Unit-15-Mechatronics-機(jī)電專業(yè)英語-圖文課件

Unit15MechatronicsContentsNewWords&Expressions

Text&TranslationComplexSentenceAnalysisKeytoExercisesNewWords&Expressionsmechatronics[mi′k?tr?niks]n.機(jī)電一體化coin[k?in]v.造詞integration[intig′rei?n]n.集成synergetic[sin?′d?etik]adj.協(xié)同的，合作的fusion[′fju:??n]n.融合notion[′n?u??n]n.概念，想法unattainable[′?n?′tein?bl]adj.做不到的interdisciplinary[int?′displin?ri]adj.學(xué)科間的paradigm[′p?r?daim]n.范例NewWords&Expressionsbenchmark[′bent?ma:k]n.基準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)entreaty[in′tri:ti]n.懇求，請求evolutionary[i:v?′lu:?n?ri]adj.發(fā)展的，演化的DSP(digitalsignalprocessing)數(shù)字信號處理IC(integratedcircuit)集成電路consensus[k?n′sens?s]n.一致augment[?:g′ment]v.增加，擴(kuò)大unify[′ju:nifai]v.成為一體，統(tǒng)一cornerstone[′k?:n?st?un]n.基石，基礎(chǔ)Text&TranslationMechatronicshasbeenoriginallycoinedsincethetwoengineeringdisciplines—mechanicsandelectronicsintegratedinthe1970s.［1］Morerecently，withspectaculardevelopmentintheareasofcontrolandcommunications，thewordmechatronicshasbeenadaptedasthesynergeticintegrationofthreedisciplines：mechanics，controlandelectronicsandisaimedatthestudyofmainlymanufacturingmachinescontrolledbyelectronics.Itisalsobeingregardedasthefusionofmechanicalengineeringwithelectronicsandintelligentcomputercontrolinthedesignandmanufactureofindustrialproductsandprocesses.Oflatethenotionof“intelligence”or“smartness”isassociatedwiththeseindustrialmachinesandtheyarebeingcalled“intelligent”or“smart”machines.Text&TranslationMechatronicsisalsodefinedasthesynergeticintegrationofmechanicalengineeringwithelectronicsandintelligentcomputercontrolinthedesignandmanufactureofproductsandprocesses.［2］Inengineeringterms，whatcanbemadetoemergeisanewandpreviouslyunattainablesetofperformancecharacteristics.Thusmechatronicsistrulyaninterdisciplinarysubjectdrawnfrommechanical，electrical，electronics，computer，andmanufacturingengineering.InengineeringeducationthroughoutAsia，EuropeandtheUSA，thesubjectofmechatronicsisgainingacceptanceasanessentialcourse，andthefieldofmechatronicsisacceptedasabasisfornewindustrialdevelopment.Text&TranslationThetechnologyareasofmechatronicsinvolvesystemmodeling，simulation，sensorsandmeasurementsystems，driveandactuationsystem，analysisofthebehaviorofsystems，controlsystemsandmicroprocessorsystems.［3］Mechatronicsparadigmdealswithbenchmarkingandemergingproblemsinengineering，science，andtechnologieswhichhavenotbeenattackedandsolved.Thisreflectsobvioustrendsinfundamental，applied，andexperimentalresearchaswellascurriculumchangesinresponsetolongstandingunsolvedproblems，engineeringandtechnologicalenterpriseandentreatiesofsteadyevolutionarydemands.Text&TranslationMechatronicsisanintegratedcomprehensivestudyofintelligentandhighperformanceelectromechanicalsystem(mechanismsandprocesses)，intelligentandmotioncontrolthroughtheuseofadvancedmicroprocessorsandDSPs，powerelectronicsandICs，designandoptimization，modelingandsimulation，analysisandvirtualprototyping，etc.Integratedmultidisciplinaryfeaturesareapproachingquickly，andmechatronics，whichintegrateselectrical，mechanical，andcomputerengineeringareas(Fig.15.1).Fig.15-1MechatronicsIntegratesElectrical,MechanicalandComputerEngineeringText&TranslationOneofthemostimportantproblemsinmechatronicssystemsdesignisthedevelopmentofsystemarchitecture,e.g.，selectionofhardware(actuators,sensors，devices，powerelectronics,ICs,microcontrollers,andDSPs)andsoftware(environmentandcomputationalgorithmstoperformsensingandcontrol,informationflowanddataacquisition，simulation,visualization，andvirtualprototyping).［4］Attemptstodesignstateoftheartmanmademechatronicssystemsandtoguaranteetheintegrateddesigncanbepursuedthroughanalysisofcomplexpatternsandparadigmsofevolutionarydevelopedbiologicalsystems.Recently,moreemphasishasbeenputonintegratedanalysis，designandcontrolofadvancedmechanicalsystems.Text&Translation［5］Thescopeofmechatronicssystemhascontinuedtoexpand，andinadditiontoactuators,sensors,powerelectronics,ICsmicroprocessors,DSPs,aswellasinput/outputdevices,manyothersubsystemsmustbeintegrated.Eventhoughthebasicfoundationshavebeendeveloped,someurgentareashavebeendowngraded,lessemphasizedandcovered.Toovercomethesedifficulties,themechatronicsparadigmwasintroducedwiththeultimategoalsto：Text&Translation(1)Guaranteeaneventualconsensusandensuredescriptivemultidisciplinaryfeatures.(2)Extendandaugmenttheresultsofclassicalmechanics，electromechanicalsystems,powerelectronics,ICs,andcontroltheorytoadvancedhardwareandsoftware.(3)Acquireandexpandtheengineeringcoreintegratinginterdisciplinaryareas.(4)Linkandplacetheintegratedperspectivesofelectromechanicalsystems,powerelectronics,ICs,DSPs,control,signalprocessing.MEMS(microeletromechanicalsystems)andNEMS(nanoelectromechanicalsystems)intheengineeringcurriculuminfavorofthecommonstructureneeded.Text&TranslationThestudyofhighperformanceelectromechanicalsystemsshouldbeconsideredastheunifiedcornerstoneoftheengineeringcurriculumthroughmechatronics.Theunifiedanalysisofactuatorsandsensors(e.g.electromechanicalmotiondevices)，powerelectronicsandICs，microprocessorsandDSPs,advancedhardwareandsoftware，havebarelybeenintroducedintheengineeringcurriculum.Mechatronics，asabreakthroughconceptindesignandanalysisofconventional，microandnanoscaleelectromechanicalsystem，wasintroducedtoattack,integrateandsolveagreatvarietyofemergingproblems.Text&TranslationMechatronicssystems,asshowninFig.15.2,canbedividedintoconventionalmechatronicssystems,MEMS,andNEMS.TheoperationalprinciplesandbasicfundamentalsofconventionalmechatronicssystemsandMEMSarethesame,whiledifferentconceptsandtheoriesareusedtostudyNEMS.Inparticular，thedesignerappliestheclassicalmechanicsandelectromagneticstostudyconventionalmechatronicssystemsandMEMS.QuantumtheoryandnanoelectromechanicsareappliedinNEMS.Thefundamentaltheorieswhichareusedtostudytheeffects,processes,andphenomenainconventional,microandnanoscalemechatronicssystemsareillustratedinFig.15.2.Fig.15-2ClassificationandFundamentalTheoriesAppliedinMechatronicsSystemsText&TranslationInadditiontoengineering,mechatronics,asamultidisciplinaryconcurrentintegratedconcept,integratesscienceandtechnology,asshowninFig.15.3.Text&TranslationFig.15-3Mechatronics：Engineering,ScienceandTechnologyText&Translation機(jī)電一體化(Mechatronics)這個(gè)術(shù)語一開始是在20世紀(jì)70年代由兩個(gè)工程類學(xué)科——機(jī)械學(xué)和電工電子學(xué)結(jié)合而形成的。但是最近隨著控制工程和通信領(lǐng)域的快速發(fā)展，機(jī)電一體化這個(gè)術(shù)語已經(jīng)用于描述機(jī)械工程學(xué)、控制工程學(xué)和電工電子學(xué)3大學(xué)科的集成，其目標(biāo)主要是研究由電工電子學(xué)所控制的機(jī)械產(chǎn)品的制造，同時(shí)也被認(rèn)為是機(jī)械工程學(xué)、電工電子學(xué)和智能計(jì)算機(jī)控制學(xué)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造和加工過程上的集成。隨后由于這些工業(yè)產(chǎn)品具有“智能”和“時(shí)尚”的特征，因此人們經(jīng)常將這些工業(yè)產(chǎn)品稱之為“智能化”或“時(shí)尚化”的產(chǎn)品。機(jī)電一體化也可以被定義為在工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造加工過程中，應(yīng)用了電工電子學(xué)技術(shù)、智能計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與機(jī)械工程學(xué)等集成的學(xué)科。Text&Translation在工程上，一個(gè)術(shù)語的產(chǎn)生肯定是新的、以前不具有的一系列性能特征的組合，因此，機(jī)電一體化這個(gè)術(shù)語真正是從機(jī)械學(xué)、電工電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和制造工程學(xué)等學(xué)科中產(chǎn)生的一個(gè)交叉學(xué)科。機(jī)電一體化課程在亞洲、歐洲和美洲等地區(qū)的工程教學(xué)中已經(jīng)作為一門必修課程，機(jī)電一體化領(lǐng)域已經(jīng)作為新的工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)基礎(chǔ)正日益被人們所接受。機(jī)電一體化技術(shù)主要包括機(jī)電一體化的系統(tǒng)建模、仿真、傳感和評估系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行系統(tǒng)、系統(tǒng)的行為分析、控制系統(tǒng)及微處理系統(tǒng)。Text&Translation機(jī)電一體化系統(tǒng)范例應(yīng)該處理的是工程、科學(xué)和技術(shù)上出現(xiàn)的但目前仍無法得到解決的典型問題，這些問題必須具有明顯的特征，即在基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和實(shí)驗(yàn)研究方面與課程改革相適應(yīng)的長期未得到解決。機(jī)電一體化是一種通過使用高性能的微處理器和數(shù)字信號處理（digitalsignalprocessing，簡稱為DSP）芯片、驅(qū)動(dòng)電子元件和IC集成電路進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化、建摸、仿真、分析和建立有效的模型等以獲得智能化、高性能的機(jī)電系統(tǒng)(包括機(jī)械和加工)、智能化和運(yùn)動(dòng)控制的綜合性研究。它具有多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，集成了電工電子學(xué)、機(jī)械工程學(xué)和計(jì)算機(jī)工程學(xué)等學(xué)科，如圖15-1所示。Text&Translation圖15-1機(jī)電一體化系統(tǒng)分類示意圖Text&Translation在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其中具有重要意義的問題是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開發(fā)設(shè)計(jì)，包括硬件(執(zhí)行器、傳感器、裝備、電子產(chǎn)品、IC集成電路

、微控制器和DSP等)和軟件(實(shí)現(xiàn)傳感與控制、信息流與數(shù)據(jù)采集、模擬仿真、可視化處理和建立有效模型等的軟件環(huán)境和計(jì)算機(jī)算法)的選擇，試圖設(shè)計(jì)具有藝術(shù)特性的人造的機(jī)電一體化系統(tǒng)，通過分析復(fù)雜的模型和高級的生物系統(tǒng)的范例保證機(jī)電一體化系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在的工程設(shè)計(jì)需要進(jìn)行先進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)的集成分析、設(shè)計(jì)和控制的重要性已經(jīng)得到了認(rèn)識，目前機(jī)電一體化系統(tǒng)的范圍已經(jīng)得到了擴(kuò)展，除了執(zhí)行器、傳感器、驅(qū)動(dòng)電子元件、IC集成電路

、微處理器、DSP外，還集成了輸入/輸出設(shè)備及其他許多子系統(tǒng)。盡管在一些基礎(chǔ)領(lǐng)域得到了發(fā)展，但有些受爭議的領(lǐng)域已經(jīng)被忽略、較少關(guān)心和掩蓋了。為了克服這些困難，機(jī)電一體化系統(tǒng)范例被引入，其最終的目的是：Text&Translation(1)系統(tǒng)范例必須保證最終結(jié)果的唯一性以及具有學(xué)科交叉的特征。(2)系統(tǒng)范例能拓寬和增加傳統(tǒng)的機(jī)械、電機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電子元件、IC集成電路和控制理論以滿足高級的硬件和軟件的需求。(3)系統(tǒng)范例能獲得和拓寬多學(xué)科的工程核心集成領(lǐng)域。(4)系統(tǒng)范例能連接并設(shè)置相關(guān)的電機(jī)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電子元件、IC集成電路、DSP、控制、信號處理、微型電機(jī)-機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanicalsystems，簡稱為MEMS)和納米電機(jī)-機(jī)電系統(tǒng)(nano-electro-mechanicalsystem，簡稱為NEMS)的課程體系，以便于公共構(gòu)架的集成需要。Text&Translation高性能電機(jī)系統(tǒng)的研究應(yīng)該被認(rèn)為是機(jī)電一體化系統(tǒng)范例課程的重要基礎(chǔ)。然而執(zhí)行器和傳感器(如電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置)、驅(qū)動(dòng)電子元件和IC集成電路、微處理器和DSP、高級硬件和軟件系統(tǒng)的統(tǒng)一分析基本上沒有被引入到工程課程教學(xué)中。機(jī)電一體化作為一個(gè)傳統(tǒng)的、微型和納米規(guī)模的三種類型的電機(jī)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)和分析的突破性的概念，已經(jīng)被引入用于集成和解決大量出現(xiàn)的問題。Text&Translation機(jī)電一體化系統(tǒng)如圖15-2所示，被分為傳統(tǒng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)、微型電機(jī)—機(jī)電系統(tǒng)MEMS和納米電機(jī)—機(jī)電系統(tǒng)NEMS。傳統(tǒng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)和微型電機(jī)—機(jī)電系統(tǒng)MEMS在工作原理和基礎(chǔ)理論上是相同的，而納米電機(jī)—機(jī)電系統(tǒng)NEMS研究使用的是不同的概念和理論。尤其特別的是工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)用傳統(tǒng)的力學(xué)和電磁學(xué)去研究傳統(tǒng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)和微型電機(jī)—機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)。定量分析和納米電機(jī)學(xué)已應(yīng)用于納米電機(jī)—機(jī)電系統(tǒng)NEMS中。一些基本理論可以用于研究傳統(tǒng)的、微觀的和納米的機(jī)電一體化系統(tǒng)中的效果、過程和現(xiàn)象，見圖15-2。Text&Translation圖15-2機(jī)電一體化系統(tǒng)的類別及其所運(yùn)用的基本理論Text&Translation除了工程技術(shù)以外，機(jī)電一體化技術(shù)作為一個(gè)多學(xué)科交叉并存而集成的概念，還集成了科學(xué)和技術(shù)等，如圖15-3所示。Text&Translation圖15-3機(jī)電一體化：工程、科學(xué)和技術(shù)ComplexSentenceAnalysis[1]Morerecently，withspectacularadvancementsintheareasofcontrolandcommunications,thewordmechatronicshasbeenadaptedasthesynergeticintegrationofthreedisciplines:mechanics,controlandelectronicsandisaimedatthestudyofmainlymanufacturingmachinescontrolledbyelectronics.最近隨著控制工程和通信領(lǐng)域的快速發(fā)展，機(jī)電一體化這個(gè)術(shù)語已經(jīng)用于描述機(jī)械工程學(xué)、控制工程學(xué)和電工電子學(xué)三大學(xué)科的集成，其目標(biāo)主要是研究由電工電子學(xué)所控制的機(jī)械產(chǎn)品的制造。①with：隨著……②isaimedat：目的為……ComplexSentenceAnalysis[2]Inengineeringterms,whatcanbemadetoemergeisanewandpreviouslyunattainablesetofperformancecharacteristics.在工程上，一個(gè)術(shù)語的產(chǎn)生肯定是新的、以前不具有的一系列性能特征的組合。①inengineeringterms：從工程上來說②whatcanbemadetoemerge：是一個(gè)主語從句,作主語，謂語動(dòng)詞用單數(shù)形式。ComplexSentenceAnalysis[3]Mechatronicsparadigmdealswithbenchmarkingandemergingproblemsinengineering,science,andtechnologieswhichhavenotbeenattackedandsolved.機(jī)電一體化系統(tǒng)范例應(yīng)該處理的是工程、科學(xué)和技術(shù)上出現(xiàn)的但目前仍無法得到解決的典型問題。whichhavenotbeenattackedandsolved：是一個(gè)定語從句，修飾前面的problems。ComplexSentenceAnalysis[4]Attemptstodesignstate-of-the-artman-mademechatronicssystemsandtoguaranteetheintegrateddesigncanbepursuedthroughanalysisofcomplexpatternsandparadigmsofevolutionarydevelopedbiologicalsystems.試圖設(shè)計(jì)具有藝術(shù)特性的人造的機(jī)電一體化系統(tǒng)，通過分析復(fù)雜的模型和高級的生物系統(tǒng)的范例保證機(jī)電一體化系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)。①attemptsto:……方面的嘗試、……方面的努力②state-of-the-artman-made：具有藝術(shù)特性的人造的ComplexSentenceAnalysis[5]Thescopeofmechatromicssystemhascontinuedtoexpand,andinadditiontoactuators,sensors,powerelectronics,ICsmicroprocessors,DSPs,aswellasinput/outputdevices,manyothersubsystemsmustbeintegrated,eventhoughthebasicfoundationshavebeendeveloped,someurgent