第7章 自动化技FB体育 FB体育平台术及应用

　　（2）向超大型、超小型方向发展。 （3）大力开发智能模块，加强联网与通信能力。 （4）增强外部故障的检测与处理能力。 （5）编程语言多样化。

　　按技术发展分 聋哑传感器 智能传感器 网络传感器 按能量来源分 能量控制型传感器 能量转换型传感器

　　1969年，美国数字设备公司根据对生产过 程进行控制的需要，研制出了第一台可编程控 制器。

　　目前，世界上有200多家PLC厂商，400多 品种的PLC产品，PLC产品可按地域分成三大 流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲 产品，一个流派是日本产品 。

　　 可编程控制器（PLC） 是在继电—接触器控制系统基础上开发出来 的一种新型工业控制器。

　　五、微型机械中的IC工艺 1.机械制造方法的概述 2.微型机械加工的特点 首先，微型机械加工精度 其次，如何装配微型机械 第三，微型机械的价格问题 最后，系统的微型化

　　 第一类：使用传统的超精加工方法加工微型机件 （如；车、铣、刨、磨、钻）  第二类：利用成熟的IC（集成电路）加工工艺  第三类：一些有应用前景的技术。如LIGA工艺 （光刻电铸成型工艺）；STM（扫描隧道显微技 术）。

　　☆闭环伺服系统的位置检测装置安装在机床的工作台上； ☆检测装置构成闭环位置控制。 ☆闭环方式被大量用在精度要求较高的大型数控机床上。

　　☆位置检测元件安装在电动机轴上或丝杠上，用以精确控制 电机的角度，为间接测量； ☆坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，其传动误差 没有得到系统的补偿； ☆半闭环伺服系统的精度低于闭环系统。 ☆适用于精度要求适中的中小型数控机床。

　　 由人操作，机床进给系统能保证切削过程继续进行，不能 控制执行件的位移和轨迹.  由CNC装置按照零件程序完成零件的加工。能精确地控 制执行件的速度、方向、和位置，且可使几个执行件按一 定的运动规律合成轨迹。

　　PLC是一种专门为在工业环境下应用而设 计的数字运算操作的电子装置。 采用可以编制程序的存储器，用来在其内部 存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算 术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式 的输入和输出，控制各类机械或生产过程。

　　 3.可编程控制器的分类 按容量分为：小型、中型和大型PLC。 按结构形式分为：整体式PLC、模块式PLC、 叠装式PLC。 按功能分为：低档PLC、中档PLC、高档PLC。

　　（1） 20世纪50-60年代末，机电一体化概 念还未提出。 （2）20世纪70-80年代，数控机床的问世, 写下了“机电一体化”历史的第一页; 微 电子技术为“机电一体化’’带来勃勃生 机。

　　 （3）20世纪90年代，智能化阶段。可编程序 控制器、“电力电子”等的发展为“机电一体化” 提供了坚强基础。 （4）激光技术、模糊技术、信息技术等新技 术使机电一体化跃上新台阶.

　　 机电一体化技术——科学技术不断发展，生产工 艺提出新要求而迅速发展的。  在控制方法上主要是从手动到自动；  在控制功能上，是从简单到复杂；  在操作上，是由笨重到轻巧。  随着新的控制理论和新型电器及电子器件的 出现，又为电气控制技术的发展开拓了新途径。

　　 典型的机电一体化系统有：  数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪 器仪表等。

　　 典型的机电一体化元、部件有：电力电子器件及装置、可 编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集 成电路、伺服机构等。

　　 1.机械技术  2.计算机与信息处理技术  3.自动控制技术  4.系统总体技术  5.传感与检测技术  6.伺服传动技术

　　 2、机电一体化技术的发展趋势 （1）光机电一体化 （2）柔性化 （3）智能化

　　 机电一体化技术一般包括五大类产品 ： 先进制造技术设备； 机电一体化机械设备； 机电基础件； 仪器仪表； 监控设备及控制系统

　　 伺服驱动技术是机电一体化技术的重要组 成部分，是一种实现从控制信号到机械动作的 转换技术。

　　功能：在控制指令的指挥下，控制驱动 元件，使机械的运动部件按指令要求运动，并 具有良好的动态性能。

　　2、微型机械的两个基本特征  微小尺度  系统集成 3、微型机械与普通机械的不同  两者的设计和制作方法不同  控制方法和工作方式不同  与环境的关系不同  不可忽视的尺度效应

　　 基本任务：从检测对象中获取反映变化规律的 动态信息，并将这些信息传递给机电一体化系 统的大脑----信息处理与控制系统。信息处理 与控制系统将接收的信息处理后，指导机电一 体化系统做出相应的反应。

　　 1.传感器的地位和作用 通过传感器检测有关外界环境及自身状态的各种物 理量及其变化，并将这些信号转换成电信号反馈给控制 装置或送去显示装置。 传感器是机电一体化产品中必不可少的环节，对原 始的各种参数进行精确而可靠的自动检测。  2.传感器的定义 能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用 输出信号的器件或装置。

　　（3）编程方便，易于使用。 （4）控制系统设计、安装、测试方便。 （5）维修方便，维修工作量小。 （6）功能完善。

　　从昆虫类动物身上找到了灵感，利用 机械组件和电子电路打造出了一种微 型机器虫，该微型机器虫可在1秒钟 内可爬升1英尺（约30厘米）。

　　荷兰戴夫特技术大学，研发人员介绍微型的飞行昆虫机器人DelFly Micro。这种机器人只有3g重、10cm长，飞行速度却可以达到18千 米/小时，另外还可配备无线摄像

　　（3）微型化传感器 （4）传感器多功能集成化 （5）传感器的智能化和网络化

　　即微机电系统，是20世纪末兴起的，本世纪 初快速发展的高科技前沿领域，是当前一个十分 活跃的工程科学。 它涉及多学科的交叉：如物理学、现代光学、 现代力学、化学、生物学等基础学科，以及材料、 机械、电子、信息等各工程技术学科。

　　 机电一体化技术是在信息论、控制论和系 统论的基础上，在计算机、传感器和软件技术 三者的支撑下发展起来的。 机电一体化系统代表现代机械系统，是对 传统机械系统的升级。

　　 伺服系统的分类 按执行元件的基本性质分为： 电气伺服系统 液压伺服系统

　　开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件； 没有位置反馈回路和速度反馈回路； 设备低，调试维修方便，但精度差； 用于中、低档数控机床及普通机床改造。

　　一、微型机械发展的起源  1962年第一个源自文库微型压力传感器问世。

　　 1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径 为60～12μm的利用硅微型静电机。  21世纪美国能源部所属的桑迪亚国家实验室研制 出微型发动机。

　　3 MEMS的形成与发展 1、MEMS的形成基础 学科交叉的产物 机械电子学——机械学、电子学、计算机技术交叉 MEMS——机/电/磁 /光/声/热/液/气/生/化等多学科 交叉 与机械电子学的关系 • 不是简单的提升 • 基本组成相同

　　 1、定义：  美国为微机电系统，即MEMS。由电子和机械元件 组成的集成微器件、微系统，能将计算、传感与 执行融合为一体，尺度在微米到毫米之间。

　　 日本为微型机械，是由只有几毫米大小的功能元 件组成的，它能够执行复杂、细微的工作。  欧洲为微系统，微结构产品具有微米级结构并具 有由微结构形状提供的技术功能。

　　直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机、液压 缸、液压马达、汽缸、气压阀等。

　　反馈信号一般为位置反馈信号、速度反馈信号和电流 反馈信号等，要经多种传感元件进行检测。

　　1 物理传感器 利用某些敏感元 件的物理性质或 某些功能材料的 特殊物理性能的 传感器，并将这 些物理特性转变 为电信号。 2 化学传感器 利用化学反应原 理，把无机或有 机化学物质成分、 含量转换为电信 号。 3

　　是使物体的位置、角度、状态等输出被控量能够跟 随输入目标值任意变化的自动控制系统，又称随动系统 或伺服机构。 CNC装置是数控机床的“大脑” ， “指挥机构” 伺服系统是数控机床的“四肢” ， “执行机构”。

　　2、MEMS的发展 20世纪60年代-，集成电路制造工艺，CD目前  2 已达45nm，在1mm 内有若干个G以上容量的单元电路 体微加工、深槽加工技术发展，形成MEMS制造  技术。典型代表： 德国LIGA 技术 MEMS发展的重要标志 • 制作水平方面——微马达（静电） • 应用水平方面——微飞行器、微机器人FB体育 FB体育平台FB体育 FB体育平台FB体育 FB体育平台