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开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030178121丛书名: 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
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可作为机械设计制造及其自动化等机电类专业本科控制技术课程的教学用书，或作为相近专业的教学参考书，从事机电工程的技术人员
内容简介
《机电控制技术》内容涵盖机电系统的基本控制原理和技术，以电机为主导，以控制为线索，将机电有机结合起来，全面系统地阐述机电系统的控制问题，研究分析机电系统的特性、控制原理、控制系统设计方法。《机电控制技术》共分为10章，内容包括：机电控制概述、机电系统传动力学、直流电机、交流电机、控制电机、低压电器控制技术、可编程控制技术、直流调速系统、交流调速系统、位置控制系统等。
目 录
目录
前言
第1章 概述 1
1.1 机电控制技术的相关学科 2
1.2 机电控制技术及其系统 7
1.3 典型机电控制系统 10
1.4 本课程的性质和任务 15
第2章 机电系统传动力学 17
2.1 单轴机电传动系统 17
2.2 多轴机电传动系统 19
2.3 典型负载的机械特性 22
2.4 机电传动系统稳定运行的条件 24
2.5 机电传动系统的过渡过程 25
思考题与习题 29
第3章 直流电机 32
3.1 电机中的基本电磁知识 32
3.2 直流电机的工作原理和基本结构 36
3.3 直流发电机 45
3.4 直流电动机 49
3.5 直流他励电动机的机械特性 52
3.6 直流他励电动机的启动 55
3.7 直流他励电动机的调速 56
3.8 直流他励电动机的制动 61
思考题与习题 67
第4章 交流电机 70
4.1 交流电机的基本工作原理 70
4.2 三相异步电动机的基本结构和参数 74
4.3 三相异步电动机的定、转子电路分析 78
4.4 三相异步电动机的机械特性 90
4.5 三相异步电动机的启动 95
4.6 三相异步电动机的制动特性 98
4.7 单相异步电动机 101
4.8 同步电动机 103
思考题与习题 107
第5章 控制电机 109
5.1 直流力矩电动机 109
5.2 微型同步电动机 110
5.3 步进电动机 114
5.4 旋转变压器 121
5.5 测速发电机 123
思考题与习题 123
第6章 电器控制技术 125
6.1 概述 125
6.2 常用机械式低压电器 132
6.3 电子式低压电器和智能电器 147
6.4 电气控制电路设计规范 152
6.5 基本电气控制电路 160
思考题与习题 167
第7章 可编程控制技术 169
7. 1概述 169
7.2 可编程控制器的基本结构和工作原理 175
7.3 PLC的编程语言 184
7.4 S7-200系列PLC的硬件系统及编程元件 189
7.5 S7-200系列PLC的基本指令 202
7.6 PLC的基本应用 225
7.7 S7-200系列PLC的顺序控制指令及应用 234
思考题与习题 241
第8章 直流调速系统 244
8.1 概述 244
8.2 晶闸管可控直流电源 254
8.3 晶闸管-电动机直流调速控制系统 293
8.4 脉宽调制调速控制系统 330
思考题与习题 341
第9章 交流调速系统 343
9.1 交流调速概述 343
9.2 变频器基本原理 352
9.3 标量控制的变频调速系统 360
9.4 矢量控制的变频调速系统 363
9.5 直接转矩控制的变频调速系统 365
思考题与习题 366
第10章 位置控制系统 367
10.1 概述 367
10.2 步进电动机位置控制系统 370
10.3 伺服系统中的位置检测元件 375
10.4 直流伺服系统 379
思考题与习题 380
参考文献 381
前言
第1章 概述 1
1.1 机电控制技术的相关学科 2
1.2 机电控制技术及其系统 7
1.3 典型机电控制系统 10
1.4 本课程的性质和任务 15
第2章 机电系统传动力学 17
2.1 单轴机电传动系统 17
2.2 多轴机电传动系统 19
2.3 典型负载的机械特性 22
2.4 机电传动系统稳定运行的条件 24
2.5 机电传动系统的过渡过程 25
思考题与习题 29
第3章 直流电机 32
3.1 电机中的基本电磁知识 32
3.2 直流电机的工作原理和基本结构 36
3.3 直流发电机 45
3.4 直流电动机 49
3.5 直流他励电动机的机械特性 52
3.6 直流他励电动机的启动 55
3.7 直流他励电动机的调速 56
3.8 直流他励电动机的制动 61
思考题与习题 67
第4章 交流电机 70
4.1 交流电机的基本工作原理 70
4.2 三相异步电动机的基本结构和参数 74
4.3 三相异步电动机的定、转子电路分析 78
4.4 三相异步电动机的机械特性 90
4.5 三相异步电动机的启动 95
4.6 三相异步电动机的制动特性 98
4.7 单相异步电动机 101
4.8 同步电动机 103
思考题与习题 107
第5章 控制电机 109
5.1 直流力矩电动机 109
5.2 微型同步电动机 110
5.3 步进电动机 114
5.4 旋转变压器 121
5.5 测速发电机 123
思考题与习题 123
第6章 电器控制技术 125
6.1 概述 125
6.2 常用机械式低压电器 132
6.3 电子式低压电器和智能电器 147
6.4 电气控制电路设计规范 152
6.5 基本电气控制电路 160
思考题与习题 167
第7章 可编程控制技术 169
7. 1概述 169
7.2 可编程控制器的基本结构和工作原理 175
7.3 PLC的编程语言 184
7.4 S7-200系列PLC的硬件系统及编程元件 189
7.5 S7-200系列PLC的基本指令 202
7.6 PLC的基本应用 225
7.7 S7-200系列PLC的顺序控制指令及应用 234
思考题与习题 241
第8章 直流调速系统 244
8.1 概述 244
8.2 晶闸管可控直流电源 254
8.3 晶闸管-电动机直流调速控制系统 293
8.4 脉宽调制调速控制系统 330
思考题与习题 341
第9章 交流调速系统 343
9.1 交流调速概述 343
9.2 变频器基本原理 352
9.3 标量控制的变频调速系统 360
9.4 矢量控制的变频调速系统 363
9.5 直接转矩控制的变频调速系统 365
思考题与习题 366
第10章 位置控制系统 367
10.1 概述 367
10.2 步进电动机位置控制系统 370
10.3 伺服系统中的位置检测元件 375
10.4 直流伺服系统 379
思考题与习题 380
参考文献 381
前 言
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第1章 概述
机械工程技术是技术科学领域中*古老的学科之一。机器是人类适应自然、改造自然的工具，是几千年人类文明的产物，制造机器与使用机器的所有活动是机械工程研究的主要范畴。机械工程技术随着人类文明的前进而发展，不同时期的机器代表了不同时期的人类文明，从历史的角度看，机械技术（或机器）粗略可以分为三个阶段，即古代机械、近代机械和现代机械。古代机械依靠人力、畜力或自然力来提供动力，发动机是近代机械*主要的动力源，而由电动机或电控装置提供动力是现代机械的主要特征。现代机械把机械技术与电子技术、控制技术联系在一起，于是便产生了机电控制的概念。
机电控制使得机械的动力、机械的运动可以通过电器或电子装置来控制。然而，现代机械在其近一个世纪的发展历程的初期，这种联系是很有限的，仅仅是对动力的开关控制，或根据机械的要求实现开关式的简单逻辑控制，实现的功能也很简单，基本上没有包含自动控制的概念。
社会生产力的发展对机械或机器提出了更高的要求，不仅要求能对机器的开和关进行控制，而且要能对机器的动作特性（如速度、加速度、位置、作用力等）和动作时间进行控制。这仅仅靠机械自身是难于实现的。控制论、信息论以及系统工程达三大理论的提出为现代机械科学的发展提供了理论依据，电子技术的发展使得现代机械技术的迅速发展成为可能。从此，以“控制”为核心，机械与电子紧密结合，机器的各种复杂功能得以实现，如复杂逻辑控制、速度控制、位置控制等。
计算机信息技术的发展给现代机电技术的发展注入了新的生命，出现了各种各样能够实现自动控制、信息处理、状态监测、故障诊断和人工智能的机械装备。现代机电技术把机械技术、电子技术、自动控制技术、计算机信息技术、传感测试技术、光电技术、管理科学等融合到一起，相互交叉渗透，形成了一些新的理论和新的学科，如机电系统工程、机电一体化或机械电子学(mechatronics)，代表着机械学科的发展前沿。同时在新理论和新技术的支撑下，出现了许多现代机电系统，如现代数控机床、机器人、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、现代运载车辆、飞行器、卫星、雷达等。
机电控制技术是解决机电系统中的控制问题的一门技术，是现代机械工程的专业基础。只有学习和掌握了机电控制技术，才能从系统的角度出发，有效地从事现代机械工程和机电一体化的技术工作。
1.1 机电控制技术的相关学科
机电控制技术是在机与电的结合过程中产生的，是解决机电系统中的控制问题的一门技术。然而随着机电系统复杂程度的增加以及性能要求的提高，机和电的协调、整体优化问题变得越来越突出，于是用系统的理论和方法，综合运用机械技术、电子技术、自动控制技术、计算机信息技术、传感测试技术、光电技术、管理科学技术来解决这些问题，在此基础上逐渐形成了一个新的概念、新的理论、新的技术和新的学科，这就是机电系统工程或机电一体化。机电控制技术是机电系统工程或机电一体化技术下面的一门支撑技术，了解机电系统工程或机电一体化技术的概貌，可以更好的学习和掌握机电控制技术。
1.1.1 机电系统工程和机电一体化技术的内涵
机电系统工程和机电一体化是在以微电子技术和计算机信息技术迅速发展的前提下，综合运用各学科技术知识来解决机电系统工程中技术问题的基础上逐渐形成了的一个新的概念、新的理论和新的技术。在此形成过程中出现了一些不同的名词，如机电系统工程、机电一体化和机械电子学(mechatronics)等，但其实质内涵是一致的。
机电系统工程及其相应的理论和技术的发展具有两个显著的特性：一是系统科学性，即涉及系统理论和系统工程的方法越来越多；二是学科综合性或技术集成性，即机电系统工程和机电一体化技术绝非单一学科知识所能够支撑的，而是依赖于多门学科知识的有机结合。机电一体化实质上是从系统的观点出发，应用机械、电子、计算机信息等有关技术，对电子器件和机械装置进行有机的组合与统一，实现机电系统的整体优化。机电一体化不是机械与电子技术的简单叠加，而是机械系统与电子系统有机结合起来而形成的一种新的高层次的综合系统。计算机集成制造系统(CIMS)是一种高层次的机电系统，其系统科学性和学科综合性更为显著。计算机集成制造系统是用系统工程的理论和方法，把工厂生产的全部活动，包括市场信息、产品开发、生产准备与组织管理、产品制造、装配及检验、产品销售、售后服务等在计算机通信网络和数据库的支撑下集成起来，形成一个有机的整体（系统）。这个系统涉及机械工程、计算机技术、自动化技术、工业工程、管理工程等多门学科的知识。
由于上述的系统科学性和学科综合性两个特性，一方面促进了学术界对机电系统工程的深入研究，另一方面也对企业的工程技术人才结构提出了新的要求。在现代企业中，为了采用先进的技术，开发新产品，提高生产率和产品质量，降低产品成本，企业除了应拥有大量的具有某类学科知识的专门人才外，还应拥有一批掌握系统工程的理论和方法、融会贯通其所涉及的多门学科知识的综合性骨干人才。国外一些大中型企业或公司敏感地注意到了这个问题。因此，机电系统工程学科一出现，立即展示出它强大的生命力，受到工业界的极大重视和欢迎。在我国，机电系统工程学科也同样重要。机电系统工程与一体化技术是微电子技术与传统机械工业相互渗透过程中逐渐形成和发展起来的，是机械技术、控制技术、微电子技术和计算机信息技术相互融合的产物。它的产生和发展，给整个国民经济、社会生活带来了深刻的变化，促进了工业经济的发展。
机电系统工程与一体化技术涵盖“技术”和“系统”两个方面。机电一体化技术是控制技术、微电子技术、计算机信息技术与机械技术相结合的一种综合性技术，是使机电一体化系统得以实现、使用和发展的技术。机电一体化产品是指机械系统和微电子系统有机结合，从而赋予新的功能和性能的新产品。
机电一体化代表了正在形成中的新一代生产技术。机电系统在促进经济和社会结构的变革中已经显示出并将日益显示其强大的推动力。然而关于“机电系统”的含义尚在发展和完善之中，至今还没有统一的定义。有人说：“机电系统是机械技术、微电子技术相互结合，融为一体的泵统”。有人说：“机电系统的含义，是指机械、电子、光学、信息技术相互结合，融为一体的系统。”还有人说：“机电系统是在机械产品中结合了电子器件的信息控制功能，是将机械、电子与信息有机综合，实现整体*优化的系统。”就连*早提出这一新概念的日本，也众说纷纭。当前，人们较为普遍接受的看法是“日本机械振兴协会”经济研究所对机电系统概念所作的解释：“机电系统是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。”
因此，机电系统不仅是人的肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有“智能化”的特征是机电系统与机械电气化在功能上的本质差别。机电一体化系统应是综合机、电、磁、光、声、热、液、气、生物化学等多种学科的先进技术，研究多种学科各自的特征参量，并正确地处理相互间的耦合关系。机电一体化产品设计与制造的特点不同于过去仅仅依靠单一的学科技术设计与制造的产品，而是尽可能多地应用各种学科的**成果，为产品设计和制造服务。如激光技术的发展，使得机电一体化产品中又增添了光盘驱动器、条形码读出器、图像传感器和激光印刷机等，这些都是利用光学的读出和读入部件替代了电气和机械的部件。
随着科学技术的发展，机电一体化技术已从原来机械为主的领域拓展到目前的汽车、电站、仪表、化工、通信、冶金等领域。而且机电工程系统的概念也不再在某一具体产品的范围，已扩大到控制系统和被控系统相结合的产品制造和过程控制的大系统，如柔性制造系统(FMS)、计算机辅助设计/制造系统(CAD/CAM)、计算机辅助设计工艺(CAPP)和计算机集成制造系统(CIMS)以及各种工业过程控制系统。
1.1.2 机电系统工程和机电一体化技术的基本内容
由于机电系统工程主要研究和处理机电系统中的跨学科的综合性技术问题。因此首先需要有机、电类学科的专业基础；另外一些综合性技术问题，不仅涉及多学科，而且涉及较深的专业知识，包括机、电学科本身的专业知识和机电系统所涉及的多学科的专业知识。
由机电系统工程的内涵特点可知，机电系统工程学科的基本内容是研究机电系统的有关理论，从整体性、综合性、*优性的角度来研究机电系统的分析、决策、建模、规划、设计与实施、运行与管理的方法，以取得系统的**效益。图1.1概括了机电系统工程的基本内容以及机电系统工程的问题域与具体内容之间的对应关系。
图1.1 机电系统工程的基本内容
机电系统工程的知识基础由三部分组成。一是“系统”理论和“系统”思想贯穿始终，因此系统科学是机电系统工程的思维基础；二是人们在设计、规划、控制和运筹机电系统时，总是追求总体*优，因而必然要涉及大量的运筹学、控制论和信息论的技术和方法，这些构成了机电系统工程的技术基础；三是机电系统所涉及的工艺、方法、技术、设备等是机电系统工程赖以存在的基石，它们构成了整个机电系统工程的专业基础。于是，机电系统工程的知识基础可用图1.2来描述。
图1.2 机电系统工程知识基础
机电系统工程的学科支撑体系比较复杂，目前还没有较为统一的描述。有许多学者认为机电系统工程的学科支撑体系应是以机、电学科为基础，以系统工程的理论和方法为纽带，有机地结合机械工程、控制技术、电子技术、计算机技术、工业工程、管理工程等多学科知识而形成的一门综合性学科。如图1.3所示。从图中可看出，机电系统工程的学科特点在于学科复合性与技术集成性，强调多学科的结合与融会贯通。
图1.3 机电系统工程学科支撑体系
1.1.3 机电系统工程和机电一体化技术的发展
近年来，机电系统工程与一体化技术的发展突飞猛进。机电系统工程与一体化技术在工业领域中的应用行业覆盖面越来越宽广，不仅在机械行业，而且在仪表、汽车、钢铁冶金、通信、电站、石油、化工、轨道交通等行业普遍应用。
随着微电子技术和计算机信息技术的迅速发展，机电系统工程与一体化技术正向更高层次迈进，向更广范围延伸，机电结合程度越来越紧密，技术发展速度越来越快，并具有一些显著的特点。
1．智能化
对机电系统的高性能要求，特别是适应性要求，使得一些新的机电系统被采用。典型的智能机电系统有机器人、智能型数控设备、智能仪器仪表等。这些新型的机电系统有一个共同的特点，那就是它们都具有一定的人工智能，能够根据环境条件的变化进行分析、推理，并作出合适的响应。智能机器人能通过自身的视觉、听觉或触觉来感知周围环境的状态及其变化，并对此作出相应的反应。智能仪器仪表能够根据不同的状态或时段进行不同的计量、复杂计算、实时监测和数据传输、语音提示和图像显示等。
2．集成性
集成性就是机电系统工程强调综合运用机电系统所涉及的多学科知识，来研究和处理机电系统的设计、制造、管理、运行、更新、发展等重大问题。而这种集成性变得越来越广泛，许多新的机电系统就其每一部分来说，不是什么新的东西，但把各部分有机地集成在一起，就成了具有新颖特色的整体，形成了一种新型的机电系统。如柔性制造系统(FMS)，就其各部分来说，包括控制系统、监测系统、物料流系统、计算机数控(CNC)机床、加工中心等，就这些单元孤立地来看均是已有的理论和技术，但有机地组合起来，就形成了一种新型的机电系统。
为了便于系统集成，机电系统的结构越来越趋向于模块化和开放性。模块化使得许多单一功能或基本功能以子系统的形式产品化，可以缩短系统构成周期，降低系统制造成本；开放性是指在一定标准支持下，使得系统可以灵活组态，进行任意组合，并可以通过总线进行数据通信与共享。
3．微型化
一些特殊的应用领域（如军事、医疗、家用器具、娱乐用具等）不仅要求机电系统具有优良的
机械工程技术是技术科学领域中*古老的学科之一。机器是人类适应自然、改造自然的工具，是几千年人类文明的产物，制造机器与使用机器的所有活动是机械工程研究的主要范畴。机械工程技术随着人类文明的前进而发展，不同时期的机器代表了不同时期的人类文明，从历史的角度看，机械技术（或机器）粗略可以分为三个阶段，即古代机械、近代机械和现代机械。古代机械依靠人力、畜力或自然力来提供动力，发动机是近代机械*主要的动力源，而由电动机或电控装置提供动力是现代机械的主要特征。现代机械把机械技术与电子技术、控制技术联系在一起，于是便产生了机电控制的概念。
机电控制使得机械的动力、机械的运动可以通过电器或电子装置来控制。然而，现代机械在其近一个世纪的发展历程的初期，这种联系是很有限的，仅仅是对动力的开关控制，或根据机械的要求实现开关式的简单逻辑控制，实现的功能也很简单，基本上没有包含自动控制的概念。
社会生产力的发展对机械或机器提出了更高的要求，不仅要求能对机器的开和关进行控制，而且要能对机器的动作特性（如速度、加速度、位置、作用力等）和动作时间进行控制。这仅仅靠机械自身是难于实现的。控制论、信息论以及系统工程达三大理论的提出为现代机械科学的发展提供了理论依据，电子技术的发展使得现代机械技术的迅速发展成为可能。从此，以“控制”为核心，机械与电子紧密结合，机器的各种复杂功能得以实现，如复杂逻辑控制、速度控制、位置控制等。
计算机信息技术的发展给现代机电技术的发展注入了新的生命，出现了各种各样能够实现自动控制、信息处理、状态监测、故障诊断和人工智能的机械装备。现代机电技术把机械技术、电子技术、自动控制技术、计算机信息技术、传感测试技术、光电技术、管理科学等融合到一起，相互交叉渗透，形成了一些新的理论和新的学科，如机电系统工程、机电一体化或机械电子学(mechatronics)，代表着机械学科的发展前沿。同时在新理论和新技术的支撑下，出现了许多现代机电系统，如现代数控机床、机器人、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、现代运载车辆、飞行器、卫星、雷达等。
机电控制技术是解决机电系统中的控制问题的一门技术，是现代机械工程的专业基础。只有学习和掌握了机电控制技术，才能从系统的角度出发，有效地从事现代机械工程和机电一体化的技术工作。
1.1 机电控制技术的相关学科
机电控制技术是在机与电的结合过程中产生的，是解决机电系统中的控制问题的一门技术。然而随着机电系统复杂程度的增加以及性能要求的提高，机和电的协调、整体优化问题变得越来越突出，于是用系统的理论和方法，综合运用机械技术、电子技术、自动控制技术、计算机信息技术、传感测试技术、光电技术、管理科学技术来解决这些问题，在此基础上逐渐形成了一个新的概念、新的理论、新的技术和新的学科，这就是机电系统工程或机电一体化。机电控制技术是机电系统工程或机电一体化技术下面的一门支撑技术，了解机电系统工程或机电一体化技术的概貌，可以更好的学习和掌握机电控制技术。
1.1.1 机电系统工程和机电一体化技术的内涵
机电系统工程和机电一体化是在以微电子技术和计算机信息技术迅速发展的前提下，综合运用各学科技术知识来解决机电系统工程中技术问题的基础上逐渐形成了的一个新的概念、新的理论和新的技术。在此形成过程中出现了一些不同的名词，如机电系统工程、机电一体化和机械电子学(mechatronics)等，但其实质内涵是一致的。
机电系统工程及其相应的理论和技术的发展具有两个显著的特性：一是系统科学性，即涉及系统理论和系统工程的方法越来越多；二是学科综合性或技术集成性，即机电系统工程和机电一体化技术绝非单一学科知识所能够支撑的，而是依赖于多门学科知识的有机结合。机电一体化实质上是从系统的观点出发，应用机械、电子、计算机信息等有关技术，对电子器件和机械装置进行有机的组合与统一，实现机电系统的整体优化。机电一体化不是机械与电子技术的简单叠加，而是机械系统与电子系统有机结合起来而形成的一种新的高层次的综合系统。计算机集成制造系统(CIMS)是一种高层次的机电系统，其系统科学性和学科综合性更为显著。计算机集成制造系统是用系统工程的理论和方法，把工厂生产的全部活动，包括市场信息、产品开发、生产准备与组织管理、产品制造、装配及检验、产品销售、售后服务等在计算机通信网络和数据库的支撑下集成起来，形成一个有机的整体（系统）。这个系统涉及机械工程、计算机技术、自动化技术、工业工程、管理工程等多门学科的知识。
由于上述的系统科学性和学科综合性两个特性，一方面促进了学术界对机电系统工程的深入研究，另一方面也对企业的工程技术人才结构提出了新的要求。在现代企业中，为了采用先进的技术，开发新产品，提高生产率和产品质量，降低产品成本，企业除了应拥有大量的具有某类学科知识的专门人才外，还应拥有一批掌握系统工程的理论和方法、融会贯通其所涉及的多门学科知识的综合性骨干人才。国外一些大中型企业或公司敏感地注意到了这个问题。因此，机电系统工程学科一出现，立即展示出它强大的生命力，受到工业界的极大重视和欢迎。在我国，机电系统工程学科也同样重要。机电系统工程与一体化技术是微电子技术与传统机械工业相互渗透过程中逐渐形成和发展起来的，是机械技术、控制技术、微电子技术和计算机信息技术相互融合的产物。它的产生和发展，给整个国民经济、社会生活带来了深刻的变化，促进了工业经济的发展。
机电系统工程与一体化技术涵盖“技术”和“系统”两个方面。机电一体化技术是控制技术、微电子技术、计算机信息技术与机械技术相结合的一种综合性技术，是使机电一体化系统得以实现、使用和发展的技术。机电一体化产品是指机械系统和微电子系统有机结合，从而赋予新的功能和性能的新产品。
机电一体化代表了正在形成中的新一代生产技术。机电系统在促进经济和社会结构的变革中已经显示出并将日益显示其强大的推动力。然而关于“机电系统”的含义尚在发展和完善之中，至今还没有统一的定义。有人说：“机电系统是机械技术、微电子技术相互结合，融为一体的泵统”。有人说：“机电系统的含义，是指机械、电子、光学、信息技术相互结合，融为一体的系统。”还有人说：“机电系统是在机械产品中结合了电子器件的信息控制功能，是将机械、电子与信息有机综合，实现整体*优化的系统。”就连*早提出这一新概念的日本，也众说纷纭。当前，人们较为普遍接受的看法是“日本机械振兴协会”经济研究所对机电系统概念所作的解释：“机电系统是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。”
因此，机电系统不仅是人的肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有“智能化”的特征是机电系统与机械电气化在功能上的本质差别。机电一体化系统应是综合机、电、磁、光、声、热、液、气、生物化学等多种学科的先进技术，研究多种学科各自的特征参量，并正确地处理相互间的耦合关系。机电一体化产品设计与制造的特点不同于过去仅仅依靠单一的学科技术设计与制造的产品，而是尽可能多地应用各种学科的**成果，为产品设计和制造服务。如激光技术的发展，使得机电一体化产品中又增添了光盘驱动器、条形码读出器、图像传感器和激光印刷机等，这些都是利用光学的读出和读入部件替代了电气和机械的部件。
随着科学技术的发展，机电一体化技术已从原来机械为主的领域拓展到目前的汽车、电站、仪表、化工、通信、冶金等领域。而且机电工程系统的概念也不再在某一具体产品的范围，已扩大到控制系统和被控系统相结合的产品制造和过程控制的大系统，如柔性制造系统(FMS)、计算机辅助设计/制造系统(CAD/CAM)、计算机辅助设计工艺(CAPP)和计算机集成制造系统(CIMS)以及各种工业过程控制系统。
1.1.2 机电系统工程和机电一体化技术的基本内容
由于机电系统工程主要研究和处理机电系统中的跨学科的综合性技术问题。因此首先需要有机、电类学科的专业基础；另外一些综合性技术问题，不仅涉及多学科，而且涉及较深的专业知识，包括机、电学科本身的专业知识和机电系统所涉及的多学科的专业知识。
由机电系统工程的内涵特点可知，机电系统工程学科的基本内容是研究机电系统的有关理论，从整体性、综合性、*优性的角度来研究机电系统的分析、决策、建模、规划、设计与实施、运行与管理的方法，以取得系统的**效益。图1.1概括了机电系统工程的基本内容以及机电系统工程的问题域与具体内容之间的对应关系。
图1.1 机电系统工程的基本内容
机电系统工程的知识基础由三部分组成。一是“系统”理论和“系统”思想贯穿始终，因此系统科学是机电系统工程的思维基础；二是人们在设计、规划、控制和运筹机电系统时，总是追求总体*优，因而必然要涉及大量的运筹学、控制论和信息论的技术和方法，这些构成了机电系统工程的技术基础；三是机电系统所涉及的工艺、方法、技术、设备等是机电系统工程赖以存在的基石，它们构成了整个机电系统工程的专业基础。于是，机电系统工程的知识基础可用图1.2来描述。
图1.2 机电系统工程知识基础
机电系统工程的学科支撑体系比较复杂，目前还没有较为统一的描述。有许多学者认为机电系统工程的学科支撑体系应是以机、电学科为基础，以系统工程的理论和方法为纽带，有机地结合机械工程、控制技术、电子技术、计算机技术、工业工程、管理工程等多学科知识而形成的一门综合性学科。如图1.3所示。从图中可看出，机电系统工程的学科特点在于学科复合性与技术集成性，强调多学科的结合与融会贯通。
图1.3 机电系统工程学科支撑体系
1.1.3 机电系统工程和机电一体化技术的发展
近年来，机电系统工程与一体化技术的发展突飞猛进。机电系统工程与一体化技术在工业领域中的应用行业覆盖面越来越宽广，不仅在机械行业，而且在仪表、汽车、钢铁冶金、通信、电站、石油、化工、轨道交通等行业普遍应用。
随着微电子技术和计算机信息技术的迅速发展，机电系统工程与一体化技术正向更高层次迈进，向更广范围延伸，机电结合程度越来越紧密，技术发展速度越来越快，并具有一些显著的特点。
1．智能化
对机电系统的高性能要求，特别是适应性要求，使得一些新的机电系统被采用。典型的智能机电系统有机器人、智能型数控设备、智能仪器仪表等。这些新型的机电系统有一个共同的特点，那就是它们都具有一定的人工智能，能够根据环境条件的变化进行分析、推理，并作出合适的响应。智能机器人能通过自身的视觉、听觉或触觉来感知周围环境的状态及其变化，并对此作出相应的反应。智能仪器仪表能够根据不同的状态或时段进行不同的计量、复杂计算、实时监测和数据传输、语音提示和图像显示等。
2．集成性
集成性就是机电系统工程强调综合运用机电系统所涉及的多学科知识，来研究和处理机电系统的设计、制造、管理、运行、更新、发展等重大问题。而这种集成性变得越来越广泛，许多新的机电系统就其每一部分来说，不是什么新的东西，但把各部分有机地集成在一起，就成了具有新颖特色的整体，形成了一种新型的机电系统。如柔性制造系统(FMS)，就其各部分来说，包括控制系统、监测系统、物料流系统、计算机数控(CNC)机床、加工中心等，就这些单元孤立地来看均是已有的理论和技术，但有机地组合起来，就形成了一种新型的机电系统。
为了便于系统集成，机电系统的结构越来越趋向于模块化和开放性。模块化使得许多单一功能或基本功能以子系统的形式产品化，可以缩短系统构成周期，降低系统制造成本；开放性是指在一定标准支持下，使得系统可以灵活组态，进行任意组合，并可以通过总线进行数据通信与共享。
3．微型化
一些特殊的应用领域（如军事、医疗、家用器具、娱乐用具等）不仅要求机电系统具有优良的
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