王衡 崔喻源 张蝶
武汉东湖学院 湖北省武汉市 430000
摘要：本文围绕着一体化机电机械系统的概念、性质等各个方面开始入手分析，从四个方面：机械系统一体化设计的基本要求，基本构成，设计思想以及一体化机电机械系统的性能分析，详细论述了机电一体化机械系统设计研究。一体化机电机械系统是由通过计算机系统的控制和协调，用于完成能量流、运动以及机械力等多项动力学任务，并由多种机电部件相互配合、相互联系、相互协调所组成的系统。因为这是一个系统性的程序和任务，因此，对机电一体化的机械系统研究一定要站在“系统”的角度进行科学、合理的设计。
关键词：机电—体化;机械;系统;
一、一体化机电机械系统设计的基本要求
首先，精度性高。机电产品的精度直接决定和影响产品的整体质量，机电一体化产品的工艺水平、技术性能、功能都要优于其他普通产品，因此，高进度是其首要条件和标准。也就是说如果机械系统不够精确，即使其他系统在精确，都不可能顺利完成预期机械操作。
其次，快速反应性。机电系统的快速反应性指的就是系统从接受指令一直到执行指令任务中间的时间差必须要短，只有这样才能更好地控制系统精确的完成任务，同时，控制系统及时、准确的根据系统运行状况得到相应的信息指令，从而准确的进行任务执行和完成。再次，稳定性良好。为更好的保证机械系统的精确度和反应性，在进行机械设计中通常会有高刚度、低摩擦、无间隙、高谐振频率等要求。与此同时，机械系统还应该具备可靠性高、寿命长、重量轻、体积小等优点。
二、—体化机电机械系统构成
首先，传动机构。机械一体化中的传动机构，一方面是转矩与转速的变换器，一方面这已经成为伺服系统中非常重要的组成部分，传动机构需要结合伺服控制的标准和要求进行设计，从而更好地满足系统机械体系的伺服性能。所以说，传动机不仅需要具备比较高的精确度，还需要具备体积小、重量轻、运转高速、噪音低、可靠性高的特点和要求。
其次，导向机构。起到支撑作用和导向作用的导向机构，能够为机械运动系统中各个装置和组成部分准确、安全的完成特定运动提供良好保证，一般值得的轴承和导轨。再次，执行机构。所谓的执行结构，指的就是能够直接完成任务的操作装置，其能够结合不同的操作指令的具体要求+动力源带动，完成各项预定操作任务。通常情况下，执行机构需要较高的精确度和灵敏度，具有较高的可靠性和重复性。计算机的功能强大，有效的使传统的动力发动机转化了执行、变速和动力等多种功能的发动机，进一步简化了执行和传动机构。
三、一体化机电机械系统设计思想分析
首先，静态设计思想。静态设计指的是根据各个系统功能的要求，经过相关研究制定出设计机械系统的方案和步骤。
这只是一个初步、大体轮廓系统，主要包括系统的部件种类以及各个部件之间连接、控制以及能源需求等。设计出基本方案之后，就需要从技术手段出发，设计系统各个部件运动参数、关系和结构，确定零件的精确度、材料和结构。验算执行元件的过载能力、功率和参数。选择其他香断的部件、原件，配置系统阻尼等等。
其次，动态设计，是为了研究机械系统在整个频率域的性质、特点，通过静态设计的结构帮助，建立系统各个环节之间的数字模型，进一步推导整体系统的传递函数，然后充分利用自控控制方法计算频率特性。频率特性，一方面体现出了整个系统对不同信号频率的不同反应，一方面还决定了整个系统的抗干扰能力、工作最大频率和稳定性。
四、一体化机电机械系统的性能分析
为了更好的保证机电一体化机械系统的伺服性能，一方面需要更好地满足机械系统的静态特征，一方面还需要充分的利用控制自动化的方法和理论进行系统体系的动态设计与分析。要进行动态设计必须建立在静态系统的数字模型上，通过控制方法分析整个系统的特性频率，通过相应参数的调整，改变整体伺服性能。
首先，建立相关数字模型。建立机械系统数字模型一般与建立电气系统数字模型基本相同，也就是通过折算的方法，把复杂的装置结构转化为简单的、等效的函数关系，一般通过线性微分方程的数学表达式进行表达。一般机械系统的模型数字分析是输入和输出之间的关系。将复杂结构的机械系统的机械参数，比如说，阻尼、弹性模量、系统惯量的进行归一处理，进而通过数学方式准确、全面的反应各个机械参数对于整体机械系统性能的影响。要想建立这种数学模型，需要先把机电系统中的各个物理量直接折算到某个元件上，将复杂、多变额多轴传动转化为单轴传动，一定要遵循转化前后总机械系统性能相等。在单轴基础上结合输入量与输出量之间的关系，建立自身的数学表达式(输入／输出)，通过此表达式反应的机械特性，就能真实的反应出原系统性能。在建立数学模型过程中，需要结合不同量的要求，折算出等效值。
其次，性能参数对整个机械系统性能价值的影响。机电
系统一体化要求必须精度高、工作可靠、运动平稳，这一方面是静态设计的问题，另一方面也是进行动态系统伺服设计的要求，通过对相关数据参数的调整，从而达到系统的整体性能优化。系统自身的固定频率、阻尼直接决定了传动系统的参数、性能，所以说，机械系统的参数结构又取决于固有频率与阻尼的比率。所以说，机械系统的参数直接影响到其伺服系统的性能。通常情况下，机械系统能够简化成二阶系统，可以通过单位阶跃曲线全面反映系统阻尼的影响。在设计系统中，需要对多种性能指标进行综合考虑，通常取欠阻尼系统，不仅可以保证一定范围的震荡，比较平稳、快速的震荡，同时，灵敏度还非常高。
参考文献:
[1]．尤惠媛，李武兴．机电一体化的应用现状与发展趋势[J]．太原科技．2011(09)
[2]．李明．机电一体化系统的组成及结构模型[J]．机械工程与自动化．2010(01)