1、摘要：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)各自的特長(zhǎng)迅速設(shè)計(jì)制造一個(gè)能夠經(jīng)濟(jì)、方便、有效、可靠的滿足用戶需要的系統(tǒng)或產(chǎn)品。機(jī)電一體化是當(dāng)前生產(chǎn)機(jī)械發(fā)展的主要趨勢(shì)，有著廣闊的發(fā)展前景，對(duì)未來(lái)的機(jī)械生產(chǎn)有著重要的影響。而機(jī)電一體化系統(tǒng)原理的方案設(shè)計(jì)，作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心組成部分，對(duì)機(jī)電一體化的總體設(shè)計(jì)影響深遠(yuǎn)。機(jī)電一體化是機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、訓(xùn)一算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉融合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴于也促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和

2、進(jìn)步。本文介紹了機(jī)電一體化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。引言：機(jī)電一體化系統(tǒng)最本質(zhì)的特征是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)它是充分運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)的信息處理和控制功能、可控驅(qū)動(dòng)元件特性的現(xiàn)代化機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化?；跈C(jī)電一體化系統(tǒng)是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)這一基本認(rèn)識(shí)將會(huì)有利于我們進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。1.1國(guó)外機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段:第一階段(又稱初級(jí)階段)是20世紀(jì)60年代以前，這一時(shí)期人們不自覺(jué)地利用電子技

3、術(shù)并使之得到比較廣泛的承認(rèn)第二階段，機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展第三階段，各國(guó)均開始極大關(guān)注和支持機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品得以迅猛發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：(1)機(jī)電一體化產(chǎn)品幾乎遍及所有制造業(yè)領(lǐng)域。(2)機(jī)電一體化從單機(jī)向整個(gè)制造業(yè)的集成化過(guò)度。(3)激光技術(shù)進(jìn)入機(jī)電一體化領(lǐng)域。(4)微細(xì)加工技術(shù)與設(shè)備發(fā)展迅猛。1.2國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)從20世紀(jì)80年代初開始進(jìn)行機(jī)電一體化的研究和應(yīng)用，國(guó)務(wù)院成立了

4、機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組并將其列為“863計(jì)劃”。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國(guó)際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來(lái)的影響，許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作。雖然口前國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化技術(shù)與日本、歐關(guān)等先進(jìn)國(guó)家相比仍有一定差距fs，但隨著新技術(shù)革命的迅猛發(fā)展，我國(guó)加大了機(jī)電一體化技術(shù)的研究力度，并將其確定為國(guó)家高技術(shù)重點(diǎn)研究領(lǐng)域，給予優(yōu)先支持，取得了一定的成績(jī)。取代法也稱為

5、機(jī)電互補(bǔ)法。該方法的特點(diǎn)是利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品(或系統(tǒng))中的復(fù)雜機(jī)械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補(bǔ)其不足。如在一般的工作機(jī)中，用可編程邏輯控制器（PLC)或微型計(jì)算機(jī)來(lái)取代機(jī)械式變速機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、離合器、蝸輪蝸桿等機(jī)構(gòu)，代替插銷板、撥碼盤、步進(jìn)開關(guān)、時(shí)間繼電器等，以彌補(bǔ)機(jī)械技術(shù)的不足，不但能大大簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且還可提高系統(tǒng)(或產(chǎn)品)的性能和質(zhì)量。這種方法是改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品和開發(fā)新型產(chǎn)品常用的方法。2.32融合法它是將

6、各組成要素有機(jī)結(jié)合為一體，構(gòu)成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng))，其要素之間機(jī)電參數(shù)的有機(jī)匹配比較充分。某些高性能的光機(jī)電一體化系統(tǒng)，如激光打印機(jī)的主掃描機(jī)構(gòu)一一激光掃描鏡，其掃描鏡轉(zhuǎn)軸就是電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸，這是執(zhí)行元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合的一例。2.33組合法它是將用結(jié)合法制成的功能部件(或子系統(tǒng))、功能模塊，像積木那樣組合成各種光機(jī)電一體化系統(tǒng)，故稱組合法。在新產(chǎn)品(或系統(tǒng))系列及設(shè)備的光機(jī)電一體化改造中應(yīng)用這種方法，可以縮短設(shè)計(jì)與研制周期，節(jié)約

7、工裝設(shè)備費(fèi)用，且有利于生產(chǎn)管理、使用和維修。3機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能3.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要功能3.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的信息結(jié)構(gòu)信息由人產(chǎn)生，為人服務(wù)，人和人之間相互交流的數(shù)據(jù)和消息都是信息，這里的“信息”指的是控制論意義上的信息，即信息是獨(dú)立于物質(zhì)和能量的一類功能變換對(duì)象。機(jī)電一體化系統(tǒng)主要處理以下兩類信息:①過(guò)程信息:被系統(tǒng)所變換(處理)的信息②控制信息:用于控制系統(tǒng)中能量和物質(zhì)變換過(guò)程的信息，是能夠被系統(tǒng)所“理解”的信息。機(jī)電一

8、體化系統(tǒng)中的過(guò)程信息和控制信息劃分在不同的信息層次上被證實(shí)存在著相對(duì)性。例如，機(jī)器人中的電子反饋回路無(wú)疑是傳遞控制信息的，即這個(gè)裝置的目的是控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，但是，若從局部來(lái)看其中的反饋傳感器和信號(hào)調(diào)節(jié)電路的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)被它們處理的信息具有過(guò)程特征，同時(shí)，過(guò)程信息的語(yǔ)義值對(duì)傳感器和前置放大器等的功能并無(wú)影響。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的過(guò)程信息和控制信息通常在系統(tǒng)的信息層次結(jié)構(gòu)中交替出現(xiàn)(控制信息需要變換功能，而變換功能在下一層次上又可能被控制信息