时间：2023-09-22 15:32:17
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中图分类号：TH-39 文献标识码： A
随着现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“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”意思是机械技术和电子技术的有机结合。这一名称已得到包括我国在内的世界各国的承认，我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。机电一体化技术是面向应用的跨学科技术，是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速，机电一体化产品更日新月异。
一、机电一体化技术基本概念
机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。
二、机电一体化的核心技术
1、机械技术：是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。
2、计算机与信息技术：其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
3、系统技术：即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证。
4、自动控制技术：其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
5、传感检测技术：是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。
三、机电一体化的发展进程
1、数控机床问世：自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展阶段，尤其是在1999年后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。
2、微电子技术的发展：我国的集成电路产业起步于1965年，经过30多年发展，已初步形成包括设计、制造、包装业共同发展的产业结构。
3、激光技术、模糊技术、信息技术等新技术的出现：以激光技术为首的光电子技术是未来信息技术发展的关键技术，它集中了固体物理、波导光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背景的新兴交叉学科，对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义。
四、机电一体化的发展方向
20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新支；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。未来机电一体化的主要发展方向有：
1、智能化：是21世纪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。
2、网络化：20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。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。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3、自动化：所谓自动化技术，是指人类利用各种技术手段和方法来代替人去完成各种测试、分析、判断和控制工作，以现实预期的目标、功能。一个自动化系统通常由多个环节要素组成，以完成信息的获取、信息的传递、信息的转换、信息的处理及信息的执行等功能，最后实现自动运行目标。
4、绿色化：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。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。
关键词：机电一体化；数控机床；应用
中图分类号：TH-39文献标识码： A 文章编号：
前言
随着经济社会的不断发展和科学技术的更新进步，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。由于大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，特别是微型电子计算机的空前发展，促进了机械技术和电子技术的相互交叉和相互渗透，并使机械技术和电子技术在系统论、信息论和控制论的基础上有机地结合起来，形成了机电一体化技术。数控机床作为机电一体化产品的典型代表在当今制造业中扮演着非常重要的角色，本文就机电一体化在数控机床中的应用进行分析探讨。
1 机电一体化的基本概念
机电一体化的基本概念是根据系统功能目标和优化组织目标。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展。由此而产生的功能系统---机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。机电一体化是从系统的观点出发，合理配置与布局各功能单元，还将被赋予新的内容。并使整个系统最优化的系统工程技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称，是综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值。具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，还能赋予许多新的功能。其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，但是发展到机电一体化后。“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面，其主要功能依然是代替和放大的体力，机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑，这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。因此，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术。
2 机电一体化在数控机床中的应用
2.1 机械设计技术的应用
机械技术是机电一体化的基础。在机械与电子相互结合的实践中，机电一体化不断对机械设计技术提出更高的要求（如结构更新颖、体积更小、质量更轻、精度更高、动态性能更好等），使现代机械技术相对于传统机械技术发生了很大改变。所谓数控机床，它主要还是一台用来加工零件的设备，但其在应用机电一体化之后，已不再是原来意义上简单的机床。数控机床的主传动、各个坐标轴的进给传动都由单独的伺服电动机驱动，并且各个坐标轴之间的运动关系通过计算机来进行协调控制。数控机床的机床本体部分相对于以往的普通机床做了很大的改进，主要包括以下几点：（1）采用了全封闭或半封闭防护装置。数控机床采用封闭防护装置可防止切屑或切削液飞出，给操作者带来意外伤害。（2）采用自动排屑装置。数控机床大都采用斜床身结构布局，便于采用自动排屑机，排屑方便。（3）主轴速高，工件装夹安全可靠。数控机床主轴箱大都由电主轴或传统机械主轴单元加变频电动机和变频器组成，以适应更高的转速要求；采用液压卡盘，夹紧力调整方便可靠，同时也降低了操作工人的劳动强度。（4）可自动换刀数控机床都采用了自动回转刀架，在加工过程中可自动换刀，连续完成多道工序的加工。（5）主、进给传动分离。数控机床的主传动与进给传动采用了各自独立的伺服电机，使传动链变得简单、可靠。同时各电机既可单独运动，也可实现多轴联动。这些都是机电一体化总体设计技术和机械设计技术的成功应用。
2.2 自动控制等技术的应用
在数控机床中，主要采用高精度定位控制、速度控制等自动控制技术，来保证数控机床的正常运行。信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储及输出，它们大都依靠计算机来进行，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。所谓数控机床，其与普通机床的最大区别即在于“数控”，数控就好比给一台机器装上了一个“脑袋”，这是机电一体化应用中最为普遍的一点，同时它也是数控机床的核心。这部分集合了计算机技术、信号变换技术、软件编程技术等多项机电一体化技术，通过接收操作者通过输入装置输入的加工机电一体化在数控机床中的应用信息，经数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲到伺服系统，以驱动机床。如广泛应用于数控机床的可编程控制器（PLC），它主要是接收数控装置的 M、S、T 指令，对其进行译码并转换成相应的控制信号，控制辅助装置完成机床的相应开关动作，同时接收操作面板和机床的 I/O 信号，送给数控装置，经其处理后，输出指令来控制数控装置的工作状态和机床的动作。数控机床中，计算机与信息处理装置指挥整个产品的运行，信息处理是否准确、及时，直接影响到产品的质量和效率。
2.3 执行与驱动技术的应用
数控机床中的伺服系统主要包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机和进给电机等，完成接收数控装置输出的指令信息，经功率放大后，驱动机床执行机构按规定的路径运动，以加工出符合要求的零件。伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。执行元件一方面通过电气接口与数控装置相连，以接收数控装置的控制指令；另一方面又通过机械接口与机械传动和执行机构相连，以实现规定的动作，因此伺服驱动技术是直接执行操作的技术，对机电一体化产品的动态性能、稳态精度、控制质量等具有决定性的影响。伺服系统在数控机床中的成功应用，使得数控机床具有较高的精度与稳定性。
2.4 检测与传感技术的应用
在数控机床中测量与反馈是由检测元件和相应的电路组成，它们将检测到的信号反馈至比较电路，经信号比较和信号放大驱动机床，以准确的速度做准确的定位。这是由于检测与传感技术是机电一体化的关键技术，它主要是将所测得的各种参量如位移、位置、速度、加速度、力、温度、酸度和其他形式的信号灯转换为统一规格的电信号输入到信息处理系统中，并由此产生出相应的控制信号以决定执行机构的运动形式和动作幅度。传感与检测技术是数控机床不可或缺的一部分，它实现的是数控机床自身的实时监控与检测，保证每一个行动都按照下发的指令去操作，从而有效地保证了机床的正常运行与产品的质量。
结束语
随着经济社会的不断发展和科学技术的更新进步，和微电子技术突飞猛进的发展，计算机本身也发生了巨大变革。以微型计算机为代表的微电子技术逐步向机械领域渗透并与机械技术有机结合所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能、生产方式及管理体系均发生了重大改变，从而使工业生产进入了一个崭新的“机电一体化时代”。机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
参考文献：
［1］袁中凡.机电一体化技术［M］.北京：电子工业出版社，2006
关键词：机电一体化；概念；核心技术；应用
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。
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。
关键词： 机电一体化； 特点； 发展趋势
中图分类号： TH-39 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）06-0113-02
一、机电一体化的基本概念
机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。
二、机电一体化的发展概况
机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；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。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。
三、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。
1．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。
2．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。
3．传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。
4．信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。机电一体化产品中，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。
5．执行机构。执行机构在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。机电一体化产品的执行机构一般是运动部件，常采用机械、电液、气动等机构。执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能好坏决定着整个产品的性能，因而是机电一体化产品中最重要的组成部分。机电一体化产品的五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。
四、机电一体化的发展趋势
1.智能化
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，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。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。
2.模块化
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是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、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。
3.网络化
20世纪90年代，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、政治、军事、教育以及人们日常生活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。
4.微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
5.绿色化
工业的发达给人们生活带来了巨大变化。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，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。
6.系统化
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。
综上所述，机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。
参考文献：
[1] 李建勇．机电一体化技术[M].北京：科学出版社，2004．
关键词：机电一体化；传感器；检测技术
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 06-0100-01
目前，我国在传感器上的研制与传感检测技术的应用已经有所成就，但是与外国的很多先进技术还具有很大的差距。机电一体化是现代科技发展下的产物，它在各个领域都有所应用，并且起着非常大的作用。本文主要介绍传感器与检测技术的基本概念，和传感器检测技术在机电一体化系统中的具体应用及发展趋势。
一、传感器与机电一体化的介绍及联系
（一）传感器的概念
在工程作业中，能按照固定规律将一种量转换成同种或者不同种量值并且传输出去的工具，我们称它为传感器。传感器和人类的器官有相同点，并且在人类器官上有所延伸。在信息化的社会中，人们通常也利用传感器检测力、压力、速度、温度、流量、湿度、生物量以及更多的非电量信息来促进生产力的发展。
（二）机电一体化的简介
日本机械振兴协会经济研究所对机电一体化提出的解释在国际上被首次认可，也可以说是机电一体化的初步定义，“机电一体化是在机械的主功能、动力功能、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融合而成的系统总称”。从它的定义上能看出，机电一体化技术涉及到了很多方面，例如，机械制造技术、测试技术、人工智能技术、微电子技术等等。
（三）传感器与机电一体化的联系
传感器技术在机电一体化中起到非常关键的作用，它不仅能控制机电一体化系统的正常运作，还能在各种程度上为机电一体化提供相关运作的信息。在具体的操作上，传感器主要的作用是检测机电一体化系统自身、操作对象以及作业环境。从此可以看出，克服种种自身与环境带来的影响，并且能够准备，快捷的获取到所需的信息，才能使机电一体化系统的工作效率提高。所以，没有传感器对信息精确、快速的处理，就没有机电一体化的高水平工作效率。机电一体化在某种程度上带动了自动化技术的发展，而传感器技术水平的高低，很大程度上影响着机电一体化的自动功能，传感器技术水平越高，自动化水平就越高。
二、传感检测技术在机电一体化中的具体应用
（一）机器人需要传感器
机器人是自动化科技的代表产物，它的自动化程度在某些方面实现了很大的突破。它之所以具备良好自动化功能，在操作中能够准确无误，其中主要原因是传感器的作用。传感器在机器人内部感知到自身、外部或者操作对象的状态，从而对信息进行处理，比如，速度、加速度、方向、位置等等。
（二）机械加工过程的传感检测技术。
1.切削过程和机床运行过程中的传感技术应用
切削过程中，传感器的主要作用是对提高切削过程的效率、制造成本和对金属材料的切割的检测。传感器通过对切削力、切削过程振动、切削过程的声音发射和切削过程中电机的功率等传感参数的检测，来对切削过程中的切削力、振动的变化进行有效的辨识。在机床的运行方面，传感器的主要是对驱动系统、温度的监测与控制、轴承和回转系统以及安全性进行跟踪检测，其检测结果具体有机床故障停留时间、工件的粗糙程度、加工过程中的准确度和精度、液的流量和机床的运行状态等传感参数。
2.工件加工过程的传感
对工件的过程监视是传感器在工程与研究中最早的应用，同时在此中也是应用最广泛的，但在很早的时候传感器技术在工件制作的过程中只起到对质量的监控，直到20世纪80年代，传感器才同时应用在工件的识别和安装位置上。主要表现在检测用来加工工件的工作过程是否符合工件加工的标准程序、即将被加工的工件是否是当前要求被加工的工件、工件所安装的具置是否是当前工件要求安装的位置。
（三）传感器在数控机床上的应用
数控机床的主要工作过程是利用数控技术中的数字信号对机床的工作过程进行控制，也就是说将刀具的具体运行过程与路线以数字信号的形式记录下来，然后经过系统的识别发出信号，使机床上的工件与刀具产生相对运动，从而加工出达到标准的零件。
三、传感检测技术的地位和作用
传感检测技术不仅是机电一体化中不可缺少的技术，也是实现自动控制、自动调节的关键环节。在很大程度上传感器的检测技术影响着自动化系统的质量。在一个自动化系统中，只有利用传感器的检测技术对各方面参数进行检查，才能使整个自动化系统正常的工作。在科技高速发展的今天，不论是生活中还是生产中都能利用到检测传感技术。例如，部分仪器设备、办公设备、家电中的计算机继承制造系统、CNC机床、大型发电机等等。在国防事业和装备武器上，传感检测技术同样有着重要的作用。可以看出，传感检测技术在提高生产设备和系统安全经济运行监控检测手段、控制产品质量等方面都推动了社会生产力和科学技术的发展。总的来说，无论从宇宙到陆地，从陆地到海洋，从顶尖技术到基础知识，从复杂的大型自动化设备到社会中每个细节，传感检测技术都扮演着重要的角色。
四、我国传感器技术的发展方向
精度的发展：在原有的基础上研究出更加具有灵敏度、准确度、灵活性的传感器；可靠性的发展。传感器的抗温度性能、抗压力性能、抗干扰性能都是影响传感器可靠性的关键因素，所以我们应该注重这些因素，增强传感器的可靠性；微型化发展：努力开发出更好的材料与技术使传感器微型化的理想成为现实；节能性发展：传感器的工作是建立在电源的基础上的，既耗费能源又费时费力。所以我们应该努力研制出不靠电源的传感器。
总之，虽说目前我国在传感器上的研制与传感检测技术的应用已经有所成就，但是与外国的很多先进技术还具有很大的差距。所以，我们应该从研究手法和设备上做出提高，从而使传感器与检测技术在整体的运用上有所增强。
参考文献：
随着现代科学技术的不断发展和进步，我国的社会经济建设得到了很大的提高，其中机电一体化技术的逐步发展和成熟应用，为我国的经济发展提供了强有力的动力，成为我国经济发展中的重要技术支撑。本文从机电一体化的基本内涵入手，分析该技术在汽车制动系统中实际应用，以期为汽车的生产制造提供有意义的参考。
【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。
参考文献
关键词：机电一体化 主功能 动力功能信息处理功能 控制功能
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。
（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。
（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。
（三）传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。
【关键词】系统教学法；机电一体化；应用
1.引言
机电一体化技术是我国经济社会发展的重要基础和保证，在推动我国经济社会发展中起到了重要的作用，同时越来越高的自动化水平也是目前世界经济社会发展的一个重要趋势。机电一体化，主要是指将机械、电子、通信、控制等方面的内容整合在一起，是实现工业化机械控制的自动化管理的重要途径，其发展呈现出显著的智能化、自动化趋势。然而，由于机电一体化教学具有较为复杂的课程设置和枯燥的课程内容，因此在实际的课程教学中很难充分的调动起学生的积极性，对于实际的教学效果也就大打折扣。系统教学法的应用可以推动机电一体化教学的实际应用化发展，使得教学的内容更加切进实际，对于提高教学的效果具有很大的帮助。
2.系统教学法
系统教学法，指的是整个的教学实践的过程是以一个系统化的教学平台为基础的，并且根据机电一体化培养方案对学生从系统化的角度进行知识的讲解和分析，以加强学生对于知识的理解能力和对于知识学习的兴趣。系统教学法的主要特点是能够立足于一个系统化的概念，将全部的教学实践都集中于这个系统化的概念周围，在教学中树立起一个系统化的概念，以更好的帮助学生建立起对于课程知识的整体、系统化的结构，形成对于所学知识的贯穿和连贯，其强调的是学科知识学习的整体性和系统化。
系统教学法的实现是基于系统化的概念，学生在通过系统化的知识学习后，能够将所学到的知识转移到另外一个系统中，并且结合系统中不同部分之间的关联，对整个系统的各个部分的功能和作用进行详细的研究。运用系统教学法对于任课教师提出了更高的要求，其不仅要求教师具备较高的专业技能和理论知识，同时还需要教师在教学的环节中充分调动起学生参与课堂教学的积极性，同时在教学的过程中不断的给学生灌输技术学习和终身学习的思想。对于培养学生的社会竞争能力，提高学生参与社会实践的积极性有着重要的作用。尤其是在未来的工作中，所要涉及到的知识和内容较多，系统化的学习有利于学生今后的进一步学习。
3.系统教学法在机电一体化教学中应用的必要性
在以往的传统机电一体化教学实践中，通常情况下是设置某一门课程作为整个教学的中心，过分的追求该课程的教学完整性，对于整个的课程教学体系则容易忽略，因此，也就造成了机电一体化教学缺乏基本的系统性和完整性。然而，系统教学法正是克服了传统教学法的这一缺点，其运用系统化的观点对整个教学环节进行理解，从整体的角度对知识点进行串联，打破以前的学科阻隔，对于培养学生的系统化、整体的思考能力有着十分重要的意义。针对机电一体化的传统教学法和系统化教学法，其区别主要有：
首先，传统教学法一般在教学的过程中都需要严格的遵照循序渐进的顺序进行，依次按照基础课、专业课基础课、专业课的顺序进行学习，其开始的基础课程相互之间是独立的，通过最后的专业课将基础课程联系起来。而且在具体的教学实践环节，同样采取的是逐步过度的方式进行，从理论学习到实践需要一个较长的时间过程。例如常见的关于强电知识的讲解就需要首先对强电的理论知识和基本概念进行讲解和分析，然后对强电中涉及到的相关的定理、结论进行分析，最后再通过对某个元器件的分析将所学的理论知识应用到其中。在整个传统的机电一体化教学实践中，看似采取的是学生容易接受的方式，然而实际上这种教学方式在形式上过分的强调各个部分的独立性，而对于学科的系统性和整体性的概念缺乏分析，学生在学习完成后无法形成自己独立的知识体系，最终导致的就是学生在遇到实际的问题时无法通过已经学习到的理论知识对问题进行分析，这也就失去了理论教学的真正意义。
然而，系统教学法则是在整个教学过程中更加注重对于教学实践整体性的把握，学生在学习的过程中不仅仅是学习理论知识，同时更多的是对整个学科进行完整的学习，解决学生在学习的过程中遇到的各种不同的问题，包括对于学习的动机、学科的应用等疑问的解答，这些看似很小的问题都会对学生的学习积极性产生重要的影响，对于充分激发和调动学生参与课堂教学、提高学习积极性起到至关重要的作用，同时能够帮助学生对知识形成一定的连贯性，加强学科内部以及学科之间的关联。在课程教学的内容设置上，系统教学法更加注重课程设置与教学培养目标的结合，根据社会对于机电一体化人才的实际需求来制定相应的培养方案，然后在这样一个系统化的框架内进行知识的整合，既包括本学科内的知识同时也包括交叉学科的内容。同时，系统教学法的实际教学环节采用的是一个类似于实际生产线的平台，学生在实际的操作过程中学习相关的知识，并且教师根据实际的操作平台对有关的知识和概念进行详细的分析和讲解，然后学习将知识结合到具体的平台中进行应用，同时可以迅速的对所学的知识进行反馈，对于存在的问题可以及时的进行解决。在课程安排中，系统教学法以一个整体的系统作为各个课程设置的核心，并且遵循从系统到局部，再从局部到系统的顺序进行。系统教学法对于提高学生课堂参与的积极性有着十分重要的作用。
4.系统教学法在机电一体化教学中的应用
以往的传统教学法在课程设置和实践与理论相结合的环节存在着较大的不合理性，造成了学生对于知识的学习缺乏有效的贯通与融合，在实际的运用过程中也存在着诸多问题，使得教学的实际效果事倍功半。在具体的项目教学法应用过程中，其主要受到班级教学人数的限制，要求参与教学的人数不能够太多。根据众多的实践研究表明，系统教学法在教学的实际效果方面比传统的教学法有较高的优势，对于提高教学的质量，培养学生的实际应用能力方面发挥着至关重要的作用。
首先，需要构建系统化的教学内容体系。系统化教学的关键就是能够实现教学内容的整体化和系统化，因此首先需要对教学的内容进行系统化设计，打破传统的教学模式，并且充分体现市场对于人才的需求，使得整个课程的设置围绕一个整个的系统核心进行，并且在具体的实施过程中不拘一格，此种方法可以有效的提高学生的课堂参与积极性，同时对于培养学生的实际知识应用能力有着重要的意义。
其次，在系统教学法的实际应用过程中，需要从系统的角度入手，同时结合系统的结构、功能等方面对学生进行分析和讲解，然后教师选择某一个模块对学生进行进一步的分析，最终实现对于整个教学学科内容的系统化学习。而且在整个系统化教学的过程中，相关的教务部门起到至关重要的作用，需要相关部门切实履行责任，做好系统化教学的基础工作。
5.结束语
系统化教学法在机电一体化教学中的应用能够有效的提高学生参与课堂教学的积极性，对于培养学生的学习热情和应用理论知识解决实际问题的能力至关重要。
参考文献
[1]段向军.系统教学法及其在课程改革中的应用[J].职业教育研究，2009，07.
一、本课程性质、地位和任务
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
[1]机械工程控制基础，王馨、陈康宁主编，西安交通大学出版社，1992年。
