机电一体化应用范文

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中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：

一、机电一体化技术的发展历程与现状

1、机电一体化的发展历程

机电一体化技术的发展有三个阶段，即发展初级阶段、蓬勃发展阶段和智能化发展阶段。最初早在20实际60年代人们开始利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。而由于军事和工业发展的需求，当时的人们对于这方面开始重视，由于当时电子技术水平发展不够，技术结合与运用还没有得到深入发展。到上个世纪七八十年，计算机技术和通信技术开始快的发展为机电一体化的发展奠定了技术基础。到了90年代后期，机电一体化进入深入发展时期，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。此外，由于神经网络技术、人工智能技术、光纤技术等领域巨大进步，为机电一体化技术的发展创造了更好的条件。从数控机床的问世到微电子技术的全新发展， 进而可编程序控制器、电力电子等的发展为机电一体化提供了电机坚强基础，最后激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化跃上新台阶。

2、机电一体化技术发展现状

近些年来，机电一体化技术有了更全面的进步，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予自动显示记录、自动处理信息、自动检测、自动调节与控制自动诊断与保护等许多新的功能。目前一些电动的实际运行中依然存在着一定的问题，比如执行机构机构多、定位精度低、结构复杂、可靠性差等问题，因而对于这种情况，采用机电一体化技术，将伺服电机、阀门、控制器合为一体，采用模糊神经网络，通过内置变频器，实现阀门的高效控制。

二、机电一体化中电动机构的组成及工作原理

1、电机执行机构的组成

目前较常用的主要是交流电动机，它可分为三相异步电动机、单相交流电动机两，前一种比较多的用在工业上，而后一种通常用在民用电器上。从电机的结构上看，主要分为控制部分和执行驱动部分，控制部分主要由三相PWM波发生器、单片机、智能逆变模块、整流模块、A/D、故障检测、输入输出通道等组成；执行驱动部分主要包括三相伺报电机和位置传感器。

2、电机的工作原理

电机执行机构系统通过电流与电压传感器和位置传感器的检测，得出逆变模块三相输出电流、电压及阀门的位置信号，然后由A/D转换后送入单片机。单片机通过控制PWM波发生器的作用，最后实现电机的运行控制。逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到。对于电动机运行原理的分析，这里主要针对工业中应用的三相异步电动机的原理进行探讨。电动机转动的基本工作原理是三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场，转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流，转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。

三、机电一体化中电机阀位及速度控制与运行维护

1、电机阀位及速度控制

实现电机执行机构的阀位和速度的控制需要解决的关键性技术问题主要有五个方面，分别是阀门柔性开关的控制、阀位的极限位置的判断、电机保护的实现、准确定位与模拟信号的隔离。对于机电一体化中电机阀门位和速度的控制，微处理器根据测得的变频器输出电压和电流，通过计算得出输出力矩，如果输出力矩达到或大于设定的力矩，那么就会自动降低运行速度。在传统电机的执行机构中，阀位的极限位置的检测是通过机械式限位开关获得的。电动执行机构极限位置通过检测位置信号的增量获得，单片机将本次检测的位置信号与上次检测的信号相比较，如果未发生变化或变化较小，就会自动电机的供电电源。

电机的运行控制与加速度的大小、时间长短、当前位置、速度控制给定位置以及运行速度有关。在机电一体化中电机采用的是双环控制方案，外环为位置环，内环为速度环。外环是通过当前位置速度的设定将速度给定发生器向内环提供速度的设定值。内环是将当前速度与速度给定与发生器的设定速度进行比较，依靠速度调节器改变PWM波发生器载波频率，以实现电机的转速调节。

2、机电一体化中电机的运行维护

机械工业的飞速发展对电机运行维护不断提出新的要求，而现代科技技术的飞速发展又为电机的保护水平的提高提供了新的空间。然而再先进的技术都需要依靠人为的操控，因而对于电机的运行维护是确保电机的机电一体化技术优势表现的重要前提。在这里把电机的维护分为三个方面，一个是电机运行前的准备，一个是电机运行中的监管，还一个是电机的日常保养。

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机电一体化是机电一体化技术及产品的统称。所谓机电一体化技术是在机械控制中引入电子技术，也就是在机械运动中采用传感器检测设备，由计算机对检测数据进行处理运算，计算获得预先指定机械运动的控制信号，并由接口技术将控制信号传输给控制执行装置，实现各功能单元以及整个系统配置最优化的系统工程技术。

1、机电一体化技术发展的方向

机电一体化已发展成综合运用机械电子技术、自动控制技术、计算机技术、光电技术、数据传输技术等群体技术,工业生产已由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。机电一体化产品的各个组成部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。机电一体化朝着以下几个方向发展。

1.1 光机电一体化方向

一般机电一体化系统是由传感系统、能源（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。

1.2 柔性化方向

未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具有“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

1.3 智能化方向

今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。

1.4 仿生物系统化方向

今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上处于“静态”时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。就目前情况看，机电一体化产品虽然有仿生物系统化方向发展的趋势，但还有一段很漫长的道路要走。

1.5 微型化方向

目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时，就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时，机械和电子完全可以“融合”机体，执行结构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。

2、机电一体化技术应用

2.1 在现代机械制造业中的应用

传统机械制造业是建立在规模经济的基础上,靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的,它强调资源的有效利用,以低成本获得高质量和高效率,其生产盈利是靠机器取代人力,靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导,采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业,其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展,充分利用电子计算机技术,使制造技术提高到新的高度。近年来,制造工程领域的新技术相继诞生,如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。

2.2 在工业生产流水线中的应用

机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在工业设备生产流水线中的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高,而且使整条生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高,使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大幅度改善生产的产品质量,提高其国内、国际竞争能力。

2.3 在钢铁企业中应用

在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢－连铸－轧钢综合调度系统、冷连轧等。钢铁企业的 CIMS 是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。

3、结语

以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势，随着机电一体化技术的发展,各种产品与装置实现了机电一体化,有利实现整体优化,提高产品质量和生产效率,缩短开发新产品的生产准备周期,加速科技成果向商品转化,有利推动传统产业发生深刻变革,同时,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。

参考文献

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随着我国汽车行业的发展速度不断加快，大大拓展了汽车设计中机电一体化技术的应用范围，同时也大大提高了机电一体化技术的水平。稳定性、经济性和安全性等是机电一体化技术具备的特征，通过对汽车设计中机电一体化的应用进行研究，不但可以将汽车的整体稳定性提升，同时可以为机电一体化技术质量提供保障，从而对我国汽车行业的发展具有重要的推动作用。

1在汽车设计中机电一体化技术存在的问题

1．1陈旧机电一体化技术设备

我国汽车机电一体化设计技术具有较晚的起步时间，这样传统手动汽车控制系统的设计无法使汽车用户的实际需求得以满足［1］。同一汽车厂对不同车型的设计标准和操作流程没有统一的制定，这样无法规范汽车机械零件的设计方法，从而使机电一体化技术出现一些问题，如不够科学和规范以及无法安装等，使人们对现代化汽车设计的基本要求无法满足。这些问题的存在对汽车设计中机电一体化技术的提升和改进产生不利影响。由于汽车设计应用设备的落后性不但对大量的人力、物力和财力造成了浪费，同时使汽车设计中机电一体化技术的成本提升，从而对机电一体化产品的更新和机电一体化设计技术的创新造成阻碍。

1．2汽车设计理念的落后性

由于落后的机电一体化设计理念会大大降低汽车整体运行的性能和工作效率，这对汽车本身的设计方案造成一定的破坏，使汽车发生故障的次数增加，对创新和发展现代化机电一体化汽车设计技术造成影响［2］。另外由于汽车设计理念的落后性，无法有效的推广新型机电一体化技术方法，无法为汽车良好的运转性提供保障。在汽车实际运行中，传统的汽车维修人员对创新汽车设计理念工作并不重视，这样无法进一步推广和使用机电一体化技术，对创新汽车设计方法和提升汽车运行的整体安全性造成影响。

1．3汽车机电一体化技术人员较低的综合素质

由于不断增加汽车需求量，使汽车行业缺乏相应的汽车实际人才，这样在汽车行业中会使用一些非专科毕业的工作人员，从而对机电一体化技术的使用范围无法提供保障。另外汽车设计具有复杂的程序和较高的技术含量，如果汽车汽车人员的专业技术不丰富，会在安全过程中忽视一些小的零部件，这对汽车运行中的稳定性无法保障。而且由于汽车机电一体化技术人员具有较低的综合素质和专业素质，对安装检查汽车机电一体化技术设备造成影响。

2在汽车设计中完善机电一体化技术的措施

2．1将现代化机电一体化技术设备不断更新

在设计汽车过程中，机电一体化技术人员应该对计算机应用软件正确的使用，这样可以对汽车工程领域中机械技术的改善具有重要的作用［3］。技术人员要对机电一体化技术设备不断的改善，从而可以将汽车设计中处理信息的技术提升，而且要将汽车驱动技术和计算机集成技术等合理的应用到汽车的设计系统中。汽车设计中各个方案的执行是通过不断创新机电一体化设计技术设备来完成的，这样可以将汽车运行的整体功能性大大提升，使汽车电子系统与机电运行系统充分融合的目的得以实现。

2．2对传统的汽车设计理论进行创新

在设计汽车过程中关键的技术主要是机电一体化技术，所以在完善汽车性能的过程中机电一体化技术的创新设计的作用是不可代替的，同时创新汽车设计程序和理念可以将汽车的整体性能大大提升。但是在这个过程中要对各个因素阻碍进行克服，造成这种现象的主要原因是人们出行的安全问题，如生命财产安全会受到汽车内部各个零部件运行质量的影响。因此要充分的融合汽车的微电子精算技术和设计机技术，不断提升汽车的整体性能。只有在汽车设计中充分的应用汽车机电一体化技术，才能够将汽车机电一体化的微电子技术水平不断加强，从而可以进一步提升汽车的稳定性和安全性。

2．3将汽车设计人员的综合素质不断提升

智能化和功能化是目前汽车设计中机电一体化技术的主要发展方向，所以引进汽车机电一体化设计的人员不但要掌握较高的专业技术，同时其专业素质要符合要求［4］。同时要对新技术培训和专业考核制度的力度不断加强，这样机电一体化设计人员可以将汽车整体的机构和运行系统的专业规范熟练的掌握，从而可以为汽车的运行质量提供保障。同时汽车设计人员应该将相应的理论和专业技术不断完善，将微电子技术的应用范围不断推广，这样不但可以将技术人员的实践操作能力提升，同时可以将汽车运行的整体水平大大提升。

3结论

由此可见，随着在技术设计中机电一体化技术的应用力度不断加强，消费者逐渐用更高的标准要求汽车的安全性和稳定性等。在汽车设计中应用机电一体化技术，对机械领域各个方面的发展都具有重要的推动作用。但是其也存在一些相应的问题，这需求汽车企业采取针对性的措施，将这些问题合理的解决，从而可以在汽车设计中更好的应用机电一体化技术，进而可以大大提升汽车设计水平。

参考文献:

［1］张旭梅．机电一体化技术在汽车设计中的应用分析［J］．低碳世界，2017，20(02):221-222．

［2］石开华．浅谈机电一体化技术在汽车设计中的应用［J］．科技视界，2016，15(05):128+144．

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随着我国汽车行业的发展速度不断加快，大大拓展了汽车设计中机电一体化技术的应用范围，同时也大大提高了机电一体化技术的水平。稳定性、经济性和安全性等是机电一体化技术具备的特征，通过对汽车设计中机电一体化的应用进行研究，不但可以将汽车的整体稳定性提升，同时可以为机电一体化技术质量提供保障，从而对我国汽车行业的发展具有重要的推动作用。

1在汽车设计中机电一体化技术存在的问题

1．1陈旧机电一体化技术设备

我国汽车机电一体化设计技术具有较晚的起步时间，这样传统手动汽车控制系统的设计无法使汽车用户的实际需求得以满足［1］。同一汽车厂对不同车型的设计标准和操作流程没有统一的制定，这样无法规范汽车机械零件的设计方法，从而使机电一体化技术出现一些问题，如不够科学和规范以及无法安装等，使人们对现代化汽车设计的基本要求无法满足。这些问题的存在对汽车设计中机电一体化技术的提升和改进产生不利影响。由于汽车设计应用设备的落后性不但对大量的人力、物力和财力造成了浪费，同时使汽车设计中机电一体化技术的成本提升，从而对机电一体化产品的更新和机电一体化设计技术的创新造成阻碍。

1．2汽车设计理念的落后性

由于落后的机电一体化设计理念会大大降低汽车整体运行的性能和工作效率，这对汽车本身的设计方案造成一定的破坏，使汽车发生故障的次数增加，对创新和发展现代化机电一体化汽车设计技术造成影响［2］。另外由于汽车设计理念的落后性，无法有效的推广新型机电一体化技术方法，无法为汽车良好的运转性提供保障。在汽车实际运行中，传统的汽车维修人员对创新汽车设计理念工作并不重视，这样无法进一步推广和使用机电一体化技术，对创新汽车设计方法和提升汽车运行的整体安全性造成影响。

1．3汽车机电一体化技术人员较低的综合素质

由于不断增加汽车需求量，使汽车行业缺乏相应的汽车实际人才，这样在汽车行业中会使用一些非专科毕业的工作人员，从而对机电一体化技术的使用范围无法提供保障。另外汽车设计具有复杂的程序和较高的技术含量，如果汽车汽车人员的专业技术不丰富，会在安全过程中忽视一些小的零部件，这对汽车运行中的稳定性无法保障。而且由于汽车机电一体化技术人员具有较低的综合素质和专业素质，对安装检查汽车机电一体化技术设备造成影响。

2在汽车设计中完善机电一体化技术的措施

2．1将现代化机电一体化技术设备不断更新

在设计汽车过程中，机电一体化技术人员应该对计算机应用软件正确的使用，这样可以对汽车工程领域中机械技术的改善具有重要的作用［3］。技术人员要对机电一体化技术设备不断的改善，从而可以将汽车设计中处理信息的技术提升，而且要将汽车驱动技术和计算机集成技术等合理的应用到汽车的设计系统中。汽车设计中各个方案的执行是通过不断创新机电一体化设计技术设备来完成的，这样可以将汽车运行的整体功能性大大提升，使汽车电子系统与机电运行系统充分融合的目的得以实现。

2．2对传统的汽车设计理论进行创新

在设计汽车过程中关键的技术主要是机电一体化技术，所以在完善汽车性能的过程中机电一体化技术的创新设计的作用是不可代替的，同时创新汽车设计程序和理念可以将汽车的整体性能大大提升。但是在这个过程中要对各个因素阻碍进行克服，造成这种现象的主要原因是人们出行的安全问题，如生命财产安全会受到汽车内部各个零部件运行质量的影响。因此要充分的融合汽车的微电子精算技术和设计机技术，不断提升汽车的整体性能。只有在汽车设计中充分的应用汽车机电一体化技术，才能够将汽车机电一体化的微电子技术水平不断加强，从而可以进一步提升汽车的稳定性和安全性。

2．3将汽车设计人员的综合素质

不断提升智能化和功能化是目前汽车设计中机电一体化技术的主要发展方向，所以引进汽车机电一体化设计的人员不但要掌握较高的专业技术，同时其专业素质要符合要求［4］。同时要对新技术培训和专业考核制度的力度不断加强，这样机电一体化设计人员可以将汽车整体的机构和运行系统的专业规范熟练的掌握，从而可以为汽车的运行质量提供保障。同时汽车设计人员应该将相应的理论和专业技术不断完善，将微电子技术的应用范围不断推广，这样不但可以将技术人员的实践操作能力提升，同时可以将汽车运行的整体水平大大提升。

3结论

由此可见，随着在技术设计中机电一体化技术的应用力度不断加强，消费者逐渐用更高的标准要求汽车的安全性和稳定性等。在汽车设计中应用机电一体化技术，对机械领域各个方面的发展都具有重要的推动作用。但是其也存在一些相应的问题，这需求汽车企业采取针对性的措施，将这些问题合理的解决，从而可以在汽车设计中更好的应用机电一体化技术，进而可以大大提升汽车设计水平。

参考文献:

［1］张旭梅．机电一体化技术在汽车设计中的应用分析［J］．低碳世界，2017，20(02):221-222．［2］石开华．浅谈机电一体化技术在汽车设计中的应用［J］．科技视界，2016，15(05):128+144．