基于机电一体化架构的研究与分析

摘 要：当前我国经济加速发展，各行业之间的合作来往越加频繁。在各技术融合的过程中，机电一体化就代表了新型的技术发展趋势，朝向了智能化、尖端化发展的这种技术对生产、生活的影响不言而喻。本文首先分析了机电一体化系统的功能结构，然后研究了机电一体化架构的基本组成和核心组成，通过全面分析机电一体化的架构可以为它的发展提供更加广阔的应用平台。

关键词：机电一体化；架构研究；组成结构

1.前言

随着我国经济的发展和国家科研实力的提升，人们已广泛地接受了发展中的机电一体化这一新兴。机电一体化技术是将不同领域的专业例如电子信息工程、机械工程、计算机应用工程等学科交叉结合，对这些学科取长补短以期实现整个工作平台的最优化操作控制。

2.机电一体化功能介绍

机电一体化的主要功能就是将机械制造技术与不同领域的技术交叉互动实现最终应用，这些技术包括了电子技术、信息技术等先进的新兴技术。机电一体化系统的显著特点是根据实际情况，在确定了具有建设性方案的前提下，将机械技术和信息处理技术紧密协同和集成，以实现机械变换，用以满足用户多样化的需求。具体来说，机电一体化功能包括了变换功能、目的功能和状态变迁3部分。

变换功能主要通过人与机器分工协作相互配合，有目的地将输入状态中的过程对象变换为所期望产品的输出状态。这样的变换功能系统可以看做是一个黑匣子，其中输入已知，输出也已知，黑匣子里的过程是未知的。在这一过程中，转换对象的若干性质和特征会由功能中的单一步骤的改变而改变。只有用其他技术操作才能获得所需要实现的输出状态。

目的功能是由机电一体化系统的众多物理效应组成的，实施者、系统部件共同组成了该物理效应，这样的物理效应是机电一体化功能变换实现所需的基本能力。对于设计者的思维习惯以及设计者对系统设计功能的理解来说，目的功能可以有效地表示设计意图，更加贴近设计设。

在一体化连续类型的功能变换过程中，变换过程的输出具有连续性的特点，输出状态由且仅由输入状态决定，这种由物质、能量和信息的连续流组成的系统称为状态变迁功能。这也是机电一体化系统的一种功能结构。

以上3部分机电一体化系统的功能组成很好的诠释了机电一体化的复杂结构以及它所具有的特殊的性质，这样的性质很好的服务于新型机械设计技术的应用与发展。

3.机电一体化架构分析

3.1. 基本架构分析

首先介绍机电一体化架构中的基本构成要素，这些技术是机电一体化发展应用的基础环节。

3.1.1.系统技术。系统技术首先是以全局角度考虑了机电一体化系统的实现目标，将各种相关的技术组织结合在一起，然后将结合后的一体化系统分解成若干相互功能上相关联的单元。

3.1.2.自动控制技术。自动控制技术运用于诸如定位的高精度控制设备、速度精确设置的速度控制设备、强大自适应性的控制设备、自我优化技术的自诊断校正、补偿等设备。这一技术的应用可见及其范围广泛。在一体化系统的设计环节，甚至设计后的仿真调试阶段都需要自动控制技术的指导。

3.1.3.机械技术。机械技术是机电一体化的基础环节，这一技术的使用重点就是如何与机电一体化技术配合运用，利用所述其他新型技术的辅助作用，最终实现在重量上、体积上、精度上的优化即可以满足重量的减小、体积的缩小、精度的提高、性能的改善等要求。在机电一体化系统的设计中，应在采用人工智能专家系统的同时有效结合先进的计算机辅助技术，以期形成新一代的机械制造技术。

3.1.4.计算机与信息技术。计算机信息技术是新发展的技术体系，它是计算机技术与信息技术的有效结合，包括了信息实时交换、在线存取、人工智能判断与决策、神经网络技术等。

3.2. 核心架构分析

其次介绍机电一体化架构中的核心构成要素。这些技术是机电一体化发展应用的关键环节。

3.2.1.驱动技术。之前作为驱动元件的电机在设计使用中已被广泛采用，但是随着科技的发展，内部装有编码器的电机以及三位一体的伺服驱动单元（控制专用组件-传感器-电机）正在机电一体化的设计中逐渐占据重要的地位。

3.2.2.接口技术。信息数据传递格式的标准化、规格化是机电设备与计算机进行通信交换的基础，为了便于信息的传递和维修应使用同一规格的接口技术。目前，先进的接口技术是高速串行接口，由于其开发成本低、还可以解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光耦器的大容量化等问题，故在机电一体化的设计中占据重要的作用。

3.2.3.软件技术。一体化系统的使用离不开软件的开发与硬件的设计。为了提高系统的生产效率，应逐步推行统一的软件技术标准，即标准化的程序设计、模块化的程序开发、固化的程序应用等。

3.2.4.信息处理技术。为了使机电一体化系统得到进一步的发展，必须运用先进的信息处理技术以提高设备的可靠性，包括了模数、数模转换设备的可靠性和离线理数据的可靠性，进而提高整体系统的处理速度。

4.总结

机电一体化的应用使得机械生产业发生了史无前例的革新，是对传统机械加工设计方法的重大改进。新型机电一体化系统的运用，将会推动机械产品更新换代的速度以及提高产品的使用效率。随着科技水平的提高，各种相关的技术交叉配合已成为发展趋势，与此同时机电一体化技术也会在经济发展的同时得到更加广阔的发展前景。

参考文献：

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[5]张春利.机电一体化技术在煤矿生产中的应用[J].科技创新导报，2010（13）

作者简介：

王丽丹（1981.12.14--）女 汉族 籍贯：辽宁省海城市 学历：大学本科 专业：计算机科学与技术 职称：助理工程师。