1.4 機電一體化共性關鍵技術

如前所述，機電一體化是在傳統技術的基礎上由多種技術學科相互交叉、滲透而形成的一門綜合性和邊緣性技術學科，所涉及的技術領域非常廣泛。要深入進行機電一體化研究及相應產品的開發，就必須了解并掌握這些技術。

概括起來，機電一體化共性關鍵技術主要有：機械技術、檢測傳感技術、信息處理技術、自動控制技術、伺服驅動技術、接口技術、系統總體技術。

（1）機械技術

機械技術在機電一體化學科中又被稱為精密機械技術，是機電一體化的基礎。機電一體化產品中的主功能和構造功能往往是以機械技術為主實現的。著眼于如何與機電一體化的技術相適應，利用其他高、新技術來更新概念，實現結構上、材料上、性能上以及功能上的變更，滿足減少重量、縮小體積、提高精度和剛度、統籌兼顧性能與功能的要求。

在制造機電一體化系統的過程中，經典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統等，形成新一代的機械制造技術。這里原有的機械技術以知識和技能的形式存在，是任何其他技術代替不了的。如計算機輔助工藝規程編制（CAPP）是目前CAD/CAM系統研究的瓶頸，其關鍵問題在于如何將廣泛存在于各行業、企業、技術人員中的標準、習慣和經驗進行表達和陳述，從而實現計算機的自動工藝設計與管理。

（2）檢測傳感技術

檢測傳感技術指與傳感器及其信號檢測裝置相關的技術，其作用是將被測量變換成系統可識別的，與被測量有確定對應關系的有用電信號。該技術是系統實現自動控制、自動調節的關鍵環節。與計算機技術相比，該技術發展緩慢，從某種角度上講是制約機電一體化技術進一步提升的瓶頸環節。

在機電一體化產品中，傳感器就像人體的感覺器官一樣，將各種內、外部信息通過相應的信號檢測裝置感知并反饋給控制及信息處理裝置。因此，檢測與傳感是實現自動控制的關鍵環節。機電一體化產品要求傳感器能快速、精確地獲取信息并經受各種嚴酷環境的考驗。但是由于目前檢測與傳感技術還不能與機電一體化技術的發展相適應，使得不少機電一體化產品不能達到滿意的效果或無法實現設計。因此，大力開展檢測與傳感技術的研究對發展機電一體化具有十分重要的意義。

（3）信息處理技術

信息處理技術包括信息的交換、存取、運算、判斷和決策等，實現信息處理的主要硬件工具為以微電子技術為基礎的微機與信號處理機，因此計算機技術與信息處理技術是密切相關的。計算機技術包括計算機硬件技術和軟件技術、網絡與通信技術、數據庫技術等。在機電一體化產品中，計算機與信息處理裝置指揮整個產品的運行，信息處理是否正確、及時，直接影響到產品工作的質量和效率。因此，計算機應用及信息處理技術已成為促進機電一體化技術和產品發展的最活躍的因素。人工智能、專家系統、神經網絡技術等都屬于計算機技術與信息處理技術。

（4）自動控制技術

以狀態空間法為基礎，研究多輸入、多輸出、參變量、非線性、高精度、高效能等控制系統的分析和設計問題。最優控制、最佳濾波、系統識別、自適應控制等都是這一研究領域的重要課題。

自動控制技術范圍很廣，包括自動控制理論、控制系統設計、系統仿真、現場調試、可靠運行等從理論到實踐的整個過程。由于被控對象種類繁多，所以控制技術的內容極其豐富，包括高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷、校正、補償、示教再現、檢索等控制技術。自動控制技術的難點在于自動控制理論的工程化與實用化，這是由于現實世界中的被控對象往往與理論上的控制模型之間存在較大差距，使得從控制設計到控制實施往往要經過反復調試與修改，才能獲得比較滿意的結果。由于微型機的廣泛應用，自動控制技術越來越多地與計算機控制技術聯系在一起，成為機電一體化中十分重要的關鍵技術。

（5）伺服驅動技術

實現電信號到機械動作的轉換裝置或部件，對系統的動態性能、控制質量和功能具有決定性的影響。伺服驅動技術的主要研究對象是執行元件及其驅動裝置。執行元件有電動、氣動、液壓等多種類型，機電一體化產品中多采用電動式執行元件，其驅動裝置主要是指各種電動機的驅動電源電路，目前多由電力電子器件及集成化的功能電路構成。執行元件一方面通過電氣接口向上與微型機相連，以接受微型機的控制指令；另一方面又通過機械接口向下與機械傳動和執行機構相連，以實現規定的動作。因此伺服驅動技術是直接執行操作的技術，對機電一體化產品的動態性能、穩態精度、控制質量等具有決定性的影響。常見的伺服驅動有電液馬達、脈沖液壓缸、步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。由于變頻技術的進步，交流伺服驅動技術也取得了突破性進展，為機電一體化系統提供高質量的伺服驅動單元，極大地促進了機電一體化技術的發展。

（6）接口技術

接口技術是機電一體化系統中各要素融合為一綜合系統的技術及實現途徑。接口包括電氣接口、機械接口和人—機接口。電氣接口實現系統間電信號的連接；機械接口則完成機械與機械部分、機械與電氣裝置部分的連接；人—機接口提供了人與系統間的交互界面。簡單地說，接口就是機電一體化各子系統之間，以及子系統與各模塊之間相互連接的硬件及相關協議軟件。

（7）系統總體技術

系統總體技術是一種從整體目標出發，用系統工程的觀點和方法，將系統總體分解成若干相互之間有機聯系的功能單元，并以功能單元為子系統繼續分解，直至找到可實現的技術方案，然后再把功能和技術方案組合成方案組進行分析、評價和優選，從而實現對可靠性、標準化、系列化、造型等優化設計的綜合應用技術。系統總體技術是最能體現機電一體化設計特點的技術，其原理和方法還在不斷地發展和完善之中。