机电一体化系统集成的分析与研究

机电一体化系统集成的分析与研究

丁晨

322000义乌市交旅高速公路有限公司

摘要：随着科技的飞速发展，机电一体化系统在各领域得到了广泛的应用。本文通过对机电一体化系统的组成、特点及应用进行深入分析，探讨了机电一体化系统集成的方法与技术，旨在为相关领域的研究和应用提供有益的参考。

关键词：机电一体化；系统集成；分析；研究

机电一体化系统是将机械、电子、信息等技术融合在一起，形成具有高性能、高可靠性、智能化特点的系统。近年来，随着我国经济的快速发展，机电一体化系统在工业、农业、国防等领域得到了广泛应用。为了提高机电一体化系统的性能，研究其系统集成技术具有重要意义。

1机电一体化系统的组成与特点

1.1组成

机电一体化系统主要包括以下几个部分：机械本体、传感器、执行器、控制器、电源和信号处理电路等。这些部分相互配合，实现系统的整体功能。

1.2特点

机电一体化系统具有以下特点：（1）高度集成：通过集成多种技术，实现系统功能的优化；（2）智能化：采用先进的控制算法，实现系统的自主控制；（3）高性能：利用高性能的硬件设备，提高系统的性能指标；（4）高可靠性：系统具有自检测、自修复功能，确保系统稳定运行；（5）节能环保：采用绿色能源和节能技术，降低系统能耗。

2机电一体化系统集成技术

2.1支撑技术

机电一体化是在微电子技术问世之后发展起来的。随着计算机技术的发展，尤其是微处理器的广泛使用，使得机电一体化技术与产品得到了飞速的发展。机电一体化是以微电子技术和机械本体的协同工作为核心，通过控制系统来完成。其性能分析、产品试验、系统评估等都离不开技术支持。在生产设备、生产工艺等方面，由于最终产品的种类而有很大差异。从总体上看，支撑机电一体化的技术有：精密机械、计算机、电子、控制、电气等。现代光电子技术正向机电一体化发展，形成了光机电一体化的体系.光传感技术、光纤传输、新的显示技术、机器视觉技术的发展与应用，都表明，光学技术将是一种新的机电一体化技术。近几年，微机电集成技术发展迅速，已形成一定的工业规模和销售规模，并有望在本世纪末乃至下个世纪取得快速发展。它是在利用半导体芯片的生产过程中发展起来的。由此可以预见，随着科技水平的提高，将会有更多的高科技来支撑机电一体化的发展，使得机电一体化的技术和方法更加的丰富。

2.2集成方法

2.2.1部件级集成

元件层面的整合重点在于，在传感器或执行机构或二者结合的层面上，有更多的传感器和执行机构，并且能够完成一项局部工作，并且在一定程度上也是一个整体。复杂的计算工作分为上层和下层两个阶段。高级运算由SUN工作站完成，其主要作用为手的状态监测、手的协调规划、以及较高层次的控制计算。底层的运算是通过手上的控制器来实现的，它通过对多个与其连接的仿真控制环发出空间控制指令。该系统的控制策略是基于模糊控制的。模拟控制电路采用比例差动控制，配有功率放大器.其中，运动机构、连接机构、传感器和微型马达、齿轮组等是灵巧手集成的核心部件。

2.2.2系统级集成

系统层次的整合是指系统总体性能与总体架构，总体上包括总体架构与控制策略、传感器与执行机构数目及配置等。在能够准确建立系统模型的情况下，采用该模型来比较系统的力学结构和不同的控制策略，或根据给定的限制条件进行优化，从而获得最佳的设计方案。该方法被称作模式优化。

2.2.3硬件软件综合集成

该方法可以面向组件和整体系统。其要义就是按照机电一体化系统的特性，对其所要实现的功能和任务进行分类。在进行分区后，可以决定哪些工作应该是硬件设备，哪些是软件，以及哪些是必须同时进行的；然后，各工作团队分工负责，并完成任务；最终完成整个系统的调试和运行。CAD可以分为两个任务：零部件和整机的设计和性能分析。生产环节可以分为两个主要工作：工艺和品质控制和检验。在此基础上，设计部分将由计算机和相关的软件来完成，而在生产环节，通过计算机和自动化程序软件来实现，而在生产过程中，通过数控机床、机械手、机器人等，通过相应的测试仪器和软件来实现产品的质量控制和检测。该技术是一种以任务为导向的综合技术。

2.2.4分层集成

分层整合可以分成自上而下和自下而上的两类。这两种方法都需要把系统分为几个子系统，然后再把它们划分为几个主要的组件。本文以高速公路收费站自助式缴费机为实例，阐述了自助缴费机的综合系统的实现。缴费机分为五大子系统，分别是卡机系统、读写系统、履带系统、引导系统和对讲系统。卡机系统是投卡机缴费机的基础结构，它承担着投卡缴费机的全部动作，同时也承担着投卡机缴费机的全部交互。要改善车辆到达车道的交易流程，减少车道停留的时间，从硬件调试、软件逻辑、指引导向等几个方面进行优化。交易速度取决于车辆在面对缴费机时所消耗的时间，故对驾驶员驾驶要求更低的履带式自助缴费机会获得更高的通行效率。同时，由于etc刷卡交易存在拔下etc卡与卡机交互的动作，面板拥有伸缩的etc卡读写区在该特情下的通信效率也能获得大幅提升。

2.3机电一体化系统的集成与融合

2.3.1信息集融

机电一体化技术是将机械、电子、微电子、传感器、接口、信号转换等技术有机地融合在一起，并在实践中得到了广泛的应用。其中，采用传感器技术可以增强机电一体化的感知能力和识别能力，增强设备的适应性，提高产品的智能程度。因此，要实现多传感器与其它技术的协同工作，必须对多传感器的集成和融合理论和方法进行深入的研究。因此，多传感器的整合和融合理论应运而生，但目前对其总体概念的界定尚不明确。然而，许多学者都认为，多个传感器的集成和融合就是通过对多个传感器的数据进行综合处理，从而获得对环境的正确认识和判断，从而为系统的决策提供可靠的基础。传感器集成技术和融合技术是相互关联和不同的。其中，集成技术是指将多个传感器所提供的多种信息进行综合利用，而融合技术则是通过对不同来源的传感器信号进行处理（融合）。从另一个方面来说，整合技术提高了感知的准确性，而融合技术则提高了感知的准确度。可见，整合和整合之间存在着某种差异。就集成技术而言，机电一体化系统中的传感器数量不必太多，在控制信息从上到下的过程中，通常都是使用符号推理的方法。也就是说，在特定的传感器上，重点放在了基础实验上，更注重了感知目标的特性，以及指挥和协调的功能。就集成技术而言，机电一体化系统中的传感器数量通常较多，在控制信息由上至下的流动中，多采用了数学计算模式。这就是针对系统中的一个抽象的传感器，通过对其内部的信息加工机理和规则的研究，重点突出了融合中心的功能。

2.3.2能量融合

两个要进行传递和交换的环节，由于方式的差异，不能直接进行能量的转化和交换，因此，能源的转化是必然的。在机电一体化系统中，要实现能源的传递，必须要有一个界面。比如，在齿轮传动中，能量通过轮齿、界面、传递；而电动机的动力，就是由磁场来提供动力。第二个界面，我们通常叫它机电耦合，我也叫它，能量集中。这是因为，无论是机械还是电子，都是能量的载体，两者之间的联系，都是由拉格朗日麦克斯韦方程组成的。

3结论

本文对机电一体化系统进行了全面分析，阐述了系统集成技术及应用。随着科技的不断进步，机电一体化系统在各个领域的应用将更加广泛，对其集成技术的研究具有重要意义。希望通过本文，为相关领域的研究和应用提供有益的参考。

参考文献：

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[2]郑堤,唐可洪.机电一体化设计基础[M].北京:机械 工业出版社,1997:21-22.

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