浅析机电一体化产品控制系统概念设计方法

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机电-体化(Mechatronics)这-概念，是日本学者在 1971年首次提出来的。至今，经历了 4O多年的发展，随科技的发展不断丰富，不断更新，机电-体化的内涵尧生了根本性的变化。尤其是进入21世纪以来，人们的消费观念不断变化，围绕消费者之间的市澈争日趋激烈和白热化，重点是针对机电-体化产品的输出柔性、工作性能及可靠性等方面，在这些方面的，人们的要求越来越高。

新时代背景下，机电-体化技术在计算机技术、人工智能技术、网络技术、信息技术、传感器技术等相关学科的快速发展下得到了飞跃发展，面临着更加广阔的应用前景和发展空间。电子产品结构也在集成技术、新材料、微电子的快速发展背景下发生了革命性的变化，传统的机械产品向智能化、小型化、网络化、拈化、自动化、柔性化、机电-体化迈进，已经步入了-个新的发展阶段。再就是随着传感、信息技术和传统机械产品的融合，机电-体化技术已成为 个新兴的跨学科的技术，它涉及到的信息处理技术、制造技术、驱动技术、传感技术、自动控制技术、接口技术等关键技术。

总之，科学技术越是向更新更高层次发展，就越能给人们带来更多的惊喜和生活空间，也能给人们更加丰富物质、文化和精神享受∩以说，机电-体化技术在 21世纪的机械产品的设计和发展中发挥着重要的作用，重点研究机电-体化产品控制系统概念原理及设计方法具有重要的理论意义及现实意义。

二、机电-体化系统及其组成原理机电-体化系统是-个各种技术之间相互协调和整合的有机的、完整的体系，不是-个简单的各种技术拼凑和堆积。

机电-体化系统从技术层面来说综合保函和运用了控制系统、机械工程、计算机技术、电子技术、电子技术和其他技术。尤其是机电-体化系统的中的驱动元件和执行器子系统是核心的执行机构，是实现可控电动机行为的终极目标，充分利用计算机信息处理和控制功能，利用现代控制驱动元件特性的机械系统。

(-)机电-体化系统概述1.由计算机进行信息处理和控制的现代机械系统最终目的就是要实现机械运动和动作协调，这个也是机电-体化系统功能设计的根本出发点。

2.机电-体化系统从完成工艺动作过程这～总功能的角度来看，可划分为：信息处理及控制子系统、传感检测子系统、广义执行机构子系统 (如图 1)，它们分别完成信息处理及控制、信息检测、机械运动和动作。

3.由驱动元件和执行件(或执行机构)融为-体的广义执行机构执行子系统，具有它的特殊性、可控性。

(二)机电-体化系统的组成原理1.广义执行机构子系统。由刚性物件组成的形形色色机构组合而成的传统，他们的缺乏可控性是传动和执行机构系统上最大的问题。而驱动元件与执行件(或执行机构)融为-体是广义执行机构的-个特点 (如图 2)，从而实现可控运动。

5 消费电子 20f3辫2 义魏豁乎豢缝 嘏域电机、气动马达和动作缸是驱动元件中的-两种，同时还有液压、电磁铁、弹性元件、形状记忆合金、光能马达等，这足以说明驱动元件种类繁多。机电-体化系统得到更加有效工作就必须依靠驱动元件的多样性。传统机构中的输出件可以为执行件，单-构件也可以是执行件。同时，驱动元件与执行件(或执行机构)的集成应用使机电-体化系统更加有效地工作。

2.信息处理及控制子系统。信息处理和控制子系统检测传感器所提供的信息，技术和控制策略和执行的广义执行机构控制的基础上采取行动的过程中。应执行的控制来实现，广义的运动学模型是由-台计算机和软件实现。信息处理和控制子系统是实现智能化的现代机械系统，自动化的关键。

3.检测传感子系统。检测传感器是实现物理量的检测和信号采集的功能载体，也是连接广义执行子系统的中间纽带。

三、机电-体化产品控制系统概念设计过程总体而言，要从功能需求出发建立机电-体化产品控制系统概念设计图 3所示：图 3 机电-体化产品控制系统概念设计流程(～)用户需求模型1.用户需求调查与分解。用户需求表达的是用户自己的意愿，要想获得这些意愿与想法，需要通过市场调查，但是这样的可操作性不强，很难使设计者完全把握用户的需求，对此可以将用户需求进行细分。机电-体化系统用户需求可分为控制域、机械域和其他域，控制域又可分为硬件域和软件域～最初的用户需求(父需求)对应于所设计的产品向各个领域进行分解 (图4：用户需求调查与分解)，获得晟终的用户需求 (叶需求).分解后的需求可以更具体的体现设计目标。