机电一体化系统的构成和要素

机电一体化系统具有检测、构造、操作、动力和控制五个基本要素。机电一体化系统的基本组成要素可类比人体(表1.2)。

表1.2 机电一体化系统要素与人体的对应关系

人体的基本构成是感官、大脑、四肢、内脏及躯干,对应感知(检测)、控制、操作、动力和构造。人通过感官获取外部信息,以信号的形式由神经系统传输至大脑;大脑处理接收到的信息,发送控制指令给身体各部位;四肢根据大脑的指挥实现运动功能,执行操作;内脏提供维持人体活动所需的能量和物质;躯干则将各要素有机地联系为整体。

机电一体化系统包含机械本体部分、动力驱动部分、传感检测部分、执行机构部分、控制与信息处理部分。各部分之间通过接口相联系,在系统运行中各司其职,相互协调补充,共同完成目的功能(图1.3)。

图1.3 机电一体化系统基本组成要素的关系及功能要素对应关系

(1)机械本体部分。系统所有功能要素的机械支持结构。一般包括机身、框架、支撑、连接等,实现系统的构造功能。

(2)动力驱动部分。为系统提供能量和动力,并依据系统控制要求将输入的能量转换成需要的形式,实现动力功能。

(3)传感检测部分。包括各种传感器和信号处理电路,对系统运行时的外部环境和内部状态进行检测,提供进行控制所需的各种信息,实现检测功能。

(4)控制及信息处理部分。根据系统的功能和性能要求以及传感器反馈的信息,进行处理、存储、分析和决策,控制整个系统有效运行,实现控制功能。

(5)执行机构部分。包括执行元件和机械传动机构。执行元件通常基于电气、机械、液压动力或气动,根据控制及信息处理部分发出的指令,把电气输入转化为机械输出,如力、角度或位置,完成规定的动作,实现系统的主功能。

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