第四章 机电控制系统的总体设计

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1、第四章机电控制系统的总体设计本章教学要点和要求1、掌握机电控制系统的设计方法2、掌握机电控制系统的总体设计内容3、掌握机电控制系统的总体设计步骤第一节机电控制系统总体设计的概念一、总体设计的概念机电控制工程是一门涉及光、机、电、液等综合技术的一项系统工程。机电控制系统设计是按照机电控制的思想、方法进行的机电控制产品设计，它需要综合应用各项共性关键技术才能完成。随着大规模集成电路的出现，机电控制产品得到了迅速普及和发展，从家用电器到生产没备，从办公自动化设备到军事装备机与电紧密结合的程度都在迅速增强形成了一个纵深而广阔的市场。市场竞争规律要求产品不仅具有高性

2、能．而且要有低价格这就给产品设计人员提出了越来越高的要求。另一方面，种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，给机电控制系统设计人员提供了众多的可选方案，使设计工作具有更大的灵活性。如何充分利用这些条件，应用机电控制技术开发出满足市场需求的机电控制产品，是机电控制总体设计的重要任务。系统的总体设计概念：机电控制系统的总体设计是应用系统总体技术，从整体目标出发，综合分析产品的功能要求和机电控制系统各组成模块的特性，选择最合理的模块组合方案，实现机电控制系统整体优化。第二节机电控制工程总体设计的类型和方法一机电控制工程总体设计的类型机电控制产品设计一般可

3、分为三种类型，即开发性设计、适应性设计和变异性设计。开发性设计：是在没有参照产品的情况下进行的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。例：最初的录像机、摄像机、电视机等的设计就属于开发性设计。开发性设计要求设计者具备敏锐的市场洞察力、丰富的想象力和广泛而扎实的基础理论知识。例：料位器就是开发性设计适应性设计：在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更新，或用微电子技术代替原有的机械结构或成为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加值。例：电子式照相机采用电子快门代替

4、手动调整，使其小型化、智能化；汽车的电电子式燃油喷射装置代替原来的机械控制燃油喷射装置等就属于适应性设计。适应性设计要求设计者对原有产品及相关的市场需求变化和技术进步有充分的了解和掌握，变异性设计：是在原有产品的基础上，针对产品原有缺点或新的工作要求从工作原理、功能结构、执行机构类型和尺寸等方面进行一些变异设计出新的产品以适应市场需求，增强市场竞争力。这种设计也可在设计方案和功能结构不变的情况下仅仅改变现有产品的规格尺寸，形成系列产品。变异性设计比较容易，但设计中必须注意采取措施防止因参数变化可能对产品性能产生的影响。例：印钞打孔机就是将原来的打单孔改为打

5、双孔二机电控制工程总体的设计方法机电控制工程的总体设计的方法通常有三种：机电互补法、结合法、组合法。1、机电互补法机电互补法也叫取代法，这种设计方法是用适当的电子部件取代某些陈旧、落后产品中的复杂机械部件或功能子系统。这种方法是改造传统机械产品和开发新型产品常用的方法。例如，在某工作机械中，可用可编程控制器或微型计算机取代机械式变速机构、凸轮、离合器等控制机构，取代液压，气动控制系统，取代插销板、拨码盘、步进开关、程序鼓、时间继电器等接触式控制器以弥补机械技术的缺陷。这种设计方法不仅可以简化机械结构，而且可以改善产品的性能和质量。这种方法的缺点是跳不出原系

6、统的框架，不利于开拓思路，尤其在开发全新的产品时更具有局限性。例：钞纸称重系统就是机电互补法2、结合法结合法就是将电子部件和机械部件结合设计新产品。采用此方法设计的产品其功能部件(或子系统)通常是专用的各要素间的匹配已得到充分考虑接口简单。例如，高速磨床主轴与电动机做成一体就是采用结合法设计磨头的例子。目前已生产出电动机与控制器做成一体的产品。设计新产品常用这种方法。3、组合法组合法就是将用结合法(或机电互补法)制成的功能模块组合成各种机电控制系统，它是一种拼接积木的设计方法。例如，将工业机器人的回转、伸缩、俯仰、摆动等功能模块系列组合成结构和用途不同的机

7、器人。在机电控制系统设计中采用组合法,不仅可以缩短设计和制造周期，节约工装费用，而且给生产管理和使用带来方便。第三节机电控制工程总体设计的内容和步骤一、机电控制工程总体设计的内容1、收集需求及资料（1）收集需求：收集所设计产品的使用要求，包括功能、性能等方面的要求。此外还应，了解产品的极限工作环境、操作者的技术素质、用户的维修能力等方面的情况。使用要求是确定产品技术指标的主要依据。（2）了解生产单位的设备条件、工艺手段、生产基础等作为研究具体结构方案的重要依据，以保证缩短设计和制造周期、降低生产成本、提高产品质量（3）收集所设计的系统（设备）的性能指标功能

8、性指标包括运动参数、动力参数、尺寸参数、品质指标等实现产品功能所必