知乎看到很多关于机械电子工程/机电一体化（以下简称机电）专业或方向的问题，也偶尔接到邀请回答一些问题，确实没有时间一一作答。作为曾经本科五年制机械电子工程的学生、六年机械电子工程研究生，现在在高校开设《机电一体化技术》课程的机械电子工程专业教师，很想谈谈自己对这个专业的理解，今天偶然翻出本科的成绩单，那就谈谈这个专业学那些课程、为什么学习这些课程。先从个人理解的机电专业说起，面对对象是刚刚进入大学学习的同学们，文字用词略显粗糙，见谅。

　　机电的英文Mechatronics是Mechanical(机械)和Electronics（电子）两个英文单词的合集。个人对机电这个专业从事的工作内容概括来讲就是研究控制机械装置运动，达到自己期望的结果。通过控制实现物体运动到期望的位置/速度等，实现“指哪打哪”。进一步讲就是机械装置闭环的运动控制，如Fig.1所示。包含：执行器、机械结构、传感器、控制器(包含控制算法)等几个部分组成，输入就是你对运动结果的期望，输出就是实际运动结果，输入就是“指哪”，输出就是“打哪”，如果想让两个哪是一个地方的话需要的就是中间的运动控制。举个例子（不完全准确），如果你淋浴的时候水温不定时的发生变化，那么冷了你需要调热，热了你需要调冷。手（更准确的说肌肉）就是你的执行器、阀门包括后续的管路就是硬件的机械结构、你的身体就是传感器来判断水温到底是凉还是热，那么你的大脑就是控制器，控制你的手（肌肉）的动作，当然还有控制程序也就是控制策略，正常的策略是你感觉冷的时候控制手去搬动阀门调热的方向，如果水的温度和你期望的一致那么也就不需要再去调整。

　　那么很多领域，包括机器人、航空航天、汽车、精密制造、生物医学、各种仪器和生产线等都需要类似的套路去控制一些物体的运动，达到期望的目标。

　　这个是这次重点讲的，我们按照执行器、机械装置、传感器、控制器等几部分来讲，同时讲讲他们之间的接口。

　　1. 执行器：执行器是提供运动的动力源，主要包括旋转运动的电机、直线运动的液压缸或者气缸，那么设计的课程就包括：电机类课程（电机与拖动、控制电机、机电传动控制等）和流体类课程（工程流体力学、液压伺服/系统、气动控制、电液传动等），这些课程就是学习再给他们提供电的情况下是如何实现转动和直线. 机械装置：

　　机械原理，机械原理主要讲的就是在只有转动电机或者气/液压缸的条件下通过连杆机构实现复杂的运动轨迹，比如公交车的车门是如何开启的？通过一些特定的结构形式比如四连杆、曲柄滑块、凸轮等等，实现期望的轨迹，这个过程当然需要计算这个涉及到理论力学的运动学部分了。在机械原理里面是抽象的杆件，实际的机械装置又是什么样？这个时候就是机械设计，要设计连杆的实际结构还有机械原理中抽象画的转动副，比如轴承、轴、垫圈等，机械原理一个简单地转动关节实现的线几个零件，这个时候自然少不了机械制图。机械设计同时也是机械装置和执行器之间的接口，比如电机输出都有具体的联轴器、还有链传动、带传动、滚珠丝杆传动等，还有千年不变的机械设计的课程设计-齿轮箱设计。从抽象到实体，其中离不开材料力学、机械工程材料等。如果我们期望的不仅仅是物体运动的位置还有速度、加速度等，那么这就是理论力学中的动力学部分了。3. 传感器

　　大学物理、测试技术与传感器等课程。传感器又是物理量转换为电信号的装置，因此这离不开电路原理以及模拟电路中的各种放大电路等。4. 控制器：

　　微机原理（单片机、嵌入式）、PLC、DSP、FPGA、工控机等。传感器检测到物理量后需要把这些信息告诉控制器，那么传感器本身是物理量转电信号的装置，这些电信号是如何蕴含具体信息的。那么无非数字量和模拟量两种，数字量只有0和1，对和错，是与非，高电平和低电平表示这些信息。模拟量一般是从电信号范围比如0~5v、4~20mA来对应表示一个距离范围、一个温度范围（比如0~100℃）等，控制器与传感器的接口一般是各种独立的通讯协议的接口（232、IIC、SPI）或者数据采集卡，这就涉及到电路、测试系统、微机里都会讲到的A/D等。控制器得到传感器给的信息后会根据你预先编写的程序策略控制执行器实现相应动作。比如机床的一个轴还没有走到位的话肯定是控制电机继续转动，如果已经走过了肯定要控制电机反转走回来，这个策略就是你控制工程基础里边要学习的，研究输入输出的关系。编程语言就是你策略的实现方法，包括汇编、C语言、PLC等。1+. 执行器：

　　模拟量、数字量和通信接口等，电压的高低、数字的大小通常表示电机要执行的速度、力矩等，执行器的功率都是很大的，而靠控制器的电肯定带不动，这个时候就需要功率放大、H桥等知识，这个电子技术、电机拖动、机床电气等课程都会对应详细讲解。系统类课程

　　控制工程基础（经典控制理论）就是把上述模型抽象到数学模型，进行分析和计算。其过程涉及到理论力学（动力学等）。但是经典控制理论是处理单输入单输出问题，适合单个电机的控制。然而实际应用中，无论是机床还是机器人等，都是由多个电机驱动的多自由度系统，所以在机器人学(机器人技术与引用)课程中，学习的正逆解都是解决单个驱动单元和整体运动要求之间的关系的。三、其他课程

　　傅里叶级数用于时频转换、线性代数又称为工科数学、拉氏变换的出现推动了控制理论的发展。3. 应用类课程

　　机器人技术、机床、微机电等其实就是机械电子工程最典型的应用，是将之前学的一个一个知识串联起来，并且具体化（控制工程师抽象化）。4. 工具类课程：