機電一體化中接口技術

時間：2025-10-14 05:47:03 機電一體化畢業論文

機電一體化中接口技術

　　機電一體化中接口技術【1】

機電一體化中接口技術

　　摘要: 本文以機電一體化控制系統為例,將接口分為人機接口和機電接口兩大類進行探討,在此基礎上分析得出了機電接口技術對機電一體化的影響,并指出了機電接口技術必然促進機電一體化的發展。

　　關鍵詞: 機電一體化;接口技術;人機接口;機電接口

　　0引言

　　機電一體化系統是機械、電子和信息等各種技術融合為一體的綜合系統,其構成要素與子系統之間的接口部分就顯得極為重要。

　　在機械系統和電子系統各種技術的復合過程中,接口技術很重要,機電接口技術是解決如何把機電及相關領域技術有機地融為一體,從而設計出最優的機電一體化產品的研究領域,其性能的好壞對整個系統的綜合性能起著決定性作用。

　　1機電一體化系統的設計

　　在早期的機電一體化系統中,機械部分的設計是系統設計的中心。

　　電能僅用于驅動,為系統提供動力。

　　利用直流電動機的變速功能雖然可以簡化機械系統的傳動結構,但因為無法控制運動部件的行程,因而程序自動化仍然是系統控制設計的主要目標。

　　驅動電動機不再是機械運動鏈的起點,而成為聯結機械運動和動力以及控制的接口。

　　機電一體化系統設計已從“純”機械的設計延伸到控制領域。

　　計算機、數字電路、傳感器以及自動控制理論已成為系統設計師不可或缺的知識基礎。

　　信息技術和軟件設計已經成為表達系統設計思想和協調自動化工作的重要工具。

　　機電一體化技術是一個不斷發展和完善的過程。

　　產品精度和生產效率對機電一體化系統提出了不斷改進伺服驅動性能和發展控制算法的要求,而性能優良的伺服驅動既拓展了機械系統的功能、簡化了傳統的機構,又要求機械系統具有合理的慣量和更好的系統動態性能。

　　傳感器的在線監測確保了系統安全可靠的運行,反饋的信息通過閉環確保了先進控制理論的實現和產品的質量要求。

　　機、電、信息的密切交叉已經使機電一體化系統中各部分的互相聯結和影響成為設計必須綜合考慮的重要內容。

　　機電接口技術作為機電一體化設計的核心已經受到專家和學者越來越多的關注。

　　2機電接口技術的內涵

　　機電一體化系統是機械、電子和信息等功能各異的技術融為一體的綜合系統,其子系統之間的接口極為重要,從某種意義上說,機電一體化系統設計就是接口的設計。

　　但現在對于機電接口技術的研究較少,通過對機電一體化系統進行總結和歸納,我們提出了機電接口技術的概念,形成了如下幾點認識。

　　2.1 機電接口技術的內涵機電接口技術是一門新興的技術,它研究機電一體化系統中各組成部分(子系統)和各組成技術之間的接口問題。

　　研究這門技術是為了更有效地進行系統中信息能量的交互,融合各種技術,實現機電一體化系統最優化設計。

　　2.2 機電一體化系統接口(簡稱機電接口)的功能機電接口傳遞和轉換信息和能量,并將機電一體化各組成技術的特性融為一體。

　　機電接口包括硬件和軟件,硬件主要在子系統之間或人與機電一體化系統之間建立連接,為信息和能量的輸入/輸出、傳遞和轉換提供物理通道。

　　軟件主要是提供系統信息交互、轉換、調整的方法和過程,協調和綜合機電一體化組成技術,使各子系統集成并融合為一個整體,實現新的功能。

　　2.3 機電接口的分類①人―機接口。

　　人與機電一體化系統之間的接口,通過此接口,可以監視系統的運行狀態,控制其運行過程,即通過人―機接口能夠使系統按照人的意志進行工作。

　　人-機接口是雙向的,硬件包括輸入/輸出設備,主要有顯示屏、鍵盤、按鈕等。

　　②動力接口。

　　動力源連接到驅動系統的接口,為驅動系統提供相應的動力。

　　根據系統所需的動力類型不同如直流電、交流電、氣動、液壓等,動力接口的形式也有很大的不同。

　　但動力接口有一個共同的特點,能夠通過較大的功率。

　　③智能接口。

　　智能接口主要存在于三處,控制系統到驅動系統、驅動系統到傳感器、傳感器到控制系統。

　　智能接口的應用情況相對比較復雜,但可以得出它的一些共性:智能接口傳遞和轉換各種信息,按照不同技術的要求改變信息形式,使不同的子系統、不同的技術能夠集成在一起,形成完整的系統。

　　通常,智能接口是軟件表現出的功能連接。

　　④機―電接口。

　　執行機構與驅動系統和傳感器之間的接口。

　　將驅動信號轉換成執行機構所需的信號,或將執行機構的機械信號轉換成傳感器所需的信號。

　　3機電接口技術對機電一體化發展的影響

　　社會需求推動機電一體化技術的發展。

　　當傳統的機械技術無法滿足日益增加的社會需求時,機械技術與電子技術、信息技術等結合形成的機電一體化技術就成了機械技術發展的必然。

　　相應的系統內部的接口也就變得越來越復雜。

　　機電一體化技術的各組成技術的研究已經進行得非常深入且日趨成熟,同時,人們也意識到單純發展和研究各組成技術并不能保證機電一體化系統的最優化。

　　而機電接口技術正為它們提供了一種有效的方法來進行系統研究,并將系統設計、集成和融合理論應用到實際的設計當中。

　　目前,機電一體化正在向著智能化、模塊化、網絡化等方向發展,智能化必然要求系統各部分的結合要更加緊密,信息傳遞和反饋更加迅速準確。

　　從機電一體化發展方向對機電接口技術的要求來看,機電接口技術的研究與發展已經成為必然,同時,機電接口技術的研究與發展也必然對機電一體化技術的發展起促進作用。

　　4結論

　　機電一體化系統是機械系統不斷融合各種新技術、新知識發展起來的。

　　因此,從機械技術發展起來的機電一體化技術的復雜性和多學科性就決定了此技術的研究重點是各種技術在機械技術上的融合與創新。

　　機電接口技術是研究機電一體化系統中的接口問題,使系統中信息和能量的傳遞和轉換更加順暢,使系統各部分有機的結合在一起,形成完整的系統。

　　機電接口技術是在機電一體化技術的基礎上發展起來的,隨著機電一體化技術的發展而變得越來越重要。

　　同時機電接口技術的研究也必然促進機電一體化的發展,促進機電一體化系統理論的發展。

　　參考文獻:

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　　[3]劉杰等.機電一體化基礎與產品設計.北京:冶金工業出版社,2009.

　　機電一體化中的接口技術【2】

　　摘要：在機電一體化應用的過程中，接口技術是一種重要的創新和發展，而且當前機電一體化技術在這一過程中也得到了非常迅猛的發展，所以接口技術也發揮著越來越關鍵的作用，所以在這一過程中，我們需要對其予以全面和細致的研究，只有這樣，才能更好的保證機電一體化技術的應用效果。

　　本文主要分析了機電一體化中的接口技術，以供參考和借鑒。

　　關鍵詞：機電一體化;接口技術;人機接口;機電接口

　　機電一體化系統一般可以分成兩個大部分，一個是機械，一個是微電子，在每個部分進行連接處理的過程中一定要滿足相應的條件，我們通常將這個條件叫做接口。

　　每一個分系統都是由若干個子系統組成的，而中間的接口也就成了各個子系統能夠發揮功能的一個重要的條件。

　　本文主要以機電一體化控制系統為例將接口分成兩大類，一類是人機接口，一種是機電接口。

　　1、機電接口

　　機械系統在性質層面上和微電子系統存在著十分明顯的差異，二者之間要形成有效的聯系就一定要通過機電接口進行有效的調整、匹配和緩沖過程，所以機電接口在系統運行的過程中起到了不容忽視的作用。

　　首先它能夠行電平轉換，同時還能放大功率。

　　一般情況下，微機的I/O芯片采用的大多是TTL電平，但是控制設備在運行的過程中卻不一定要采用這種形式的電平，所以在系統運行的過程中一定要經過電平轉換才能保持其正常的運行狀態，此外在超強負載運行狀態下還需要對功率進行適當的放大處理。

　　其次它還能起到抗干擾隔離層的作用。

　　為了可以有效的避免干擾源的進入，在系統運行的過程中可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或者是繼電器等設備將危機系統和控制設備單獨的分離出來。

　　1.1模擬信號輸入口

　　在機電一體化系統運行的過程中，其實際上反映的是被控制對象運行狀態所對應的信號，這個信號是傳送器的輸出信號，一般情況下，這些輸出信號主要的存在形式是模擬電壓或者是模擬電流，而在這一過程中，計算機要想對其進行十分嚴格有效的控制，就一定要在其運行的過程中采取有效的措施獲得反應系統實時運行狀態的信號，但是計算機系統只能接收和識別數字信號，所以，要想更好的達到目的，就一定要將模擬電信號采取有效的方式轉化成數字信號，這也就是我們所說的模擬信號輸入接口。

　　1.2模擬信號輸出接口

　　在機電一體化系統運行的過程中，執行器的信號一般是模擬電壓或者是模擬電流信號，而這些信號對生產過程控制而言有著十分重要的作用，但是計算機設備在運行的過程中只能對數字信號予以輸出和識別，所以在這一過程中要想更好的控制生產過程，就一定要將數字信號的輸出接口轉化成模擬電信號輸出接口，其主要就是將計算機輸出的數字信號轉化成系統能夠識別的模擬電壓或者是模擬電流信號形式，這樣就可以順利的驅動執行器面從而也就能夠對生產對象予以有效的嚴格的控制。

　　模擬信號輸出接口通常由以下幾個部分組成，它們分別是控制接口、數字模擬信號轉換器、多路模擬開關和功率放大器。

　　1.3開關信號通道接口

　　機電一體化系統的控制系統在運行的過程中必須要完成一些基本輸入或者是輸出信號的處理工作，這些信號存在著一定的共同特征，就是它們都是以二進制的邏輯形式出現的，也就是其程序當中出現的都是0或者是1，在機電一體化控制系統運行的過程中，每一個數字實際上都代表著生產中的一種狀態，這些數字所代表的狀態也就成為了生產過程控制過程中的主要依據。

　　以下筆者結合自己的實際經驗對這一問題進行簡要的分析和探討，希望能夠給相關的工作人員提供一定的參考和借鑒。

　　(1)輸入通道接口。

　　開關信號輸入通道接口的任務是將來自控制過程的開關信號、邏輯電平信號以及一些系統設置開關信號傳送給計算機。

　　這些信號實質是一種電平各異的數字信號，所以開關信號輸入通道又稱為數字輸入通道(DI)。

　　由于開關信號只有兩種邏輯狀態“ON”和“OFF”或數字信號“1”和“0”，但是其電平一般與計算機的數字電平不相同，與計算機連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過程噪聲隔離等設計問題，它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉換電路和地址譯碼電路等組成。

　　(2)輸出通道接口。

　　開關信號輸出通道的作用是將計算機通過邏輯運算處理后的開關信號傳遞給開關執行器(如繼電器或報警指示器)。

　　它實質是邏輯數字的輸出通道，又稱為數字輸出通道(DO)。

　　DO通道接口設計主要考慮的是內部與外部公共地隔離和驅動開關執行器的功率。

　　開關量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅動器和輸出口地址譯碼電路等組成。

　　2、人機接口

　　人機接口是操作者與機電系統(主要是控制微機)之間進行信息交換的接口。