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同过去的机械系统相比,使用计算机控制的系统只需要更少、更便宜的元件,就能达到比机械校准元件更为严格的性能指标。
机电一体化有个开创性的范例,那便是硬盘驱动器。在硬盘驱动器诞生之前,计算机的大容量存储是由计算机处理过的磁带驱动器实现的,这种驱动器只是实现了手工磁带驱动开环功能的自动化,所以并没有构成机电一体化的系统。
通过把闭环控制用于一种新型的机械设备上,硬盘驱动器提供的功能远远超过了其器件总和。而这种新型的机械设备必须加入电子线路才能实现,这正符合机电一体化定义。磁盘驱动器使用旋转的磁盘而不是磁带卷,通过随机访问盘上的任何扇区,从机械存储介质上获得了新的性能等级。
驱动器的机电一体化也对其它机械设备的自动化产生了长远影响。依靠电子、机械、材料等各学科工程师的共同努力,硬盘的尺寸从毂盖那么大,发展到了迷你小型,以至微小型。通过设计出速度更快的电子系统、尺寸更小的磁头定位装置,以及更密集的存储材料,我们现在可以买到数码相机所用的CF卡。而且,这种卡比纯粹的电子卡还要便宜。
汽车之外的应用
今天,在每个设计中实现机电一体化已成为全球化的浪潮。尽管如此,现代汽车依然是该技术最好的应用范例。率先实现自动化的子系统之一是以前完全机械化的汽化器,现在已经采用了计算机控制的燃料喷射器。
当冷的发动机启动时,自动燃料喷射器能实时调整燃料和空气的混和比。机电一体化不是仅向汽化器(类似于自动化的磁带驱动器)中增加机电化控制器,而且使用新设备(燃料喷射器)来更好地完成以前的功能。
今天,几乎每种机械设备都通过不同程度的机电一体化方式为自己增加现代元素,这些设备通常会在系统中嵌入微控制器来读取传感器信号,然后由预先编制的程序进行处理,并通过启动伺服系统(以前由机械时序信号驱动)进行响应。
在汽车应用中,最新的前沿技术是“线控驱动(drive by wire)”。该技术可实现自动操纵,让计算机来驾驶汽车。
“许多驾驶员甚至没有意识到汽车中已经内置了线控驱动技术。例如,由于需要混合协同驱动,几乎所有的混合动力汽车都使用了线控驱动技术。”Williams表示。
包括宝马、奔驰、奥迪、保时捷、蓝博基尼、法拉利、美洲虎、沃尔沃、斯巴鲁、凌志、大众和丰田在内,许多汽车OEM都已推出了线控驱动技术。
除了在性能上高于纯机械的元件和子系统之外,机电一体化还具有易用的重新编程能力,来实现纯机械系统所无法实现的功能和性能,例如自动并行泊车。机电一体化也创建了新的产品类别,包括开创性的磁盘驱动器、数字光处理器(DLP)、以及微机电系统。
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