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MSModelingAndTFApproach1-30
第一章 介紹
在過去的幾十年中，我們在電子技術方面所取得的進步和小型化已使工程師能夠採用新產品和新工程學科。在十八世紀初，我們已經看到了結合機械零件和電子零件的新產品的推出。機電一體化應用蓬勃發展的另一個因素是電子零件的價格不斷下降，以及設計超小型系統的挑戰。如今，例如具有高性能的微處理器變得非常便宜，這鼓勵了它們在計算機控制系統中的使用。
1-1機械零件設計
機械部分是機電系統中的基本部分。在該部分的階段設計中，我們將構思和製造組成機電一體化系統的部分。還選擇用於該機電系統的致動器和傳感器。致動器和傳感器的機械部分的設計或選擇都是通過遵循將在本卷的下一章介紹的一些設計規則來完成的。同樣重要的是要記住，機電系統一旦循環使用就成為過時的觀點，這是我們在設計階段必須考慮的重要事項。在設計階段，也應考慮出於維護或其他目的而對系統進行的組裝和拆卸。
1-2電子電路設計
在電子部分，工程師必須設計電路，以確保機電一體化系統的功能。它涵蓋了所需的電子部件的集成，例如電阻器，電容器，集成電路以及所選的微控制器或微控制器。不同組件所需的穩壓電壓也是該步驟的一部分。電子電路的主要部分是微控制器或一組微控制器。在本卷中，我們決定使用一種類型的單片機，它是Microchip製造的dsPIC30F4011。我們沒有給出任何正當的理由，但我們的願望是採用一個微控制器來處理本卷將要介紹的所有示例。因為我們將對所有示例使用相同的結構，所以該選擇還將使讀者容易實現實時實現。
1-3適時實施
在控制部分，工程師必須分析正在研究的系統，並設計適當的控制器以獲得所需的性能。在分析部分，我們應該從建立一個可接受的模型開始，該模型給出輸入與輸出之間的關係。一旦掌握了動態特性，便會選擇一個採樣週期，並將模型轉換為離散時間形式，然後可以從經典比例積分和微分（PID）控制器，狀態反饋控制器或任何其他可以提供給控制器的控制器中選擇一個合適的控制器。
1-4本書的構造
在傳遞函數方法部分中，將連續時間系統模型轉換為離散時間系統，並建立了不同的分析技術，並綜合了控制器，以確保達到預期的性能。
在狀態空間方法部分，將連續時間系統的模型轉換為離散時間狀態空間表示，並開發了用於控制器分析和合成的不同技術，以確保開發出所需的性能。
第二章 機電一體化系統
2-1機電一體化
一體化可以定義為涉及產品設計的跨學科工程，其功能依賴於通過控制方案連接的機械，電氣和電子組件的集成。
如今，機電一體化一詞已享譽全球，許多機電一體化系統都設計用於個人或商業用途。我們日常生活中使用的所有小工具實際上都是機電一體化系統。作為這些小工具的示例，我們提到了使用許多機電一體化系統的筆記本電腦和汽車。
2-2機械零件
機械部分代表了我們正在嘗試設計的機電系統中的主要組件，它可以由現有組件製造或製造。
在本部分的階段設計中，應更加註意以下幾點：
注意機電一體化系統的運行環境也很重要。這將幫助我們選擇合適的材料來製造機械零件。機電系統的維護也是一個關鍵點，這就是為什麼我們在設計階段要注意系統所有關鍵部分的可訪問性。在這一階段，考慮到所有機電系統的回收將無濟於事，因為我們將無法尊重我們為新一代保護的環境，這一點也很重要。
2-3傳感器
傳感器是每個機電系統的關鍵點。從某種意義上說，系統的眼睛可以用來檢測所有類型的變化並採取適當的措施。傳感器可以看作是將物理現象，位置，速度，加速度，溫度，流量等轉換為易於測量或處理的電信號的設備。傳感器由換能器和信號調節單元組成。如今，對於某些現象，存在許多可用於感測它們的傳感器，這使得選擇變得非常困難。即使是對於現場經驗豐富的人員，選擇合適的傳感器始終是一項艱鉅的任務。
2-4執行器
致動器被定義為將某種功率（例如液壓或電力）轉換為線性或旋轉運動的設備。它們代表了手臂軟機電系統。
實際上，使用了不同類型的執行器，其中包括：
一種電動執行器，可以將電能轉換為線性的旋轉運動。它們用於對機電一體化系統的機械部分進行定位或賦予其速度。
除了便宜和簡單之外，直流電動機還易於控制速度，位置和扭矩。儘管它們的同系交流電動機通常在速度控制方面很昂貴，但在低速運行時表現出一些不穩定，並且自身的定位控制也很差。
電動執行器通常是精確而靈活的。它們是精確定位機械零件或在需要時迅速發展力量的理想之選。它們的主要缺點是在其運行過程中需要使用帶電的冷卻系統。對它們進行良好設計和良好保護後，其維護工作將減少至滑動觸點或換向器的變化。如果未安裝保護裝置，大負載可能會燒毀電動執行器的繞組。
步進電機更適合控制不需要反饋的機械零件。這些類型的執行器通常用於開環控制和機械零件的定位。為此，發送一定數量的脈衝這些執行器用於激光打印機，傳真機和大多數計算機設備。
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