第一章 绪论
机电一体化系统设计这门课程是多学科的交叉和综合，
涉及的相关专业知识较多，讲授的 主要内容包括,
? 机电一体化系统基本知识；
? 机电系统总体设计；
? 机电系统机械设计技术；
? 控制系统设计技术；
? 伺服系统设计技术。
? 检测技术；
? 机电一体化技术的应用。
1.1 机电一体化概念
机电一体化是在新技术浪潮中，电子技术、信息技术向机械
工业渗透并与机械技术相互融合的产物。
机电一体化的外文名词是 Mechatronics, 来源于日本（ 70
年代）。取英语 Mechanics（ 机械学）的前半部和
Electronics（ 电子学）的后半部拼合而成。我国通常称为 机
电一体化或机械电子学 ；
机电一体化涉及到许多相关的学科
机械学：机械设计、机械制造等
电子学：电工学、电机学、数字电路、模拟电路
控制论：经典控制（控制工程基础）、现代控制（多变量）
计算机科学：微处理系统及接口技术，应用软件技术（ CAD,
CAM,FMS,CAT,CNC）
1.2 机电一体化系统的组成
构成机电一体化系统的要素很多，其中五大要素是必须的，可
以从构成人体的五大要素得到启发。
如图 1.1所示为人体的五大要素
图 1.2所示为机电一体化的五大要素
脑
心脏
骨
骼
五官 四肢
控制
系
统
动力装置
检测装置 执行机构
机械本体
图 1.1 图 1.2
1.3 机电一体化系统的相关技术
一、机械技术
是机电一体化技术的基础，对系统的结构、重量、体积
刚性、耐用性等有重要影响。
强调精密机械设计技术的运用，即利用高、新技术手
段，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足,
? 减轻重量，减小体积
? 提高刚度
? 实现标准化、通用花、系列化
二、信息处理技术
包括信息的输入、变换、运算、存储及输出。
信息处理的工具是计算机，因此信息处理技术是和计算
机技术紧密相关，包括硬件、软件、网络与通讯、数据库技
术等；
机电系统中采用工业控制计算机进行信息处理，其硬件
包括输入 /输出设备、显示器、外部存储器、主机、可编程
控制器、数控装置等。
三、自动控制技术
机电系统自动控制包括位置控制、速度控制、力或力矩
控制、自校正补偿等，自动控制的基础是自动控制原理，分
为 经典控制理论 和 现代控制理论
研究单输入 -单输出
线性定常系统（以传
传递函数为基础）
研究多输入 -多输出
非线性、高精度多变
量系统（以状态方程
为基础）
四、伺服传动技术
所谓, 伺服, （ Servo） 即, 伺候服侍, 的意思。
电信号 机械动作
在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械运动部件
按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。
伺服传动系统采用的驱动技术与使用的执行元件有关。
按照执行元件的不同分为 电气伺服, 液压伺服、气压伺服
速度快、控制灵活,
可靠性高、应用较
广，但低速输出力
矩较小
低速输出力矩大，功率
密度大，在大型机床,
工程机械、航空航天航
海具有优势，但结构复杂
五、检测传感技术
是机电一体化系统的感觉器官，即从待测对象获取信号
并送到信息处理部分。
主要内容包括：一是将物理量（位移、速度、加速度、
力、力矩、温度等）转换成一定的与其成比例的电量；二是
对转换的电信号的加工处理如放大、补偿、标定。
检测传感装置是实现自动控制的重要环节，要求传感器
及其放大处理电路快速、精确地获取信息，并能够抗干扰、
可靠性高
六、系统总体技术
从整体的观点出发，组织应用各种相关技术，即从全局
和系统目标角度，将系统分解成若干功能子系统，对于每个
子系统的技术方案要从整个系统技术协调的观点考虑，最终
使整个系统实现最优化。
1.4 机电一体化产品的分类
从 用途 和 功能 两个方面分类
按照用途分
按照功能分
产业机械：用于工业生产的电子控制机械，如数控设备
信息机械：用于信息处理、存储的机械如自动化办公设备
民生机械：用于人民生活的电子机械产品家用电器
数控机械类：数控机床、机器人
电子设备类：如自动洗衣机
电液伺服类：如电液振动台
信息控制类：如传真机
机电结合类：如自动售货机
机电一体化系统设计这门课程是多学科的交叉和综合，
涉及的相关专业知识较多，讲授的 主要内容包括,
? 机电一体化系统基本知识；
? 机电系统总体设计；
? 机电系统机械设计技术；
? 控制系统设计技术；
? 伺服系统设计技术。
? 检测技术；
? 机电一体化技术的应用。
1.1 机电一体化概念
机电一体化是在新技术浪潮中，电子技术、信息技术向机械
工业渗透并与机械技术相互融合的产物。
机电一体化的外文名词是 Mechatronics, 来源于日本（ 70
年代）。取英语 Mechanics（ 机械学）的前半部和
Electronics（ 电子学）的后半部拼合而成。我国通常称为 机
电一体化或机械电子学 ；
机电一体化涉及到许多相关的学科
机械学：机械设计、机械制造等
电子学：电工学、电机学、数字电路、模拟电路
控制论：经典控制（控制工程基础）、现代控制（多变量）
计算机科学：微处理系统及接口技术，应用软件技术（ CAD,
CAM,FMS,CAT,CNC）
1.2 机电一体化系统的组成
构成机电一体化系统的要素很多，其中五大要素是必须的，可
以从构成人体的五大要素得到启发。
如图 1.1所示为人体的五大要素
图 1.2所示为机电一体化的五大要素
脑
心脏
骨
骼
五官 四肢
控制
系
统
动力装置
检测装置 执行机构
机械本体
图 1.1 图 1.2
1.3 机电一体化系统的相关技术
一、机械技术
是机电一体化技术的基础，对系统的结构、重量、体积
刚性、耐用性等有重要影响。
强调精密机械设计技术的运用，即利用高、新技术手
段，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足,
? 减轻重量，减小体积
? 提高刚度
? 实现标准化、通用花、系列化
二、信息处理技术
包括信息的输入、变换、运算、存储及输出。
信息处理的工具是计算机，因此信息处理技术是和计算
机技术紧密相关，包括硬件、软件、网络与通讯、数据库技
术等；
机电系统中采用工业控制计算机进行信息处理，其硬件
包括输入 /输出设备、显示器、外部存储器、主机、可编程
控制器、数控装置等。
三、自动控制技术
机电系统自动控制包括位置控制、速度控制、力或力矩
控制、自校正补偿等，自动控制的基础是自动控制原理，分
为 经典控制理论 和 现代控制理论
研究单输入 -单输出
线性定常系统（以传
传递函数为基础）
研究多输入 -多输出
非线性、高精度多变
量系统（以状态方程
为基础）
四、伺服传动技术
所谓, 伺服, （ Servo） 即, 伺候服侍, 的意思。
电信号 机械动作
在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械运动部件
按照指令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。
伺服传动系统采用的驱动技术与使用的执行元件有关。
按照执行元件的不同分为 电气伺服, 液压伺服、气压伺服
速度快、控制灵活,
可靠性高、应用较
广，但低速输出力
矩较小
低速输出力矩大，功率
密度大，在大型机床,
工程机械、航空航天航
海具有优势，但结构复杂
五、检测传感技术
是机电一体化系统的感觉器官，即从待测对象获取信号
并送到信息处理部分。
主要内容包括：一是将物理量（位移、速度、加速度、
力、力矩、温度等）转换成一定的与其成比例的电量；二是
对转换的电信号的加工处理如放大、补偿、标定。
检测传感装置是实现自动控制的重要环节，要求传感器
及其放大处理电路快速、精确地获取信息，并能够抗干扰、
可靠性高
六、系统总体技术
从整体的观点出发，组织应用各种相关技术，即从全局
和系统目标角度，将系统分解成若干功能子系统，对于每个
子系统的技术方案要从整个系统技术协调的观点考虑，最终
使整个系统实现最优化。
1.4 机电一体化产品的分类
从 用途 和 功能 两个方面分类
按照用途分
按照功能分
产业机械：用于工业生产的电子控制机械，如数控设备
信息机械：用于信息处理、存储的机械如自动化办公设备
民生机械：用于人民生活的电子机械产品家用电器
数控机械类：数控机床、机器人
电子设备类：如自动洗衣机
电液伺服类：如电液振动台
信息控制类：如传真机
机电结合类：如自动售货机
