时间：2023-03-28 15:12:08
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇学机电一体化论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
1高等数学教学现状及原因
目前高等数学教学的现状不容乐观，现就机电一体化专业情况提出以下问题:机电一体化专业课程的学习究竟用到哪些高等数学知识?会用到什么数学思想，怎样用?课堂教学中怎样才能将高等数学与机电一体化专业相结合?这些是目前学生和老师都非常关心并感到困惑的问题。这些问题的出现与我们的教学内容和教学方式有很大关系:一方面，教学内容不能充分体现数学的工具性。长期以来，我国现行高等数学教材大多都重理论、轻实践，重基础、轻应用，这些教材适应研究型本科院校的教学需要，但却不能满足应用型本科院校的教学要求。应用型本科院校旨在培养有较强专业技能和专业素养的高水平应用型人才，这就要求学生不仅能够掌握专业知识，还要能将所学知识运用到实际工作中去。那么，我们在选择教材时就要求具有实用性，能够将数学知识与专业知识衔接起来。
另一方面，进行课堂教学的教师普遍缺乏与专业相关的知识，不了解机电一体化专业的课程内容。由于数学教师的知识结构较单一，对数学知识比较熟练，但是对机电一体化的专业知识却知之甚少，这就导致教师在讲授高等数学时只注重一些数学概念、数学公式和定理，不能将高等数学知识与专业课相结合，也把握不好该讲解的重点。而在机电一体化专业课程中，用到相当多的高等数学知识和数学思想，专业课教师也不能清晰地进行讲解，有的甚至跳过不讲。目前在课堂教学中，没有具体的案例训练学生的分析、解决问题的能力，学生在课堂上从事数学活动的机会太少。这就导致学生难以将数学知识运用到专业课程中去，在后续学习专业课时，常常出现不会用基本数学知识与技能、数学思想和方法解决专业问题的现象。甚至是同一类问题，专业课程中换了个变量表示，学生就无法适从了。但是现在社会的发展对高等数学课的要求已不能仅停留在向学生传授基本理论知识的层面上了，如何在课堂上有效地引导学生运用数学方法和知识解决问题、体会数学的应用价值是对课堂教学提出的新要求。
2机电一体化专业高等数学教学改革的基本思路与方法
针对以上问题，我们应该探索适合我院学生学习的教学方法，重新把握课程的定位，结合专业课对所用教材重新整合，加强基本数学思想和应用意识的渗透，突出数学课程的工具性及实用性，运用先进的教学手段，提高学生学习数学的兴趣和积极性，有效改善教学效果。下面以机电一体化专业为例，从知识体系设计和课程教学实施两个方面入手分析高等数学作为基础课程在应用型本科院校机电类专业中的教学应用。
2．1按照专业及课程类型对高等数学课程重新定位，合理组织教学内容机电一体化专业的培养目标是培养具备专业技能的高素质的技能型专门人才。高等数学作为机电一体化专业一门重要的公共基础课，旨在为学生后续学习专业课程打下坚实的数学基础。主要讲授内容有:极限，一元函数微积分学，常微分方程，行列式及矩阵等。在教学过程中要坚持“必需，够用”的原则，体现为专业服务的思想。在此基础上对教材内容进行整合分划，应该根据专业需求合理地选择教材上的内容，删除一些理论性太强的数学证明，增添与专业有关的概念、案例。例如:在函数部分，可以引入机电专业常用的几个函数，如阶跃函数、简谐波和矩形波等;在导数及其应用部分，引入电流强度、电动势及最大输出功率计算的例子;在常微分方程部分，也可以引入与电学相关的例子等等。在课堂教学中，可以加入大量与专业相关的例子，同时，教师在课堂教学中要注意多讲解引入数学概念的实例，培养学生的数学思想及运用数学解决实际问题的能力。教师在课堂教学中对于后续专业课要用到的内容需着重强调，精讲精练，帮助学生打下坚实的基础，而对于一些理论性太强的定理及证明过程，则可以简单带过或者直接不讲。
2．2课堂教学与专业实践相结合机电一体化专业对高等数学知识的需求主要体现在两个方面:一是要会用数学解析式表示专业课程中的相关概念和定律，二是利用数学工具进行专业课中的一些计算，能用数学方法分析和解决专业问题。从这两个方面，高等数学要想达到为机电一体化专业服务的教学目的，在课堂教学中，教师必须做到要加强数学教学与专业实践相结合。那么如何做到课堂教学与专业相结合呢?首先，课堂教学中在讲解数学概念时，要与专业课中的相关概念结合起来。理解数学概念是学生运用数学知识的前提，而数学教材中对于数学概念的描述是较抽象的，学生难以将其运用到所学专业中去。这就要求教师在讲解数学概念时不仅要用数学语言来描述，而且要用专业的语言来描述，通过专业例子解释数学概念，用数学概念结合专业知识去分析、认识一些专业问题。也就是说，要使学生能够将机电类专业中的相关概念与对应的数学概念进行相互转换。
例如，导数概念与电流变化率之间的相互转换等。其次，课堂教学中要注重培养学生的模型构建能力，使学生能根据专业中的实际问题建立相应的数学模型，然后用数学工具来解决问题。将数学建模思想融入到数学课堂教学中去，这就要求教师在讲解一些数学概念时要联系它的实际背景，同时注重知识的应用。高等数学不仅要教授学生一些数学知识，更重要的是要培养学生的数学思想、数学素养，使他们能够运用数学来解决实际问题。最后，在课堂教学中要培养学生的数学计算能力、利用数学方法解决实际问题的能力。高等数学作为一门重要的工具课，它在专业课中的一个非常重要的应用就是计算。在课堂上，教师要结合具体的专业实例，分析并讲解各个数学知识点在专业中的应用，例如，利用导数、微分等概念进行电流强度、测量误差的近似计算等。这些都要求教师打破传统的教学观念，改变固有的教学模式，根据应用型本科院校培养高质量应用型技能人才的培养目标，形成新的教育理念。不能一味地讲解数学理论，只注重知识的传授，而忽视学生应用能力的培养，偏离高等数学的教学目标。同时也对数学教师提高自身素质提出更高的要求，要求数学教师在熟练把握数学理论体系的同时，还应该不断扩大自己的知识面，与专业课教师多多交流，熟悉相关专业的重要概念及需用数学思维解决的实际问题。
3结语
机电一体化专业课程学习中用到的高等数学知识非常多，学好高等数学是学好专业课的重要理论基础。知识体系设计和课堂教学实施是高等数学教学改革的两个重要环节，二者相辅相成，缺一不可。在合理地对高等数学知识体系进行设计的前提下，有效地将课堂教学与专业实践相结合，才能真正实现数学为专业服务的目标，为培养应用型高技能人才奠定坚实基础。
作者：王炳涛单位：山东英才学院基础部
参考文献越多说明作者在论文的撰写过程当中查阅的文献资料就越多，这也说明了作者对论文的学术研究的重要意义，以下是学术参考网的小编整理的关于机电一体化论文参考文献，欢迎大家阅读借鉴。
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【论文摘要】：介绍了光机电一体化技术特征，研究了国内外技术现状和发展趋势，指出了未来发展前景和一些重要技术热点。
近些年来，光机电一体化技术得到迅猛发展，在民用工业和军事领域得到广泛地应用。因此，光机电一体化技术成为当今机械工业技术发展的一个主要趋势。
1.光机电一体化技术特征
光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成，相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。与传统的机械产品比较，光机电一体化产品具有以下技术特征。
1.1体积小，重量轻，适应性强，操作更方便
光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节后频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序，任何一台光机电一体化装置的动作，可由预设的程序一步一步控制实现，甚至实现操作全自动化和智能化。
1.2功能增加，精度大幅提高
光机电一体化系统包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使得包馈控制水平提高，运算速度加快，通过电子自动控制系统可精确按预设动作，其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差，达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时，由于机械传动部件减少，机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。
1.3部分硬件实现软件化，智能化程度提高
传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序，指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋势向"软件化"和"智能化"。
1.4产品可靠性得到提高，使用寿命增长
传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，导致可动摩擦、撞击、振动等加重，严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。
1.5融合了多种学科新技术，衍生出许多功能更强、性能更好的新产品
光机电一体化产品的研究开发涉及到许多学科和专业知识，包括数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等。例如人们很熟悉的静电复印机、彩色印像机等，就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。光机电一体化技术将光电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来，衍生出许多功能更强、性能更好的新一代技术装备。
1.6产品系统性增强，各部分系统间协调性要求提高
光机电一体化是一门学科的边缘科学技术，多种技术的综合及多个部分的组合，使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就要求各种技术扬长避短，提高系统协调性。
2.研究现状和发展趋势
2.1研究现状
自从我国实行改革开放以来，科技领域急起直追，我国的光机电一体化技术已取得明显的成效，数控产品有了很大的提高，尤其是经济型灵敏数控装置发展很快，是我国特有的经济实用产品，不但适用国内市场的需要，部分产品还随主机配套出口。国内的机械产品采用可编程控制器（PC）和微电子技术控制设备也越来越多，覆盖面也日益扩大，从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻工业机械都是如此，我国自行研制和生产的光机电设备，在质量上也有重大突破，为今后的推广应用打下了良好的基础。
2.2发展趋势
光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域，成为一种新兴的学科，并逐渐成为一种产业，而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。从世界科学技术的发展情况来看，光机电一体化技术的未来技术热点主要包括：
（1）激光技术
1）高单色性，利用激光高单色性作精密测量时，可极大地提高测量精度和量程。
2）高方向性，因具有很远距离传输光能和传输控制指令的能力，从而可以进行远距离激光通信、激光测距、激光雷达、激光导航以及遥控。
3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦点附近可产生几千到几万度的高温，可使照射点物体熔化或汽化，对各种各样材料和产品进行特种加工。
4）相干性，由于激光速频率单一、相位方向相同。适用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光学计算机的研制，而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性，应用范围更广。
（2）传感检测技术
1）激光准直，能够测量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三维空间的基准测量。
2）激光测距，其探测距离远，测距精度高，抗干扰性强，体积小，重量轻，但受天然影响大。
3）光纤探测器，在目标很小，间隔受限或危险的环境中，最常选用的是光纤探测器。
其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。
（3）激光快速成型技术
激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层，将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结，由点、线构造零件的面（层），然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场，极大地提高了汽车生产企业对市场的适应能力和产品的竞争能力。
（4）光能驱动技术
利用光致变形材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器，其工作原理是将光照在形状记忆合金上，反复地通、断使材料伸缩，再利用感温磁性体的温度特性，将材料末端吸附在衬底上。利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性，加上光的通断便能实现所要求的动作。实验验证，该致动器能可在顶面步行。这种状态目标处于初级阶段，如果能发现具有优异光作用特性的动态物质，则可使光能驱动技术广泛应用。
3.结语
技术上的改革和与之相配套的技术支持是创新技术的基础。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。
参考文献
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论文摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,本文简述了机电一体化技术的基本概要和发展背景。综述了国内外机电一体化技术的现状，分析了机电一体化技术的发展趋势。
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
1 机电一体化概要
机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2 机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。
我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，不取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。
3 机电一体化的发展趋势
3.1 智能化
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。
3.2 模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。
3.3 网络化
20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
3.4 微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小 、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
3.5 绿色化
工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。
3.6 系统化
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体花产品。事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。
结语
综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
参考文献
[1]李建勇．机电一体化技术．北京：科学出版社，2004．
关键词：机电一体化 机械制造 应用现状发展趋势
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。
一、机电一体化概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
二、机械制造技术的发展
在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。当前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体。机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
三、机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：
(1).20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。
由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
(2).20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是：mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。
(3).20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组，并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，取得了一定成果。但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。 转贴于 中国论文下载中心
四、机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：
1.智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。
2.模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情
3.网络化
网络化由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
4.微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS)，泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小，耗能少，运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。
5.环保化
[论文摘要]机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。
一、机电一体化的基本概念
机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有下述优越性。
（一）使用安全性和可靠性提高。机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身和设备事故，显著提高设备的使用安全性。
（二）生产能力和工作质量提高。机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和产品的合格率。同时，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，使得生产能力大大提高。例如，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，生产效率比普通机床提高5～6倍。
（三）使用性能改善。机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化并且方便、简单。机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，系统可重复实现全部动作。高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动最优化操作。
（四）具有复合功能并且适用面广。机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求的应变能力较强。例如，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使其应用范围大为扩大。
（五）调整和维护方便。机电一体化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。对于具有存储功能的机电一体化产品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，只需给定一个代码信号输入，即可按指定的预定程序进行自动工作。机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。
机电一体化技术和产品的应用范围非常广泛，涉及到工业生产过程的所有领域，因此，机电一体化产品的种类很多，而且还在不断地增加。按照机电一体化产品的功能，可以将其分成下述几类。
①数控机械类。主要产品包括数控机床、机器人、发动机控制系统以及全自动洗衣机等。这类产品的特点是执行机构为机械装置。
②电子设备类。主要产品包括电火花加工机床、线切割机、超声波加工机以及激光测量仪等。这类产品的特点是执行机构为电子装置。
③机电结合类。主要产品包括自动探伤机、形状自动识别装置、CT扫描诊断机以及自动售货机等。这类产品的特点是执行机构为电子装置和机械装置的有机结合。④电液伺服类。主要产品为机电液一体化的伺服装置，如电子伺服万能材料试验机。这类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构是接受电信号的液压伺服阀。
⑤信息控制类。主要产品包括传真机、磁盘存储器、磁带录像机、录音机、复印机等。这类产品的主要特点是执行机构的动作由所接收的信息类信号来控制。除此之外，机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。
二、机电一体化产品的构成及特点
机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，机电一体化产品具有自动化、智能化和多功能的特性，而实现这种多功能一般需要机电一体化产品具备五种内部功能，即主功能、动力功能、检测功能、控制功能和执行功能，而实现这些功能的各个组成部分及其技术就构成了机电一体化产品的总体或系统。
（一）机械系统。机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。这部分是实现产品功能的基础，因此对机械结构提出了更高的要求，需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求。
（二）动力系统。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等动力源。机电一体化产品以电能利用为主，包括电源、电动机及驱动电路等。
（三）传感与检测系统。传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。
关键词：机电一体化；电机控制与保护
在机电一体化的电机控制与保护教学过程中，教师不仅要传授专业理论知识，还要了解本行业的发展情况，认识到当前机电一体化技术在发展过程中存在的问题，并有效地对电机进行控制和保护。近几年，随着我国机电一体化设备的发展，电机的控制与保护问题越来越多地被人们所重视。在此背景下，我们主要针对其中存在的一些较为明显的问题进行了探究，希望对业内人士具有一定的参考价值。
一、机电一体化发展趋势
随着科技的发展，各行各业都在向数字化转变。微控制器的产生为机电的发展奠定了基础。机电在进一步发展过程中逐渐出现了数控机床、机器人等等。数字化设备已经成为人们生活中不可缺少的一部分。为了能够实现机电数字化设备这一目标，促进机电一体化产品的发展，我们需要对当前的设备进行诊断，不断发现问题和改进技术。机电一体化商品较多。因此，机电一体化产品在未来阶段需要进行模块化。这样，相关人员可以有针对性地对各个模块产品进行了解，在现有模块的基础上，对新产品进行开发。在互联网时代，网络的远程监控技术也会对机电一体化产品产生影响，当前出现的智能插头就可以直接受网络控制。这也是机电一体化与网络之间进行结合的产物，对相关行业的发展都有着较强的促进作用。机电一体化在发展中也必然会遇到各种各样的问题。这些问题会严重影响电机的正常运行。因此，我们在分析机电一体化的发展趋势过程中，也要注重其中存在的一些问题，尽可能地减少问题的产生，促进行业的发展。
二、机电一体化中电机控制与保护中存在的问题
(一)控制与保护装置方面存在的问题
1.控制与保护装置存在运行薄弱问题。控制与保护装置在运行过程中会受到外界的影响，从而导致在之后的运行中会出现一些问题。不仅如此，控制与保护装置在具体运行时内部还会出现一定的问题。这些问题会对实际控制以及保护装置的正常操作造成较大的影响，从而导致整个电机装置出现故障。
2.控制与保护装置的相关零部件灵敏性低。任何零件都有属于自己的使用寿命，长期使用会降低其原有的作用。大部分装置出现问题的根本原因都与零部件的优劣有关。通过实践操作证明，引发机电一体化在实践性应用中发生故障的根本原因在于检测工作不到位，使电机装置存在安全隐患。这不仅会影响电机的控制与保护，严重时还会影响到企业的生产与发展。[1]
(二)具体机电设备应用的相关实存问题
1.机电设备难以得到合理、规范的使用。机电设备的合理、规范使用，能够保证机电一体化装置的正常运行。这对企业的发展有着积极的促进作用。但是，从当前的使用情况来看，很多企业的机电设备难以得到合理、规范的使用，从而难以实现电机的控制与保护。
2.作业人员的安全保护意识缺乏。想要对机电一体化的电机控制与保护，企业就要在生产运行中提升对机电设备的持续运用，还要提高相关工作人员的安全保护意识，注重对相关设备进行检查，尽可能地避免突发状况出现。但是，很多企业并没有认识到提高作业人员安保意识的重要性，导致机器不能够得到充分保护，从而影响生产。
三、机电一体化的电机控制与保护策略
(一)注重对电流的调节
实体电机在运行过程中所需的电流不同，不同规格的电机对应的一些数据也有较大的差距。大部分情况下，电机自身所带的规格数据都会对实体电机的电流、电压造成一定的影响。因此，企业需要做好安全规范工作，保证电机能够得到保护。在此基础上，机电一体化设备在进行运行时，为了能够更好地实现对机电的控制与保护，减少电流、电压对其造成影响，相关工作人员就要把控一体化装置中的额定电压以及电流。这样可以避免因为此类问题造成不必要的故障，保证机电一体化装置的正常运行。[2]
(二)注重对零部件的调整
实际的机电一体化装置中控制与保护装置的相关零部件具有较低的灵敏性。因此，我们需要在实践中注重对一些重要零件的灵敏性进行提升，以保证零部件能够发挥其原有的效果，减少故障，实现对电机的控制与保护。企业要加强作业人员对相关零部件的保护，使设备能够正常运转，还要减少故障发生的频率，让机电装置能够在节约成本的同时，创造更多的价值。
(三)强化对相关装置的周期性检查
我们对装置进行控制与保护最有效的方式就是定期检测。定期检查能够让我们了解当前设备的运行状态，及时发现其中隐藏的一些问题。很多设备无法在第一时间发现其中存在的问题，但当问题显现时会对其本身造成更大的损坏。因此，作业人员应当注重定期检测，以此提高设备的使用寿命。比如，操作人员可以有针对性地进行相关检测，以保证装备能够有效地运转。在对设备进行检测之前，作业人员要对机电一体化装备进行整体把控，结合设备的实际状况开展检测工作。设备的构建涉及多种多样的零部件，种类繁多。因此，企业应当请相关的工程师或者维修人员对设备的零部件仔细地进行检测，以减少故障的产生，实现对电机的控制与保护。
四、结束语
综上所述，通过本研究，我们对机电一体化在实际运用中的相关问题有了一定的了解，并对相关问题进行了分析，从中获取了一些有价值的知识。其目的是为了让作业人员在今后的操作中减少设备的故障。我们希望通过本论文能够为更多的职业院校提供参考，促进我国机电一体化专业的发展。
参考文献
【关键词】光机电一体化；特征；发展趋势
近些年来，光机电一体化技术得到迅猛发展，在民用工业和军事领域得到广泛地应用。因此，光机电一体化技术成为当今机械工业技术发展的一个主要趋势。
1. 光机电一体化技术特征
光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成，相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。与传统的机械产品比较，光机电一体化产品具有以下技术特征。
1.1体积小，重量轻，适应性强，操作更方便，光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节后频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序，任何一台光机电一体化装置的动作，可由预设的程序一步一步控制实现，甚至实现操作全自动化和智能化。
1.2功能增加，精度大幅度提高，光机电一体化系统包括激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使得包馈控制水平提高，运算速度加快，通过电子自动控制系统可精确按预设动作，其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差，达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时，由于机械传动部件减少，机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。
1.3部分硬件实现软件化，智能化程度提高，传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序，指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋势向“软件化”和“智能化”。
1.4产品可靠性得到提高，使用寿命增长，传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，导致可动摩檫、撞击、振动等加重，严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，是装置的可动部件减少，磨损也大大减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。
1.5融合了多种学科新技术，衍生出许多功能更强、性能更好的新产品，光机电一体化产品的研究开发涉及到许多学科和专业知识，包括数学、物理学、化学。
1.6产品系统性增强，各部分系统间协调性要求提高，光机电一体化是一门学科的边缘科学技术，多种技术的综合及多个部分的组合，使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就要求各种技术扬长避短，提高系统协调性。
2. 研究现状和发展趋势
2.1研究现状，自从我国实行改革开放以来，科技领域急起直追，我国的光机电一体化技术已取得明显的成效，数控产品有了很大的提高，尤其是经济型灵敏数控装置发展很快，是我国特有的经济适用产品，不但适用国内市场的需要，部分产品还随主机配套出口。国内的机械产品采用可编程控制器（PC）和微电子技术控制设备越来越多，覆盖面也日益扩大，从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻工业机械都是如此，我国自行研制和生产的光机电设备，在质量上也有重大突破，为今后的推广应用打下良好的基础。
2.2发展趋势光电机一体化技术已经渗透到各个学科、领域、成为一种新兴的的学科、并逐渐成为一种产业，而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。
机电一体化专业论文从世界科学技术的发展情况来看，光电一体化技术的未来技术热
主要包括：
2.2.1激光技术。
（1）高单色性，利用激光高单色性精密测量时，可极大地提高测量精度和量程。
（2）高方向性，因具有很远距离传输光能和传输控制指令的能力，从而可以进行远距离激光通信、激光测距、激光雷达、激光导航以及遥控。
（3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦点附近可产生几千大几万度的高温，可使照射点物体熔化或汽化，对各种各样材料和产品进行特种加工。
（4）相干性，由于激光速频率单一、相位方向相同。适用于激光通信、全息照亮、激光印刷以及光学计算机的研制，而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性，应用范围更广。
2.2.2传感检测技术。
（1）激光准值。
（2）激光测距，其探测距离远，测距精度高，抗干扰性强，体积小，重量轻，但受天然影响大。
（3）光纤探测器，在目标很小，间隔受限或危险环境中，最常用的是光纤探测器。其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。
2.2.3激光快速成型技术，激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层，将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结，有点、线构造零件的面（层），然后逐层成型。
（1）激光快速成型技术可是新产品及早投放市场，极大地提高了汽车生产企业对市场的适应能力和产品的竞争能力。
（2）激光驱动技术，利用光致变性材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器，其工作原理是将光照在形状记忆合金上，反复地通、断使材料伸缩，利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性，加上光的通断便能实现所要求的动作。实验证明，该制动器可能在顶面步行。这种状态目标处于初级阶段，如果能发现具有优异光作用特性的动态物质，则可使光能驱动技术广泛应用。
3. 结语
关键词：机电一体化 工程机械 应用
1 引言
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化“为特征的发展阶段。
2 工程机械中机电一体化技术的应用
2 . 1 机电一体化和工程机械的关系
思考对于较传统工程机械来说，在现阶段，通过利用机电一体化技术，能够使得各种性能方面都得以明显改善，比如操作舒适性能够得以有效提高；机械能耗能有效大幅度降低，明显提高机械功效。可靠性不断提高；不断提高相应的作业精度和作业效率。
2 . 2 机电一体化对工程机械功能的改进探讨
在现代工程机械领域中，高性能的要求表现无所不在：第一，需要较高的机械功效且较小的能耗；第二，系统一般具有监视运行状态的功能，以及故障自诊和自动报警功能；第三，应具有较高的技术性价比；第四，较低的使用成本；第五，越来越高的自动化程度及精度；第六，具有较长的使用寿命，较为简单且安全的操作。下面对于现代工程机械的电子控制相关内容进行分析。
2.2.1 控制柴油机
要想进一步深入发展柴油机技术，应该要解决发动机排放质量与最低油耗间的矛盾。在电子技术发展十分迅速的今天，采用电子节能液压泵系统能够有效减小能耗，还能自动控制冷风扇的转速随温度的变化，这样的条件下，电子控制自动变速，还包括根据负荷条件自动调节柴油机油门等内容都能得以实现，能够使得在各种变工况下的柴油机，在满足经济指标和排放指标的最佳喷油时间的同时，能够实现净化排气、节约能源、提高效率。
2.2.2 降低能耗，提高生产率
在现代工程机械的发展中提高能量利用率显得十分必要，这是因为传统工程机械的燃料能量利用率非常低，往往只有20%左右。通过在日本小松公司生产的新型挖掘机上应用新型节能控制器（OLLS系统），具有比较好的节能效果，相比可节省能源23%。该系统能有效地利用发动机功率，满足发动机转矩和泵吸收转矩能保持在最佳配合状态，通过动作迅速的作业机构而实现生产率的大大提高。
2.2.3 保证成品的作业精度
通过在某些工程机械设备上引入电子控制系统，能够满足系统对于称量精确且过程自动化的要求，同时还能使得劳动强度的以降低，工作效率不断提高，使得人工称量的误差尽可能减少，从而使得拌合成品的作业精度有所保证。比如，对于沥青、混凝土拌合机械设备来说，其计量功能都基本实现自动化，微机控制技术在电子计量系统中被广泛采用。
2.2.4 作业过程的自动化或半自动化
为了尽可能的提高工程机械的运作质量和效率，通过采用自动化或半自动化控制方式，一方面能够使得操作者的劳动强度有所降低，另外一方面也能保证作业精度也不会受到操作人员的技术和生产经验的影响。
2.2.5 电子监控、自动报警及故障自诊
为了进一步保证作业人员和机械设备的安全，避免机件或设备事损坏故的发生，应该监控工程机械的发动机、传动系统和液压系统等的运行状态，这是通过电子监控和故障诊断专家系统设置各种类型的传感器得以实现。在在故障发生之前预先发现问题更有助于问题的解决。
2.2.6 提高安全性
微机控制的力矩限制器在一些国外的塔式起重机和轮式起重机应用，这一般是为了提高作业安全性，防止翻车和断臂事故，当出现超负荷问题的情况，应该立即报警。另外，通过无线遥控装置的许多井下挖掘机能够实现无人驾驶的特点，这对于在有放射性物质污染地区和高温或水下等危险地点上进行作业就尤为必要。
2.3其他应用
现在一些电子控制的自动化变速器在推土机、装载机等工程机械上的使用，能够根据实际的施工要求来改变传动系统的传动化，这不仅能够提高工作的效率，一定程度上还提高了燃料的经济性，简化了人工的操作过程，降低了劳动的强度。比如在推土机、装载机上面加上电子控制的自动变速器，它就能根据负荷的变化情况来自动改变传动系统的传动比，这不仅仅提高了发动机的工作效率，同时也提高了燃油的经济性，而且也降低了工作难度，减轻了劳动强度。总结机电一体化在工程机械中的应用发展是当前机械工业发展必然的趋势，也是振兴和发展机械工业的必经之路。
3 工程机械中机电一体化技术的展望
3.1 计算机与信息处理技术
计算机是实现信息处理的主体，信息处理技术包括范围应用比较广，主要包括信息的输入、识别、运算、变换、存储及输出等等方面。计算机技术范围涉及到网络与通信技术、硬件和软件技术、数据库技术等等方面。要想工程机械机电一体化技术发展不断进步，应该大力发展计算机应用及信息处理技术。
3.2 电子控制理论
工程机械现代化的重要标志就是以微电子为核心的高新技术，通过其应用和推广，在相关控制理论指导下，能够满足系统智能化设计的要求，完成相关的设计后的系统仿真等等。
3.3 传感器技术
目前，传感器技术在现代工程机械上应用较为广泛，比如，发动机可以通过机油压力传感器、冷却水温度传感器等来进行发动机的运转状态的检测和控制；沥青摊铺机上的传感器能够实现摊铺机在工作时实现自动找平且行走速度不变的特点，还能满足摊铺出来预定的平整度、坡度和厚度的路面的要求。在感器技术的迅猛发展的今天，精度要求越来越高，可靠性和稳定性也能不断提高，越来越广的采集信息范围也超着集成、多功能化和智能化方向发展，所以，未来在工程机械上将应用越来越多种类的传感器。
4.结语
从以上分析可以看出，工程机械机电一体化技术已经应用较为广泛，但是随着工程技术不断发展，工程机械机电一体化还会向着更高的阶段升级和发展，朝着机、电、光、磁的综合应用发展。
参考文献
关键词：锅炉；机电一体化；节能控制系统
中图分类号：TK3文献标识码：A
锅炉作为化工、炼油、发电等工业领域必不可少的动力设施，是保障工业生产持续进行的关键，中小型燃煤锅炉具有分布广、数量多、能耗消耗大等特点，并且自动化水平不高，如果负荷出现变动将难以控制操作，经常发生系统故障。此外，过去的系统控制方法仅限于节能减耗上，过度重视将燃烧效率提高，却将节电忽视了，由此，系统在节能方面仍具有一定潜力。下面将对锅炉机电一体化节能控制系统详细介绍。
1工艺控制要求
锅炉设备运行与操作较为复杂，并且调节对象繁多，很多工艺执行相互交叉、相互影响，一些简单的调节系统将不再适应设备运行要求，必须对调节方案充分考虑，站在全局角度考虑串级、比值以及前馈等内容，组合使用常规仪表时，必须明确各个仪器的使用规范与要求，由此，需使用带微机的可编程控制器实施调节。要想使机泵输出能量更稳定，将阀门与挡板截留压降低就要使用变压调速器作为执行机构取代挡板，进而实现降耗目标。电机的变频变压调速器由控制装置与微机共同组成，与调节器共同组成一个闭环的调节结构。锅炉控制过程更加复杂，主要分为两个方面，分别是汽包水位调节系统与经济燃烧控制系统，前者是锅炉生产工艺指标，如果控制不好液位将出现水汽分离，水分将被蒸汽带走，使锅炉烧坏，严重甚至会出现爆炸事故。锅炉燃烧系统需满足蒸汽负荷变化指标，又要具备较高的热效率，需结合以下几方面要求：对燃料量进行调节，使锅炉出品蒸汽压力维持稳定状态［1］；空气量与燃料量必须符合标准比例，具备更加良好的燃烧状态；送风量与引风量配合好，使炉膛负压维持不变。
2控制系统总体构成
锅炉机电一体化节能控制系统组成包括测量仪表一部、可编程调节器两台、变频、变压调节器各三台。测量检测仪表：测量检测仪表使用的目的是确保锅炉运行参数维持在标准信号内，参数变换成（2~6）V或者（0~12）mA。可控制系统使用的测量仪表能够检测蒸汽流量、水流量、压力、汽包水位以及炉膛负压参数等；可编程调节器的组成：以CS-910为例介绍可编程控制调节器运行原理，CPU是由一台7位单片微机处理器组成，还有15K的ROM、3KRAM，通信辅助电路与CPU相互串行使用，主要串行仪表工作总线，大部分仪表能够一起连接在总线上，与上位机一起结合起来通信传输，再将上位机上的通信修改成内部参数。要想使外部信息更顺利进入到CPU，需要对仪表设置，实现模拟输出、输入，还能转换A/D、D/A数字输入输出电路、键盘显示电路以及面板显示器等［2］。使用的仪表编程方法为模块化，这种编程方法更加便于掌握与操作。仪表自身具备可编程功能，能够对用户程序直接编写，若想在电池去掉后永久保持自动状态可使用固化程序，分为两种模块：运算功能模块、调节功能模块两种。在一台仪表中有四个调节功能模块。运算功能模块则有很多，比如，加减乘除、开方、高选、地选、高限、低限、变化率限制、折线函数、定时器、计数器等。
3机电一体化节能控制系统总体方案
控制系统分为锅炉运行、保护控制与公共设备控制；锅炉控制系统分为手动控制与自动控制两种，前者独立双线制能切换，可按照自动控制要求对控制程序进行编制，还可以使用键盘、鼠标编制控制程序，可以在锅炉房中进行控制。后者则依靠设置在开关柜上的按钮执行操作［3］。系统自动控制使用集中控制法，鼓风、引风、水泵等都使用智能控制法，相互协调、相互独立。具体控制方案如下所示：锅炉机电一体化燃烧控制系统。锅炉机电一体化燃烧控制系统需要借助引风实现运行，需对风量以及煤量需求量进行控制，此过程使用变频技术以及自动调节仪表、PID运算公式可以使锅炉气压值保持在-30~-30Pa区间内。此外，能够在压力作用下对锅炉燃烧系统进行调节，从而将鼓风降低，使锅炉燃烧状态达到最佳。鉴于控制系统操作基于自动化理念，通过煤量与锅炉燃烧的锅炉膛负压值进行调控，不需要人工干预，操作人员仅需要对煤量以及质量查看便可，能自动使锅炉达到最佳运行状态，锅炉燃烧控制系统框图。汽包水位控制。使用最新的PID模糊控制理论再借助恒频控制系统技术将新的产品开发出来，使之能够自动接收来自锅炉内部电平信号，还能将信号转化为一个标准的PID运算与延迟补偿器，此过程能产生一个新的信号实现对控制泵运转频率的调节，使泵转速更加稳定、高效。如果鼓电平过低，PID调节器能够自动对增长的泵进行调节，如果高出水平高度，PID控制器将使泵运行速度降低，使水量减少，进而维持水的恒定状态［4］。
一旦变频器出现故障，系统就会由两个频率控制能够迅速切换到原有的频率模式，实现锅炉运行的稳定状态。水池液位控制需对水池的具体水位进行检测，如果水池水位过低或者过高会自动发出警报，使水池水位控制在标准范围内。上位控制系统需要具备状态稳定的人机接口，能够对总机状态进行显示，还能分组显示、参数显示、电动屏幕显示、故障报警显示、报告显示、参数设定等；实时监测实际参数锅炉运行系统使系统显示到页面上；按照预定好的程序对数据进行监控，在预先设置好的基础上对锅炉设备操作进行调节［5］；锅炉机电一体化上位控制系统能提供处理算法，在运行参数基础上能自动将报告打印出来；使用TCP/IP协议远程监控计算机通信对端口信息平台集成访问，还能控制室内联网，锅炉房操作能及时将信息传输到控制中心；对权限系统注册表进行设置，使操作员的职责更加明确。尤其是使用固定口令对系统进行区分，接线员设置好屏幕，区分功能与外观，但是没有权限设置或者退出，能够将系统权利大大降低。对工程师来说则可以对参数设置，对退出系统进行设置。鉴于RTC工程师对控制结构做出了一些调整，改变将随时实现，并能将其存储在控制器联机中。
4结语
本文对锅炉机电一体化节能控制系统结构、设置以及节能系统控制方案进行了分析，随着节能理念的增强，锅炉机电一体化节能控制能够减少能源排放与浪费，实现生产的可持续进行。
参考文献
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关键词 机电一体化系统设计 工程应用 创新能力 实践能力
中图分类号：G420 文献标识码：A
Curriculum Reform of "Mechatronics System Design" in Universities
ZENG Yudan, DU Liuqing, ZHANG Mingde, YANG Xiangyu, WANG Yali
(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)
Abstract "Mechatronics System Design" as a core curriculum in group of mechanical engineering curriculum, has strong comprehensive and practical features. In this paper, our undergraduate institutions in the curriculum development and teaching reform emerged as the major issue, the demand for the industry, for engineering applications, emphasizing awareness and sense of innovation and engineering training, a typical mechatronic systems - NC special main design feature for teaching, student-centered, self-study students for the purpose of awareness and self-learning ability, the students involved in the actual design process was focused on teaching content, teaching reform, to build and improve enhance undergraduate project quality, to develop students' practical ability and creative ability of the curriculum and teaching model are discussed.
Key words Mechatronics System Design; engineering applications; innovation ability; practical ability
0 引言
机电一体化系统设计涉及机械、电子、计算机、自动控制及信息处理技术、系统工程、检测传感技术、伺服传动技术等多学科领域，是机械工程专业学科课程群中的核心课程。本课程技术含量高，内容更新快，要求学生能综合运用机械、电子、控制与信息处理等多学科的知识，完成对系统的分析、设计、优化等一系列过程，具有很强的综合性和工程实践性，相比其它专业课程而言，课程建设和教学改革面临更多问题，具有更大难度。
目前课程建设中存在的主要问题有：①教学内容过分侧重于工程科学理论知识的灌输，缺少工程分析设计的实践过程，远远不能满足工程应用要求；②教学模式基本还是传统的以教师传授知识为主，学生被动学习的模式，“以教师为中心，以课堂为中心，以书本为中心” 的单向灌输式教学模式方法仍然占据主导地位，学生动手解决实际工程问题的机会很少。以上问题使得学生理论知识与工程实践相脱离，实践能力和创新能力薄弱，不能适应现代化经济建设和工程技术发展的要求。
1 课程教学改革研究
我校自1999年开设机电一体化专业方向以来，一直对《机电一体化系统设计》课程建设和教学改革进行了不断的探索，现将教学内容和教学模式改革的过程小结如下：
1.1 教学内容改革
高档数控机床和基础制造装备是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》16个重大专项之一，也是国家振兴计划的重要组成部分，因此在教学内容设置上，紧跟这一重大决策，响应国家战略需求，将典型的机电一体化系统――数控专机系统设计专题作为主要内容，在前续课程所讲授的理论知识和工程应用实例基础上，教师指导学生结合工程实例，对机电一体化系统，特别是数控专机系统的设计过程进行较系统完整的学习，并循序渐进地进入实际设计过程，并最终完成数控专机的方案设计和优化、各元部件选型、软件流程图、电气原理图等所有理论设计和功能模块细部设计过程。教学所用的工程设计案例大部分来自学校教师所承担的实际科研项目，如数控电焊专机设计、锥齿轮传动质量智能检测分析系统设计、数控弯管机控制系统设计等，避免了空泛地照搬教材进行照本宣科，而是由教师指导学生在设计过程中自主查阅、了解相关知识，进一步掌握相关技能，并将所学所得结合实际设计过程进行巩固，在此过程中，教师将自己的设计思路、方法和经验毫无保留地对学生进行传授和讨论，从而实现对学生自学能力、创新能力、实践动手能力等机电复合型工程技术能力的培养。这对于在校学生来说是非常难得的学习和实践的机会，也真正体现出课程面向社会需求、面向工程应用的实质。
1.2 教学模式和教学方法改革
本课程是一门面向工程应用，分析解决实际工程问题，对“系统”进行“设计”和“整合优化”的专业核心课程。因此在教学中指导学生始终要以系统工程的角度出发，以整体全局性的高度，对所设计的数控专机进行化整为零、化繁为简的分析，将一个大系统的设计任务分解为各个子系统乃至各个单独的功能模块和功能部件的设计和选型，再经过接口设计，将各功能模块有机地融合在一起，组成一个整体性能高于各部件之和的完整系统。
在教学过程中，始终坚持面向工程应用，以学生为主体的模式，课堂时间主要用于重要理论和技能、关键问题和练习作业的学习和讨论，其余所需知识技能交由学生课后通过图书馆、网络等查阅设计案例、论文、产品技术手册等相关资料和自学完成，同时学习运用一些常用设计工具，并通过作业和小组讨论等方式进行巩固，有疑难问题可提出并在全班进行讨论，最后在教师指点下得出正确结论。这种以具体工程设计任务为教学主线的方式让学生明确意识到课内外所学知识技能在实践生产中大有用武之地，认识到教师布置的作业均是完成设计任务必需环节，从而大大提高了学生的学习积极性，使其在课堂上的注意力非常集中，课后能根据任务所需而主动自发地进行学习和讨论以完成任务，而不再像以往那样由于不明白所学知识具体有何用处而造成理论和实际脱节，甚至产生忽视和厌学心理。在此过程中学生逐渐认识到自己理论知识上的薄弱点和缺少的实践经验，有针对性地学习参考相关理论知识和前人的方法经验，弥补以往知识技能系统的缺失环节，并能及时将所遇到的问题及心得体会在课内课外与教师和同组同学进行交流讨论，最终较系统完整地完成对各相关知识和技能进行总结，并在工程项目中综合应用的过程。
本课程是涉及到机械、电子、控制、信息等多学科知识和技术的一门交叉课程，在课堂教学环节，普遍出现的情况是将本课程作为前续课程中“机”、“电” 、“控制”等学科知识的简单组合和回顾，导致本课程应具有的系统性、综合性、实践性不能体现，与其余专业课程间也无法形成科学合理的承接脉络。改革教学模式和方法后，以整个工程设计过程为主线，将所涉及到的各学科关键理论知识，进行系统性逻辑性的梳理，形成清晰的脉络和层次，并指导学生在完成设计任务的过程中，有意识地综合运用所学知识、工具和技能，达到学以致用的目的。
例如，在讲授“机械子系统设计”章节时，把握住“各子系统有机融合”这一本质，让学生不仅掌握书本上陈述的对机械系统的性能要求等知识点，更要明白这些要求的提出不是孤立地从机械系统本身稳定性、快速性、准确性等性能指标出发，而更要从控制系统、伺服驱动系统与机械系统有机结合的角度来看待。通过运用经典控制理论中的时域分析和频率分析两种方法，了解机械系统参数中系统阻尼比和无阻尼固有频率这两个最基本的参数，对机械系统参数变化引起的控制性能变化的过程、原理进行分析推导，同时通过课堂上采用MATLAB对系统进行设计与仿真的实例演示，使学生了解这一控制设计领域的经典工具，经过教师指导和课后自学，掌握该软件的基本使用方法并在设计中加以运用，从而将控制工程领域的相关知识、技能与机电一体化系统设计任务紧密联系起来。
又如，在进行“伺服驱动系统设计”章节的教学时，通过课堂讨论和课后作业，让学生将伺服驱动器、变频器等驱动系统，以及交直流伺服电机、步进电机、力矩电机等常用伺服电机的性能、特点、应用场合、性价比等主要指标逐一进行分析和比较，针对数控专机任务要求设计合适的驱动方案，并查阅技术资料，完成电机选型计算以及电机与驱动器的接口设计，从而将前续课程所学的机电控制知识通过设计任务进行系统完整地运用。
再如，在“控制系统设计”环节，教师通过简要讲解和演示PLC梯形图编制、单片机编程和仿真、VB/VC++或LABVIEW等高级语言编程驱动运动控制卡等控制实例，使学生了解各控制系统的软、硬件组成及其设计过程和设计方法，课后自行查阅资料，对各种控制系统的优缺点、最新应用现状和发展趋势进行分析总结，设计出合适的控制方案，并在课堂演示实例基础上，学习运用相关工具，进行初步的控制系统软、硬件设计。
运用以上教学模式和方法，使学生在系统性地了解基础理论和技术的基础上，迅速地掌握关键理论知识和必要技能，并有效地在工程设计项目中加以应用，在培养学生自学能力、创新能力和理论联系实践的能力方面颇有成效，为其今后的工程应用和技术研究工作打下了良好的基础。
2 结论
我国政府在2006年初已将建设创新型国家确立为一项重要的战略目标，高质量的工程科技人才正是建设创新型国家的重要力量。我国高校机电一体化专业必须积极面向社会的迫切需求，以培养能满足产业需求、具有较强创新能力和综合能力的机电一体化科研技术人才作为最重要的工作目标。本文对机电一体化专业的核心课程――机电一体化系统设计的课程内容建设和教学模式方法改革进行了探讨，提出了面向产业需求、面向工程应用、以典型机电一体化系统――数控专机设计过程为教学主线，以学生为主体，以学生参与实际设计的过程为教学重点等改革措施，以期逐步构建科学合理的课程内容体系和教学模式，实现培养学生的工程素质、提高学生实践能力和创新能力的目标。
基金资助：重庆市重大教改项目“以培养学生工程设计能力为目标的机械工程系列核心课程教学改革研究与实践（09-1-005）”
重庆理工大学高等教育研究立项项目 “《机电一体化系统设计》课程教学改革研究（2010009）”
参考文献
[1] 崔军,汪霞.反思目标 回归本质――本科工程教育问题分析与改革对策[J].江苏高教,2009(4).
关键词：机电一体化；执行元件；方案设计
机电一体化技术的迅速发展使得机构在实现原理和组成内容等方面有了突破性的进展，发展成为具有更广泛意义的广义执行机构。广义执行机构是由是驱动元件与执行件(或执行机构)组成的可控执行机构，是机电一体化系统的核心。广义执行机构最主要的特点就是可控性，它的输出运动是由机构参数和输入函数共同决定的，改变控制程序就可使同一机构系统实现不同需要的输出运动或改进机构的运动和动力参数，因此广义执行机构具有传统机构无可比拟的优越性和更大的设计空间。电动机是将电能转化为机械能的装置，可以说是现在世界上使用最普遍的装置，如果没有电机这样的装置，我们甚至无法想象我们这个世界会是什么样子。但原始的电机的功能却是单一的，就是接受电流以后转动，转数是恒定的，然而，人们对生产、生活的速度要求却是多种多样的，由它带动的机械对转数的要求也是多种多样化。
一、总体方案设计思路
1．总体设计要求
盖板能够实现可靠的打开及关闭是实现远程操控系统在各种恶劣环境下可靠地执行勤务和值守任务的保障，也是远程操控系统实现从勤务状态到戒备值守状态快捷、可靠、准确转换的关键。因此，为使此机电一体化执行元件在远程操控的各种工作状况下均能可靠地工作，其总体设计应满足如下要求：(1)应保证盖板在关闭状态下，密封可靠．具有防雨、防潮、防盐雾侵入等功能，并且使关闭后的盖板结构牢同，具有防盗、防撬和防撞击功能。保证此机电一体化执行元件在承受较大的外力撞击后，仍能正常可靠地工作，盖板仍能正常、轻松地开启。(2)盖板的开启和关闭应平稳、可靠、快捷，并可同时实现自动扁闭和应急人工手动启闭。具有机电联动互锁功能，保证自动启闭可靠、准确，手动扁闭轻松、方便，不误动，不锁死。(3)此机电一体化执行元件结构应尽量紧凑、体积小、重量轻，以便于在整个系统中的结构布置。(4)所控制的盖板在开启位置同样应保持锁定状态，并能保证在承受高频、强冲击载荷作用下不致松脱，从而造成误关闭的现象。
根据以上总体设计的要求，初步设想盖板采用骨架式蒙皮结构，为防止盗撬并适应各种恶劣的工作环境，盖板的启闭门轴以及启闭用机电器件在盖板关闭的状态下均应藏在平台本体的内侧。盖板关闭的锁定装置考虑采用具有防盗撬功能，能同时承受纵横向载荷的卡板式机械电子双控互锁式门锁，要求门锁在盖板承受较大的撞击后，仍不失效且能正常开启。另外，卡锁装置应与盖板自动启闭驱动和传动装置实现联动。当采用电子开锁时，应在开锁同时，接通驱动电机和电磁离合器，使盖板自动启闭。而当采用机械开锁时，则应切断驱动电源并使离合器分离。
2．机电一体化执行元件组成和接口
本文所研究的机电一体化执行元件主要分为三个部分：机械部分、电驱动执行部分、信号检测及控制部分，机械部分主要包括盖板、滑轨、减速器、丝杠等构件。电驱动执行部分主要包括驱动电机、电磁离合器以及卡锁电磁铁等构件。信号检测及控制部分主要有单片机、各传感器及数据传输总线组成。机械部分和电驱动执行部分完成整个过程巾的运动和能屠传递，信号检测及控制部分负责监测和接收盖板的状态信号，对数据和信息进行存储、变换等处理，并发送指令给驱动电路，以完成规定动作。
二、各组成部分方案设计
1．机械传动部分设计
本机电一体化执行元件的传动机构主要由电机、减速机构、离合器和丝杠等组成。通过驱动电机，经减速器带动丝杠转动，然后再通过与之配合的螺母把丝杠的旋转运动转变为盖板的平行运动，从而控制盖板的打开与关闭。减速器采用齿轮减速，主要是考虑其体积小，重量轻，传递转矩大，并且启动时转动惯量较小。采用滚珠丝杠主要是考虑其传动比大，轴向推力大，可使盖板肩闭轻松方便，另外，滚珠丝杠为非自锁丝柙，其传动具有可逆性，当位于减速器与滚珠丝杠之间的离合器脱离时，盖板町采用手动启闭，而不会由于传动链逆向自锁而卡死。
2．机电一体化执行元件工作流程分析
此机电一体化执行元件要实现远程控制，通过操作上位机发出指令来控制远程的电机正反转以及停转来控制盖板的打开和关闭。并通过检测装置检测盖板的位置和工作情况，并把盖板的工作状态反馈给上位机。在本机电一体化执行元件中主要是对盖板打开以及闭合的控制、卡销电磁铁和电磁离合器的控制。经过各方面的考虑，其中包括成本的考虑，选择采用位置控制的方式。通过对被控对象位置的检测达到系统控制的目的。盖板开启至工作位置时的锁定可采用常闭式电磁铁控制锁定销的运动来实现。在开启位置卡锁电磁铁断电将盖板锁定。而要将盖板关闭时，电磁铁工作，盖板解锁，即可在动力驱动下关闭。盖板的锁定机构要同时具有手工解锁功能，以备手动启闭盖板之需。
三、信号检测与控制部分方案设计
在盖板平台的控制系统中，单片机控制器通过CAN总线可以从上位机获得控制指令和运动数据，控制器输出的控制信号，经电机驱动器处理后控制直流电动机，从而控制盖板的运动。主控模块作为控制系统的核心部分对此机电一体化执行元件进行统一安排和调度，它通过分析监控平台传送的控制指令、系统状态和全局环境信息，规划盖板运动的轨迹并完成相应的运动控制。控制部分实现的功能：(1)实现盖板的开关动作：在单片机的作用下，控制电机实现盖板的开关动作。(2)实现微机软件控制盖板：利用计算机的软件实现单片机与上位机的通信，完成盖板的开关动作。其中系统的主要部分就是单片机控制外部电机的转动以及单片机和上位计算机的通信。这两个功能正是单片机系统中常用的关键技术，本论文在后面的章节中将会着重介绍这两个方面的功能。此系统具有以下特点：(1)使用方便：体积小，重量轻，不占用太多的空间。(2)操作简单：操作人员通过远程计算机实现盖板的开关动作。(3)程序简单：无论是计算机还是单片机的程序都很简单，不占用太多的程序空间。(4)成本低：使用最为简单的控制方案。本系统对盖板的控制更加智能化，开关过程更加可控化，可以利用一个单片机控制多个盖板的开关动作。甚至可以通过微机和单片机的连接，在用户的可视化窗口上随时控制盖板的开关，从而形成一个较为智能的盖板控制系统。基于单片机的盖板检测与控制系统可以分为：(1)微机及控制软件：提供用户微机程序界面，并将用户对盖板的操控转化为控制指令发送到下位机。(2)单片机控制单元：监测和接收外部状态信号，并发送指令给驱动电路，控制盖板的开关。(3)驱动电路：驱动盖板的电机动作，带动传动机构实现盖板的开关。(4)检测部分：利用传感器检测各器件的状态，并进行反馈。
总之，随着科学技术的飞速发展，特别是机电一体化技术在诸多领域的应用，促使系统的智能化程度越来越高，并日益成为此类执行元件发展的一大趋势。
参考文献：
[1]李慧君，张青，田志斌．机电一体化系统概念设计过程模型的研究．机械设计与研究。2002，11―12
[2](日)曲泽真渊．电动机的选择和使用方法．上海科学技术文献出版社．2006（03）
