不会影响到现有系统的完整性。二是抗干扰处理问题。目前的抗干扰技术主要分为两种，即对称式和非对称式的抗干扰处理技术，能够为汽车在行驶过程中减少和避免其他信号的干扰提供充分的保障，但各有各的优点和缺点。三是控制系统的模块化处理。由于不同的车型对软件和硬件的需求不同，如何实际汽车制动系统的兼容性，以适应各种车型的需要，从而实现模块化处理，是一个重要的难题。

4 结语

BBW系统的应用，能够在最大限度范围内提高汽车制动的安全性，对汽车制动系统的未来发展具有十分重要的作用。BBW是未来制动控制系统的发展方向。尤其是近年来随着电子元件成本的一路下滑，机电一体化已经不再是难以企及的高昴技术与设备，不仅是汽车制造业，更会在各行业领域中得到广泛的运用，从而使人们的生活越来越便捷，越来越舒服，也越来越安全。

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【分类号】：TU855

前言：近些年来，随着现代科学技术的飞速发展，推动了不同学科的相互交叉与渗透，并引发了几乎所有工程领域的技术革命与改造。再加之微电子技术的飞速发展及其向机械工业的渗透，机械工业的技术结构、产品结构、功能、生产方式及其管理体系均发生了巨大变化，目前，关于“机电一体化”含义尚未取得统一的定义，较为普遍的提法是“日本机械振兴协会”经济研究所对机电一体化概念所做的解释：“机电一体化是在机械主功能、功力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。”随着生产和科学技术的发展，“机电一体化”还被不断地赋予新的内容。但其基本概念的含义可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术、计算机技术、传感器技术、接口技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个系统最优化而建立起来的一种新的科学技术。它使生产系统柔性化，机电产品智能化，极大地提高了生产效率。一场“机电一体化”革命蓄势待发。

一。机电一体化的发展背景

随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化产品有逐步取代传统机电产品的趋势，这完全取决于机电一体化技术所存在的优越性和潜在的应用性能。

（一） 使用安全性和可靠性提高

机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。机电一体化产品由于采用电子元器件，减少了机械产品中的可动构件和磨损部件，从而使其具有较高的灵敏度和可靠性，产品的故障率低，寿命得到了提高。

（二）生产能力和工作质量提高

机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。

（三）使用性能改善

机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作

二.形势。

我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广，有难度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。

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，有意义。在我国工业系统中，能耗、耗水大户，对环境污染严重的企业还占相当大的比重。近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整，但由于多种原因，成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题，有企业的“故土难离”“死守故业”问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前，这就是发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。

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。

三.机电一体化的发展趋势

（一） 智能系统化

所谓智能系统化，是指机电产品系统体系结构进一步采用模式化和开放式的总线结构，机电系统各部分可以灵活组态，进行任意组合，这是机电一体化和传统机械自动化的主要区别之一。另外，机电产品的通信功能大大加强，局部网络开始被大范围地使用。总之，未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电产品开始往着生物系统化的方向发展。

（二） 微型化

未来的机电一体化将会高度融合微机械技术、软件技术和微电子技术，所以未来的机电产品系统能进行精细操作，在航空航天、生物医学和信息技术等领域都将有广阔的应用前景。

（三） 规范化

由于机电一体化产品种类繁多，研制和开发工作相当复杂，所以需要制定一系列标准来规范生产过程。在这种形势背景下，机电一体化开始向着规范化的方向发展，如此一来，不仅可以迅速开发新产品，而且还可以扩大生产规模。

（四）网络化趋势

计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产等领域都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐，因此机电一体化产品朝着网络化方向发展是为大势所趋。

（五）绿色化趋势

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。

（六） 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

篇（8）

一、机电一体化的基本概念

机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。

（一）使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。

（二）生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。

（三）使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。

（四）具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT 扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置。

二、机电一体化技术的主要应用领域

（一）数控机床

1、总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。

2、开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。

3、WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。

4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。

5、以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置

（二）计机集成制造系统（CIMS）CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。

（三）柔性制造系统（FMS）

柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。

三、机电一体化的发展趋势

(一) 智能化趋势。智能化是机电一体化技术发展的一个重要发展方向，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学，生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。

(二) 模块化趋势。模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、圈像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

(三) 网络化趋势。20 世纪 90 年代，计算机技术的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等日常生活都带来了巨大的变革。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到、质量可靠，很快就会畅销全球。而且由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统，能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。

(四) 环保趋势。工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适; 另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，这是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前景。

结语：机电一体化的发展推动了我国制造技术的迅速更新换代，使冰冷冷的机器有了人性化并且更加智能，机电一体化的出现不是偶然的，是社会进步的体现，是生产力发展到一定阶段的必然要求，是科学技术的结晶。随着我国数字化的信息技术革命以及多元信息化步伐的加快，机电一体化技术必将朝着智能化、网络化、绿色化等方向迈进，创造更大的经济效益与社会效益，给我们的生活带来巨大的变革。

篇（9）

性质：《机械工程控制基础》是机电一体化专业本科段计划规定必考的一门专业基础课。其目的在于使考生能以动态的观点而不是静态的观点去看待一个机械工程系统。

地位和任务：其从信息的传递、转换和反馈角度来分析系统的动态行为；为采用控制的观点和思想方法解决生产过程中存在的问题以及为了使系统按预定的规律运动，达到预定的技术指标，实现最佳控制打下基础；也为后续课程以及从事机电一体化系统设计打下理论基础。

二、课程教学的基本要求：

1、深刻理解并熟练掌握采用集中参数法建立机、电系统的数学模型；拉普拉斯变换在工程中的应用；传递函数与方块图的求得、简化和演算等。

2、深刻理解闻熟练掌握典型系统（特别是一阶系统）的时域和频域特性。

3、掌握判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据的基本方法，并能判别系统的稳定性。

4、了解系统识别的基本原理及相应的方法。

5、掌握线性系统性能指标以及相应的系统综合校正的方法。

三、本课程与其他课程的关系

学习本课程之前考生应具有一定的数学、力学和电工学基础，同时应具有一定的机械工程基础知识，以便使考生顺利掌握机械工程教学模型的建立以信相应的运算。

四、教学实数分配表

适

用

专

业

章节

序号

章节名称

课堂

讲授

其它

（练习）

小计

机电一体化专业

一

绪论

1

22

二

拉普拉斯变换的数学方法

6

三

系统的数学模型

6

四

系统的瞬态响应与误差分析

6

五

系统的频率特性

6

六

系统的稳定性

5

七

机械工程控制系统的校正与设计

4

合计

34

22

56

五、大纲内容

第1章

绪论

一、教学目的：

通过本章学习了解机械控制工程的基本概念，它的研究对象及任务。了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类。本章中介绍的一些技术上的名词术语、定义等以后章节会经常用到需要熟记。

二、教学内容：

1、机械工程控制的基本含义

2、机械工程系统中信息传递、反馈以信反馈控制的概念

3、本课程特点及内容简介

三、教学重点：

1、机械工程控制的基本含义。

2、信息的传递、反馈及反馈控制的概念。

第2章

拉普拉斯变换的数学方法

一、教学目的：

通过本章的学习明确拉普拉斯（简称拉氏）变换是分析研究线性动态系统的有力工具，通过拉氏变换将时域的微分方程变换为复数域的代数方程，掌握拉氏变换的定义，并用定义求常用函数的拉氏变换，会查拉氏变换表，掌握拉氏变换的重要性质及其应用，掌握用部分分式法求拉氏变换的方法以及了解用拉氏变换求解线性微分方程的方法。

二、教学内容：

1、复数和复变函数

2、拉氏变换及拉氏反变换的定义

3、典型时间函数的拉氏变换

4、拉氏变换的性质

5、拉氏反变换的数学方法

6、用拉氏变换解常微分方程

三、教学重点：

拉氏变换的定义，用拉氏变换的定义求常用函数的拉氏变换，拉氏变换的性质及其应用部分分式法求拉氏反变换的方法，用拉氏变换法解常微分方程。

第3章

系统的数学模型

一、教学目的：

通过本章学习明确为了分析、研究机械工程系统（特别是机、电综合系统）的动态特性，或者对它们进行控制，最重要的一步首先是建立系统的数学模型，明确数学模型的含义，掌握采用解析方法建立一些简单机、电系统的数学模型，传递函数定义、特点及推导方法，方块图及其简化法则。了解信号流图及梅逊公式的应用，以及数学模型传递函数、方块图和信号流程图之间的关系。

二、教学内容：

1、概述

2、系统微分方程的建立

3、传递函数

4、方块图及动态系统的构成

5、机、电系统的传递函数

6、系统的状态空间描述

三、教学重点：

建立简单机电系统的微分方程，运用综合基础知识，对系统正确地取分离体并分析受力，注意力和方向，列写系统微分方程。建立系统传递函数概念，系统构成及其传递函数，方块图简化及其绘制。

第4章

系统的瞬态响应与误差分析

一、教学目的：

通过本章学习明确一个系统，在建立了系统的数学模型（包括微分方程和传递函数）之后就可以采用不同的方法来分析和研究系统的动态性能，时域分析是重要的方法之一，明确系统在外加作用激励下，根据所描述系统的数学模型，求出系统的输出量随时间变化的规律，并由此确定系统的性能，明确系统的时间响应及其组成，脉冲响应函数的概念，掌握一阶、二阶系统的典型时间响应和高阶系统的时间响应以及主导极点的概念，系统的误差与稳态误差的计算以及与系统型次的关系。

二、教学内容：

1、时间响应

2、一阶系统的时间响应

3、二阶系统的时间响应

4、高阶系统动态分析

5、瞬态响应的性能指标

6、系统误差分析

三、教学重点：

本章时间响应的基本概念，一阶系统的时间呼应，二阶系统阶跃响应及性能指标，误差分析，误差及稳态误差的定义，位置误差，速度误差的计算，干扰作用下的系统误差计算。

第5章系统的频率特性

一、教学目的：

通过本章学习明确频率特性的基本概念，频率特性与传递函数的关系，系统的动刚度与动柔度的概念，掌握频率特性的两种表示方法以及频率特性与时间响应之间的关系，各基本环节及系统的极坐标图和伯德衅的画法，闭环频率特性及相应的性能指标，为频域分析系统的稳定性以及综合校正打下基础。

二、教学内容：

1、频率特性

2、频率特性的对数坐标图（伯德图）

3、频率特性的极坐标图（乃奎斯特图）

4、最小相位系统的概念

5、闭环频率特性与频域性能指标

6、系统辨识

三、教学重点：

频率特性的基本概念及其两种表示方法、画法及特点，闭环频率特性的性能指标及其计算方法。

第6章系统的稳定性

一、教学目的：

通过本章学习明确稳定性的概念，掌握判别系统稳定性的基本准则，掌握劳斯一胡尔维茨稳定性判据和乃奎斯特稳定判据以及系统相对稳定性的概念。

二、教学内容：

1、稳定性

2、劳斯一胡尔维茨稳定性判据

3、乃奎斯特稳定性判据

4、系统的相对稳定性

三、教学重点：

系统稳定性的基本概念，劳斯一胡尔维茨判稳的方法，乃奎斯特判稳的方法，相位裕量和幅值程度的概念及计算方法和表示。

第7张机械一程控制系统的技术与设计

一、教学目的：

通过本章学习明确在预先规定了系统的性能指标情况下，如何选择适当的校正环节和参数使系统满足这些要求，因此应掌握系统的时域性能指标、频域性能指标以及它们之间

的相互关系，各种校正方法的实现。

二、教学内容：

1、控制系统的性能指标及校正方式

2、控制系统的串联校正

3、反馈和顺馈校正

4、PID校正器的设计

三、本章重点：

各种性能指标的含义及算法，校正的概念，各种校正环节的传递函数及其特点。

六、教材与主要参考书

1.教材

机械工程控制基础，陈康宁主编，西安交通大学出版社，1999年。

2.主要参考书

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前言

从2009年起，我国开始培养全日制工程硕士，接受应届本科生报考。这种新的研究生教育模式，在短时间内得到迅速发展。

船舶与海洋工程作为国家级重点学科，在浙江海洋学院最早开展专业型硕士研究生培养与教育。以培养具有良好的职业素养、能独立担负本专业领域技术工作的，创新能力，创业能力和实践能力强的高层次应用型专门人才为目标，重点培养掌握船舶与海洋工程领域坚实的基础理论和系统的专业知识，能运用先进技术独立解决船舶与海洋工程技术实际问题的能力。具体分为：船舶与海洋结构物设计制造，轮机工程，水声工程，海洋工程和海洋油气工程5个大方向。

与学术型硕士不同，专业型硕士学历教育时间短，发展规模迅速壮大，不少单位和导师在培养过程中遇到了诸多问题。

船舶与海洋工程专业型硕士培养存在的问题

1、专业型硕士与学术型硕士的培养模式区别不明显

应用型人才培养是以能力培养的系统化取代知识培养的系统化。高校探索专业型硕士的培养，也进行了一定的改革，但在具体操作过程中，由于高校“学术至上”的传统，导致“重科研、轻应用”的现象较为普遍。由于学校应用型导师不足，在课程设置上，缺乏实用性较强的课程。

2、专业型硕士的教育实践环节落实不到位

专业型硕士的培养，尤其强调实践环节，大多有至少半年或一年的要求。但由于导师研究任务多、实践基地建设不足等问题，加上企业对研究生培养没有相关经验，往往使得专业型硕士的实践环节落实不到位。

3、专业型硕士的社会认可度不够

由于认识不足等原因，部分学校在研究生招生过程中就出现了高分成为学术型硕士，低分成为专业型硕士的现象，导致专业型硕士的“先天不足”。此外，从目前的就业情况来看，专业型硕士的整体就业情况差于学术型硕士，成为不良的反馈刺激，挫伤了专业型硕士的学习积极性。

加强课程建设有助于专业型硕士培养质量的提升

研究生培养质量是一个系统工程，它包括生源质量、课程教学、导师队伍、教学管理、科研条件等诸多因素，但其中课程教学却是保证研究生培养质量的基础，它对研究生知识结构的拓宽、科研能力的提升起着至关重要的作用。因此，如何加强课程建设已成为当前提高研究生教育质量的重要突破口。

教学方法是实现课程目标的主要手段。国外推广Seminar教学法，加强案例教学，重视启发式教学。与国外研究生的教学方法相比，我国研究生课程教学方式明显缺少研究性，灌输倾向比较严重，基本上还属于“保姆式”、“填鸭式”教学，不能引导学生自主学习，更不能激发学生的探究与发现精神。为了适应现代科学技术的发展和社会的需要，就要求我们树立新型的思维观，采用多种形式的教学法，突出研究生的参与主导作用，因此，研究和实践创新的教学内容与方式将有助于专业型硕士培养质量的提升。

《机电一体化技术》项目教学法的实践

1、《机电一体化技术》课程介绍

《机电一体化技术》是实用性非常强的课程，对船舶与海洋工程的专业硕士来说具有重要的意义。目前我校把该课程列为专业主干课，32学时，2学分，所用教材是梁景凯主编的《机电一体化技术与系统》（机械工业出版社，2009年）[6]。本课程旨在让学生熟练掌握机电一体化的基本概念和基本要素以及各部分的作用，了解机电一体化的相关技术和发展趋势，并结合实例分析机电一体化技术在机电产品中的应用。

2、《机电一体化技术》项目教学法的实践

在学习“第3章伺服传动技术”的第4节“步进电动机控制系统”时，我们采用项目教学法，设计了这样的任务：要求学生自己选用某一种类型的控制器，控制步进电机按三相六拍的方式运行，实现正转、反转、加速、减速等功能。具体任务包括：设计控制系统硬件电路、画出电路原理图、元器件布线图、设计控制程序、系统调试、运行，提交设计报告。

项目确定后，接下来便是分组实施，以小组为单位，既体现合作性，又体现独立性，分组时要注意学生的搭配[7]。全班10人，被分成4个组，每个组选出1名组长负责本组的实施，分组后各组便争先恐后地开始查资料、自学，甚至向其他老师咨询，不亦乐乎。在实施过程中，我们注重启发和引导，让学生自己去分析发现的问题，使他们在解决问题的过程中学习。

经过1周的团队合作，4个组都完成了任务，都感到很欣慰。接下来让学生进行自我评估，并讲解、展示各自的成果。最后我们对各组进行点评，首先充分肯定了同学们的成绩，点赞各组在实施过程中的靓点。经过这样一次尝试，不仅各组完成了规定的任务，在老师的启发下，学生自己又将这几种控制方式的优缺点进一步进行了比较，结果如表1所示。

结束语

专业学位研究生教育是我国研究生教育的重要组成部分，为使其更好地应用于社会，服务社会，针对目前普遍存在的培养质量问题，积极探索高效的教学方法，并在实践中不断充实和完善具有深远意义。

以《机电一体化技术》课程为例在我校船舶与海洋工程专业学位研究生中实施项目教学法，激发了学生的兴趣，收到了良好的效果，对其他课程的教学改革也具有一定启发作用。

参考文献：

[1]张嵘峰.船海专业产学研结合培养专业硕士研究生的机制探索[J].船海工程，2014，43（1）：39-41.

[2]杨国华.船舶与海洋工程全日制专业学位研究生培养研究[J].宁波大学学报（教育科学版），2015，37（4）：115-118.

[3]周宏，蒋志勇，王岳等.基于专业学位硕士的船舶与海洋先进制造技术培养模式研究[J].江苏教育学院学报（自然科学版）， 2012，28（6）：1-3.

[4]李峥，李锋，张旭.专业学位研究生培养质量保障体系研究――以船舶与海洋工程领域为例[J].江苏科技大学学报（社会科学版），2013，13（1）：104-108.

[5]刘永泉.加强研究生课程建设提高研究生培养质量[J].黑龙江教育，2008，62（5）：27-28.

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一、机电一体化的基本概念

机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。

（一）使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。

（二）生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5～6倍。

（三）使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。

（四）具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。例如，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使其应用范围大为扩大。

（五）调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。

机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。

①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。

②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。

③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置，如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。

⑤信息控制类。主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。

二、机电一体化产品的构成及特点

机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。

（一）机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础，因此对机械结构提出了更高的要求，需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。

（二）动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。