机电系统接口设计（机电一体化系统中的接口）

本篇文章给大家谈谈机电系统接口设计，以及机电一体化系统中的接口对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。 今天给各位分享机电系统接口设计的知识，其中也会对机电一体化系统中的接口进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！

本文目录一览：

• 1、机电一体化系统的设计都有哪些内容方法？
• 2、毕业论文怎么写，能给我一份范文吗谢谢了，大神帮忙啊
• 3、机电一体化系统设计的内容简介

机电一体化系统的设计都有哪些内容方法？

机电一体化系统的设计：
一、机电一体化系统开发的设计思想
机电一体化的优势，在于它吸收了各相关学科之长并加以综合运用而取得整体优化效果，因此在机电一体化系统开发的过程中，要特别强调技术融合，学科交叉的作用。机电一体化系统开发是一项多级别、多单元组成的系统工程。把系统的各单元有机的结合成系统后，各单元的功能不仅相互叠加，而且相互辅助、相互促进、相互提高，使整体的功能大于各单元功能的简单的和，即“整体大于部分的和”。当然，如果设计不当，由于各单元的差异性，在组成系统后会导致单元间的矛盾和摩擦，出现内耗，内耗过大，则可能出现整体小于部分之和的情况，从而失去了一体化的优势。因此，在开发的过程中，一方面要求设计机械系统时，应选择与控制系统的电气参数相匹配的机械系统参数；同时也要求设计控制系统时，应根据机械系统的固有结构参数来选择和确定电气参数。综合应用机械技术和微电子技术，使二者密切结合、相互协调、相互补充，充分体现机电一体化的优越性。
二、机电一体化系统设计方法
拟定机电一体化系统设计方案的方法有取代法、整体设计法和组合法。
1、取代法
这种方法是用电气控制取代原传统中机械控制机构。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。如用电气调速控制系统取代机械式变速机构，用可编程序控制器或微型计算机来取代机械凸轮控制机构、插销板、步进开关、继电器等，以弥补机械技术的不足，这种方法不但能大大简化机械结构，而且还可以提高系统的性能和质量。这种方法的缺点是跳不出原系统的框架，不利于开拓思路，尤其在开发全新的产品时更具有局限性。
2、整体设计法
这种方法主要用于全新产品和系统的开发。在设计时完全从系统的整体目标考虑各子系统的设计，所以接口简单，甚至可能互融一体。例如，某些激光打印机的激光扫描镜，其转轴就是电动机的转子轴，这是执行元件与运动机构结合的一个例子。在大规模集成电路和微机不断普及的今天，随着精密机械技术的发展，完全能够设计出将执行元件、运动机构、检测传感器、控制与机体等要素有机地融为一体的机电一体化新产品。
3、组合法
这种方法就是选用各种标准模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统。例如，设计数控机床时可以从系统整体的角度选择工业系列产品，诸如数控单元、伺服驱动单元、位置传感检测单元、主轴调速单元以及各种机械标准件或单元等，然后进行接口设计，将各单元有机的结合起来融为一体。在开发机电一体化系统时，利用此方法可以缩短设计与研制周期、节约工装设备费用，有利于生产管理、使用和维修。
三、机电一体化系统设计的内容
在机电一体化系统(产品)中控制系统设计的主要内容可归结为：确定系统整体控制方案、确定控制算法、选择微型计算机、进行系统的硬件和软件设计，以及系统统调。
1、确定系统整体控制方案
(1)确定控制任务
在设计系统以前，必须对控制对象的工作过程进行深入的调查、分析和熟悉，并明确实际应用中的具体要求，按机械与电子功能划分方案确定系统所要完成的任务，然后用控制流程图或其他适当形式描述控制过程和任务，写成设计任务说明书，作为整个控制系统设计的依据。
(2)构思控制系统的整体方案
1)确定系统的控制结构形式是开环还是闭环控制。
2)采用闭环控制时应考虑检测传感器的选择和所要求精度级别，并考虑机构安装、使用环境等问题。
3)选择执行元件是电动、气动还是液压或其他，根据控制对象具体要求，比较方案的优缺点，择优而用。
4)明确微机在系统中的作用：是设定值计算、直接控制还是数据处理和应具备的功能，需要哪些输入／输出通道和配置哪些外围设备等。最后，画出系统组成的原理框图和附加说明，作为进一步设计的基础，并初步估算成本。
2、建立数学模型确定控制方法
建立系统的数学模型是个复杂过程，也是一个试探的过程，需要反复权衡。
1)根据已初步确定的控制系统的物理结构，采用合适的控制理论方法建立和组成各环节以及整个系统的数学模型表达形式。通过静、动特性计算，为计算机进行运算处理提供依据。
2)根据不同的控制对象和不同的控制性能指标要求，选择不同的控制算法。对过程控制设备的直接数字控制系统常用PID调节的控制算法；在位置数字随动系统中常用实现最少拍控制的控制算法；机床数字控制中常使用逐点比较法、数字积分法和数据采样法的控制算法。另外，还有多种最优控制的控制算法、随机控制和自适应控制的控制算法等供选择。
3)当控制系统较复杂时，控制算法也比较复杂，为设计、调试方便，可忽略小的非线性、小延时等因素的影响，将控制算法作某些合理的简化。利用计算机系统仿真技术，逐步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果。
总之，控制算法的确定是一个反复修正与试验的渐进过程。
3、选择微型计算机
对于微机所承担的任务给定以后，完成同一任务的微机方案有多种。一般以既能完成给定任务(应包括处理确定的控制算法)、又能充分发挥选用微机的功能、再留有一定功能余量为原则来选择。
从控制生产机械或生产过程要求出发，微型机应满足以下要求：
(1)有较完善的中断系统
对于控制用计算机，实时控制功能是一大特点。它包含系统正常运行时的实时控制能力和发生故障时紧急处理的能力。这种处理和控制一般都采用中断控制方式，即CPU及时接收终端请求、暂停原来执行程序，转而执行相应的中断服务程序，待中断处理完毕，再返回继续执行原程序。
在选用与CPU相应的接口芯片时也应有中断工作方式，以保证控制系统能满足生产中提出的各种要求。对于比较复杂的控制，要考虑采用实时操作系统。
(2)足够的存储容量
由于微型机内存容量有限，当内存容量不足以存放程序和数据时，应扩充内存，或配备适当的外存储器(如硬磁盘等)。
(3)完备的输入／输出通道
输入输出通道是系统外部过程和微机交换信息的通道。根据实际需要有开关量输入／输出通道、模拟量输入／输出通道、数字量输入／输出通道和实现快速、批量交换信息的直接数据通道。通道的操作方式有串行、并行以及随机选择与按某种预订顺序进行工作等。
(4)微处理器芯片的选择
这一选择的实质就是确定能满足控制功能要求的微处理器的字长、速度和指令系统。这三者是相互依存的。一般选择：
1)对通常的顺序控制、程序控制可选用1位微处理器；
2)对计算量小、计算精度和速度要求不高的系统可选用4位微处理器，如计算器、家用电器控制及简易控制等；
3)对计算精度要求较高、处理速度较快的系统可选用8位微处理器，如经济型的线切割机床、普通机床的控制和温度控制等；
4)对要求计算精度高、处理速度快的系统统可选用16位或32位微处理器，甚至采用精简指令集运算的芯片RIRC或多CPU，如控制算法复杂的生产过程控制，要求高速运行的机床控制，特别是大量的数据处理等。
(5)系统总线的选择
微型计算机主要由若干块印制电路板(按功能模块设计、制造)构成。各块板之间的连接，当然是通过印制板的插座之间的连线来实现的。通常，为了给使用和维护带来方便，希望插座之间的连线具有通用性——一个系统中的各块印制板可插在任一插座上。同时，也是为了各厂家生产的电路板具有通用性、互换性，就要对插座及连线订个标准。这就是系统总线选择的由来。
目前支持微型计算机系统机构的总线有：STD Bus支持8位和16位字长；Multi Bus工型可支持16位字长，Ⅱ型可支持32位字长；S-100 Bus可支持16位字长；VERSA Bus可支持32位字长，以及VME bus可支持32位字长等。生产厂家为这类总线提供各种型号规格的OEM(初始设备制造)产品，包括主模块和从模块，由用户任意选配。
4、系统总体设计
系统设计主要是依据上述控制方案、设计所要求和选用的微机类型，对系统进行具体的设计。其设计可分为硬件的接口设计和软件设计两大类型。
在对系统总体设计时，一个最重要的问题是如何解决微机、被控对象和操作者这三者之间可靠地适时进行信息交换的通道和分时控制的时序安排。也就是综合考虑用硬件配置和软件措施解决系统运行的次序安排，以保证系统有条不紊地运行。
(1)接口设计
对于一种产品(或系统)，其各部件之间，各子系统之间往往需要传递动力、运动、命令或信息，这都是通过各种接口来实现的。机械本体各部件之间、执行元件与执行机构之间、检测传感元件与执行机构之间通常是机械接口；电子电路模块相互之间的信号传送接口、控制器与检测传感元件之问的转换接口、控制器与执行元件之间的转换接口通常是电气接口。
机电一体化产品的内外接口实际上就是一种进行物质、能量和信息交换的界面，它具有存储、转换和服务功能。按功能可以将接口划分为以下3种：
1)零接口。不需进行任何转换，把具有结合关系的两部分直接连接起来称为零接口，如连接管、电缆、接线柱和刚性联轴节等。
2)普通转换接口。在具有结合关系的两部分之间存在能量或信息的转换，但不含微处理器的接口为普通转换接口。如减速器、变压器、电磁离合器、放大器、光电耦合器、A／D转换器、D／A转换器等。
3)智能转换接口。它是一种含有微处理器的转换接口，具有可编程的特点，因而能够自动改变接口条件，如由微处理器编程的8255A，8279，PIO等。
目前，大部分硬件接口和软件接口都已标准化或正在逐步标准化。对于硬件接口，在设计时可以根据需要选择适当的接口，再配合接口编写相应的程序。
(2)操作控制台设计
微机控制系统必须便于人机联系，通常都要设计一个现场操作人员使用的控制台。这个控制台一般不能用微机所带的键盘代替。原因是现场操作人员需要的是简单、明了、安全的操作面板，以实现对机器的操作。所以，要求操作控制台应有以下功能：
1)有一组或几组数据输入键(数字键或拨码开关等)，用于输入或更新给定值、修改控制器参数或其他必要的数据。
2)有一组或几组功能键或转换开关，用于转换工作方式，启动、停止系统或完成某种指定功能。
3)有一个显示装置或显示屏，用于显示各种运行状态、参数及故障指示等。控制台上应该有一个“紧急停止”按钮，用于有紧急事故时停止系统运行，转入故障处理。
应当明确指出，控制台上每一种信号都与系统的运行状态密切相关。设计时，必须明确这些转换开关、按钮、键盘、显示器和故障指示灯的作用和意义，仔细设计控制台的硬件及其相应的管理程序，使设计的操作控制台既能方便操作又保证安全可靠，即使操作失误也不会引起严重后果。
(3)微型计算机控制系统的电源设计
微机控制系统中的电源，根据需要可以有不同的类型(直流和交流)和规格(电压和功率)。按照使用情况，对性能的要求也不尽相同，在设计过程中应按实际要求合理选用调试，并控制电压变动。电源本身要具有过压、短路、过载保护和热保护，否则将会造成不可弥补的损失。
(4)整机的安装、联接设计
这是一种整体结构设计。微机控制系统安装既包括了与被控对象的联接安排，也考虑了主机本身的安装联接问题。其设计原则应该是安装、联接的可靠性和使用、装配、维护的方便性。
1)安装、联接结构具有防震性，即印制电路板、接插件和元器件包括电缆等应牢固地安装在同一个机壳上，不因振动而松动。
2)采用标准或专用、制造质量好的防松接插件，以保证接触可靠而又使用、维护方便。
3)布线结构要合理，能防止相互间的电磁耦合干扰。一定要使信号线和功率线进行隔离，分别走线。对模拟信号更要注意走线的长短和屏蔽，如走线太长，需要考虑进行信号增强等措施。
4)正确安装安全地线、信号地线、屏蔽地线以及功率地线和强电地线，最终要进行地线连接。地线要采用一点接地型，即把信号地线、功率地线、被控对象地线(安全地)等连接到公共接地点。而总的公共接地点必须与大地接触良好，一般接地电阻要小于(4～7)Ω。
(5)软件设计
对于选定的微机控制系统，其微机本身已有一定的软件支持，一般这些软件要求用户了解其使用方法和基本原理。如果把微型计算机专门为某一控制领域而设计成专用的控制计算机，用户就需要利用计算机的指令系统和相应的开发系统来设计系统软件，即控制软件、管理软件、诊断软件等。这些系统软件的设计要求更有专用性和针对性。
在微机控制中，其软件任务大体可以分为数据处理和过程控制两大基本类型。数据处理主要包括数据的采集、数字滤波、标度变换，以及数值计算等等。过程控制主要是使微机按照一定控制算法进行计算，然后进行输出去控制生产。
5、系统联调
微机控制系统设计完成后，硬件电路要进行制作、安装及试验，并进行连续烤机运行。软件各模块要在微机上分别进行调试，使其正确无误，然后存盘。上述工作完成后，就可将硬件与软件组合起来进行系统联调的模拟试验，正确无误后，进行现场实验，直到正式运行。在这个阶段，最重要的是仔细设计模拟调试的方法与步骤，以及所用的测试手段。
此外，在现场试验前，要仔细检查接线，无误后才能进行现场调试。现场调试的步骤根据不同对象要仔细考虑。首先要把涉及的自动保护项目进行实验，确认有效后才可进入功能、参数等项目的试验。

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浅谈机电一体化中的接口技术 摘要：接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越 重要。文章以机电一体化控制系统（微电子系统）为例，将接口分为人机接口与机电接口两大类进行探讨。 关键词：机电一体化；接口技术；人机接口；机电接口 机电一体化系统可分为机械和微电子系统两大部分，各部分 连接须具备一定条件，这个联系条件通常称为接口。各分系统又 由各要素（子系统）组成。本文以机电一体化控制系统（微电子 系统）为例，将接口分为人机与机电接口两大类。 一、机电接口：由于机械系统与微电子系统在性质上有很大 差别，两者间的联系须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，因 此机电接口起着非常重要的作用：（1）行电平转换和功率放大。一 般微机的I/O芯片都是TTL电平，而控制设备则不一定，因此必 须进行电平转换；另外，在大负载时还需要进行功率放大；（2）抗 干扰隔离。为防止干扰信号的串入，可以使用光电耦合器、脉冲 变压器或继电器等把微机系统和控制设备在电器上加以隔离；（3） 进行A/D或D/A转换。当被控对象的检测和控制信号为模拟量 时，必须在微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路， 以保证微机所处理的数字量与被控的模拟量之间的匹配。1、模拟 信号输入接口：在机电一体化系统中，反映被控对象运行状态信 号是传感器或变送器的输出信号，通常这些输出信号是模拟电压 或电流信号（如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电 阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等）计算机要对被控对 象进行控制，必须获得反映系统运行的状态信号，而计算机只能 接受数字信号，要达到获取信息的目的，就应将模拟电信号转换 为数字信号的接口——模拟信号输入接口。2、模拟信号输出接 口：在机电一体化系统中，控制生产过程执行器的信号通常是模 拟电压或电流信号，如交流电动机变频调速、直流电动机调速器、 滑差电动机调速器等。而计算机只能输出数字信号，并通过运算 产生控制信号，达到控制生产过程的目的，应有将数字信号转换 成模拟电信号的接口——模拟信号输出接口。任务是把计算机输 出的数字信号转换为模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行 器，达到控制对象的目的。模拟信号输出接口一般由控制接口、数 字模拟信号转换器、多路模拟开关和功率放大器几部分构成。3、 开关信号通道接口：机电一体化系统的控制系统中，需要经常处 理一类最基本的输入/输出信号，即数字量（开关量）信号包括： 开关的闭合与断开；指示灯的亮与灭；继电器或接触器的吸合与 释放；电动机的启动与停止；阀门的打开与关闭等。这些信号的 共同特征是以二进制的逻辑“1”和“0”出现的。在机电一体化 控制系统中，对应二进制数码的每一位都可以代表生产过程中的 一个状态，此状态作为控制依据。（1）输入通道接口。开关信号 输入通道接口的任务是将来自控制过程的开关信号、逻辑电平信 号以及一些系统设置开关信号传送给计算机。这些信号实质是一 种电平各异的数字信号，所以开关信号输入通道又称为数字输入 通道（DI）。由于开关信号只有两种逻辑状态“ON”和“OFF”或 数字信号“1”和“0”，但是其电平一般与计算机的数字电平不相 同，与计算机连接的接口只需考虑逻辑电平的变换以及过程噪声 隔离等设计问题，它主要由输入缓冲器、电平隔离与转换电路和 地址译码电路等组成。（2）输出通道接口。开关信号输出通道的 作用是将计算机通过逻辑运算处理后的开关信号传递给开关执行 器（如继电器或报警指示器）。它实质是逻辑数字的输出通道，又 称为数字输出通道（DO）。DO通道接口设计主要考虑的是内部与 外部公共地隔离和驱动开关执行器的功率。开关量输出通道接口 主要由输出锁存器、驱动器和输出口地址译码电路等组成。 二、人机接口：人机接口是操作者与机电系统（主要是控制 微机）之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以分 为输入与输出接口两大类。机电系统通过输出接口向操作者显示 系统的各种状态、运行参数及结果等信息；另一方面，操作者通 过输入接口向机电系统输入各种控制命令，干预系统的运行状态， 以实现所要求的功能。1、输入接口。（1）拨盘输入接口。拨盘是 机电一体化系统中常见的一种输入设备，若系统需要输入少量的 参数，如修正系数、控制目标等，采用拨盘较为方便，这种方式 具有保持性。拨盘的种类很多，作为人机接口使用最方便的是十 进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘。BCD码拨盘可直接与控 制微机的并行口或扩展口相连，以BCD码形式输入信息。（2）键 盘输入接口。键盘是一组按键集合，向计算机提供被按键的代码。 常用的键盘有：1）编码键盘，自动提供被按键的编码（如ASCII 码或二进制码）；2）非编码键盘，仅仅简单地提供按键的通或断 （“0”或“1”电位），而按键的扫描和识别，则由设计的键盘程序 来实现。前者使用方便，但结构复杂，成本高；后者电路简单，便 于设计。2、输出接口。在机电一体化系统中，发光二极管显示器 （LED）是典型的输出设备，由于LED显示器结构简单、体积小、 可靠性高、寿命长、价格便宜，因此使用广泛。常用的LED显示 器有7段发光二极管和点阵式LED显示器。7段LED显示器原理 很简单，是同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮 而显示不同字形的。点阵式LED显示器一般用来显示复杂符号、 字母及表格等，在大屏幕显示及智能化仪器中有广泛应用。 结语：接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题，使系 统中信息和能量的传递和转换更加顺畅，使系统各部分有机地结 合在一起，形成完整的系统。接口技术是在机电一体化技术的基 础上发展起来的，随着机电一体化技术的发展而变得越来越重 要；同时接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展。从某种 意义上讲，机电一体化系统的设计，就是根据功能要求选择了各 部分后所进行的接口设计。接口的好与坏直接影响到机电一体化 系统的控制性能，以及系统运行的稳定性和可靠性，因此接口技 术是机电一体化系统的关键环节。 参考文献： [1]杨德麟等.例尺数字测图的理论方法与应用.大学出版社.2001 [2]李青岳.工程测量学.测绘出版社.2000 [3]张光东.数字化地形测量的实践.第一届全国交通工程测量学术讨论 会论文集.西安地图出版社

机电一体化系统设计的内容简介

《机电一体化系统设计(普通高等教育机械类十二五规划系列教材)》( 俞竹青、金卫东担任主编)介绍了机电一体化系统的基本原理、机电一体化系统的构成、常用传感器、常用执行元件以及相关检测控制电路设计，力求贴近工程实用。全书共7章，内容包括：概论、机械系统部件及其设计、检测传感器及其接口电路、执行元件及控制、单片机及接口电路设计、机电一体化系统的抗干扰设计、机电一体化系统设计实例。本书注意理论与实际的结合，重视解决工程实际问题，并力求做到突出重点，层次分明，语言易懂，以便于读者自学。
《机电一体化系统设计(普通高等教育机械类十二五规划系列教材)》主要作为高等院校机械设计制造、机械电子工程、工业自动化等专业的教材，也可作为高等专科学校、高等职业学校、成人高校相关专业教材，并可供机电类工程技术人员和研究人员参考。

关于机电系统接口设计和机电一体化系统中的接口的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。 机电系统接口设计的介绍就聊到这里吧，感谢你花时间阅读本站内容，更多关于机电一体化系统中的接口、机电系统接口设计的信息别忘了在本站进行查找喔。

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