什么是机械电子学
  机械电子学(或称机电一体化，mechatronics)一词最早由日本
工程师于1969年提出?；档缱友墙到峁寡Ш偷缱友Ы岷隙?br>成的一门新学科。到了今天这个词有了更为广泛的含义，一般可以
认为是一种新的解决工程技术问题的思想。这种思想具体表现为在
产品的设计制造和加工过程中，将机械工程、电子技术及计算机智
能控制有效并行集成。通过应用这种思想，很多原本由机械结构实
现具体功能的产品都可以由包含微控制器的产品替代。而这种可替
代性将使得生产过程具有更好的灵活性，重复设计和重复编程更为
简单，进而可以让系统具有自动数据收集和报告的能力。

  机电一体化系统并不是简单地将电子系统和机械系统结合而得
到的。而且机电一体化系统比简单的控制系统复杂很多?；缫惶?br>化系统在设计过程中遵循统一的设计方法。这种方法将机械、电子
和控制系统完整地集成在一起。这种集成化的、多学科交叉的方法
被广泛应用于各种工程设计领域，诸如汽车设计、机器人制造、机
械工具加工、清洗设备设计、摄像设备设计等。如果需要设计更加
廉价、更加可靠、灵活性更高的系统，那么设计在初始阶段就需要
对机械工程、电气工程、电子学、控制方面的内容进行集成。在处
理多学科交叉集成问题时，机械电子学使用统筹方法，而不是将各
个部分分开按照序列的方式来设计，例如，先设计机械系统再设计
电气部分及微处理器部分。因此，机械电子学是一种集成化的工程
设计方法，具有独特的设计理念。

工程设计是一个复杂的过程，需要交叉使用多种技巧及多学科的知
识。在传统的设计过程中，机械部分由机械工程师设计，控制系统
由控制系统工程师设计。这称为顺序设计方式。然而，机械电子学
的基本方法是在设计过程中将机械工程、电子学、计算机技术及控
制工程这些学科以统筹的方法整合在一起考虑?；档缱友Х椒ǖ?br>内在统筹性主要依靠系统建模、模型系统对输入响应的仿真和真实
系统对真实输入的响应结果分析。
  为了说明如何将多学科的方法应用于问题的解决方案设计，我
们以磅秤的设计作为一个分析实例。设计磅秤一般只需要考虑如下
几个过程：弹簧的压缩形变，一种可以将这种形变转化为轴的转动
的机械结构，轴带动指针在刻度盘上的移动?；褂幸桓鲂枰悸堑?br>问题是，磅秤的测量结果不能因被测试者站在磅秤的不同位置而发
生改变。但是，如果我们以超出纯粹的机械设计领域的角度来看这
个问题，那么我们还可以考虑其他的一些可能性。比如，我们可以
用应力测试仪替换原有的弹簧，还可以通过使用微处理器将测试仪
输出的重量读数显示在LED电子屏幕上。这样设计出来的磅秤在结
构上更为简单，减少了运动部件的使用。原有由机械结构实现的复
杂功能都转为由软件来实现。
  下面再举一个更复杂的实例。传统的家用中央加热系统的温控
设计使用的是一种闭环双金属温度控制系统。由于双金属条的弯曲
度会随着温度的变化而发生改变，所以可以用于控制加热系统的开
关。而一个多学科融合的解决方案可以通过使用带热传感器的微控
制器控制系统来实现温控功能。这样的系统比传统的双金属温度控
制系统具有更多优点。双金属温度调节器控制精度比较差，无法准
确地控制温度。同时我们很难设计一种控制方法能够在一天的不同
时间保证将温度控制在不同的值。但是微处理器控制系统就可以很
容易地实现精确的程序化的温度控制。而且这样的系统也更加灵活
。相比于传统的控制系统，机电一体化系统普遍具有更好的灵活性
。

(本文由上海光学仪器厂编辑整理提供, 未经允许禁止复制http://www.sgaaa.com)