第一篇：淺談機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用研究及發(fā)展趨勢(shì)畢業(yè)論文

宜春學(xué)院成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

淺談機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用研究及發(fā)展趨勢(shì)

宜春學(xué)院成教 機(jī)電一體化專業(yè) 姓名：俞剛

指導(dǎo)老師：徐興云

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)日益走向整體化、交叉化和數(shù)字化以及微電子技術(shù)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。本文對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行闡述，并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 技術(shù) 應(yīng)用

正文：機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué)，英語稱為Mechatronics，它是由英文機(jī)械學(xué)Mechanics的前半部分與電子學(xué)Electronics的后半部分組合而成。機(jī)電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機(jī)械設(shè)計(jì)》的副刊上，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展?，F(xiàn)在的機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)，他的發(fā)展使冷冰冰的機(jī)器有了人性化，智能化。

一、機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用技術(shù)

在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用 傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)是建立在規(guī)模經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上，靠企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復(fù)性來獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的，它強(qiáng)調(diào)資源的有效利用，以低成本獲得高質(zhì)量和高效率，其生產(chǎn)盈利是靠機(jī)器取代人力，靠復(fù)雜的專業(yè)加工取代人的技能來獲取的。先進(jìn)的機(jī)械制造業(yè)是以信息為主導(dǎo)，采用先進(jìn)生產(chǎn)模式、先進(jìn)制造系統(tǒng)、先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)組織管理形式的全新的機(jī)械制造業(yè)，其特征是全球化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造?，F(xiàn)代制造業(yè)集成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，充分利用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，使制造技術(shù)提高到新的高度。近年來，制造工程領(lǐng)域的新技術(shù)相繼誕生，如計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)、柔性制造技術(shù)、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。

1、技術(shù) 1.1 機(jī)械技術(shù)

機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，同時(shí)采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。

1.2計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)

其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。

1.3系統(tǒng)技術(shù)

系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個(gè)重要方面，它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。

1.4自動(dòng)控制技術(shù)

其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。

1.5傳感檢測(cè)技術(shù)

傳感檢測(cè)技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)，它是機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。

1.6 伺服傳動(dòng)技術(shù)

包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置，伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。

2、階段

2.1模型階段

模型階段，所有的系統(tǒng)組件都能夠被最優(yōu)化； 在仿真計(jì)算的幫助下，可以測(cè)試和分析這些組件的 宜春學(xué)院成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

適用性；監(jiān)測(cè)響應(yīng)頻率； 對(duì)模型進(jìn)行分析。此外，還能夠生成一個(gè)物理/拓?fù)湎到y(tǒng)模型，包括機(jī)械、液壓和控制導(dǎo)向組件。有必要有一個(gè)模型工具，這個(gè)工具支持機(jī)電一體化系統(tǒng)的物理模型，即當(dāng)有實(shí)物和節(jié)點(diǎn)時(shí)，這些模型能夠以1：1來測(cè)試，并且原型設(shè)計(jì)研究階段可以在嚴(yán)酷的實(shí)時(shí)條件下進(jìn)行。

2.2測(cè)試階段

在系統(tǒng)運(yùn)行完模型階段之后，所產(chǎn)生的具體的性能數(shù)據(jù)可以通過試驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證。這樣就就可以測(cè)試和檢驗(yàn)該系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)波動(dòng)的魯棒性，功率儲(chǔ)備及連續(xù)運(yùn)行的特征。這樣做的話，用戶可以進(jìn)行測(cè)試或者使用CAMeL-View TestRig進(jìn)行硬件在回路（的測(cè)試）。要進(jìn)行硬件在回路測(cè)試，相關(guān)裝置的物理特性需要詳細(xì)確認(rèn)，這些裝置必須是建立在測(cè)試平臺(tái)的基礎(chǔ)之上。識(shí)別經(jīng)過測(cè)試平臺(tái)上測(cè)試過的組件，容許這些組件在模型中被識(shí)別，并確保整個(gè)以系統(tǒng)為基礎(chǔ)的仿真分析布局。

2.3原型階段

成功的測(cè)試之后，就會(huì)建立一個(gè)原型。這里要特別關(guān)注的是模型特性，這些特性特指通過特別費(fèi)力的仿真所決定的特性，比如組件損耗（性能）。這些數(shù)據(jù)結(jié)果，為模型基礎(chǔ)性分析提供服務(wù)，同時(shí)為進(jìn)一步研發(fā)提供知識(shí)基礎(chǔ)。

3、組成要素與四大原則

3.1五大組成要素

一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)中一般由結(jié)構(gòu)組成要素、動(dòng)力組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機(jī)結(jié)合而成。機(jī)械本體（結(jié)構(gòu)組成要素）是系統(tǒng)的所有功能要素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機(jī)身、框架、支撐、聯(lián)接等。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分（動(dòng)力組成要素）依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力以使系統(tǒng)正常運(yùn)行。測(cè)試傳感部分（感知組成要素）對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并變成可識(shí)別的信號(hào)，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息?？刂萍靶畔⑻幚聿糠郑毮芙M成要素）將來之測(cè)試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進(jìn)行集中、存儲(chǔ)、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（運(yùn)動(dòng)組成要素）
；根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動(dòng)作和功能。

機(jī)電一體化系統(tǒng)一般由機(jī)械本體、檢測(cè)傳感部分、電子控制單元、執(zhí)行器和動(dòng)力源5個(gè)組成部分構(gòu)成。

3.2四大原則

構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的五大組成要素其內(nèi)部及相互之間都必須遵循結(jié)構(gòu)耦合、運(yùn)動(dòng)傳遞、信息控制與能量轉(zhuǎn)換四大原則。接口耦合：兩個(gè)需要進(jìn)行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間，由于信息模式不同（數(shù)字量與模擬量，串行碼與并行碼，連續(xù)脈沖與序列脈沖等）無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實(shí)現(xiàn)。而兩個(gè)信號(hào)強(qiáng)弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間，也必須通過接口耦合后，才能匹配。變換放大后的信號(hào)要在兩個(gè)環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準(zhǔn)確的交換、傳遞，必須遵循一致的時(shí)序、信號(hào)格式和邏輯規(guī)范才行，因此接口耦合時(shí)就必須具有保證信息的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定的模式進(jìn)行交換與傳遞。

能量轉(zhuǎn)換：

兩個(gè)需要進(jìn)行傳輸和交換的環(huán)節(jié)之間，由于模式不同而無法直接進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和交流，必須進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，能量的轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)器和他們的不同類型能量的最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法及原理。

信息控制：在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲(chǔ)存、分析、運(yùn)算、判斷、決策，以達(dá)到信息控制的目的。對(duì)于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含了知識(shí)獲得、推理機(jī)制以及自學(xué)習(xí)功能等知識(shí)驅(qū)動(dòng)功能。

運(yùn)動(dòng)傳遞：運(yùn)動(dòng)傳遞使構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)各組成要素之間，不同類型運(yùn)動(dòng)的變換與傳輸以及以運(yùn)動(dòng)控制為目的的優(yōu)化。

自動(dòng)化技術(shù)

所謂自動(dòng)化技術(shù)，是指人類利用各種技術(shù)手段和方法來代替人去完成各種測(cè)試、分析、判斷和控制工作，以現(xiàn)實(shí)預(yù)期的目標(biāo)、功能。一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)通常由多個(gè)環(huán)節(jié)要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理及信息的執(zhí)行等功能，最后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行目標(biāo)。宜春學(xué)院成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

二、機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用 2.1 在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)是建立在規(guī)模經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上，靠企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復(fù)性來獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的，它強(qiáng)調(diào)資源的有效利用，以低成本獲得高質(zhì)量和高效率，其生產(chǎn)盈利是靠機(jī)器取代人力，靠復(fù)雜的專業(yè)加工取代人的技能來獲取的。先進(jìn)的機(jī)械制造業(yè)是以信息為主導(dǎo)，采用先進(jìn)生產(chǎn)模式、先進(jìn)制造系統(tǒng)、先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)組織管理形式的全新的機(jī)械制造業(yè)，其特征是全球化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造?，F(xiàn)代制造業(yè)集成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，充分利用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，使制造技術(shù)提高到新的高度。近年來，制造工程領(lǐng)域的新技術(shù)相繼誕生，如計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)、柔性制造技術(shù)、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。

2.2 在飲料行業(yè)中的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)是當(dāng)今發(fā)展最快、應(yīng)用前景最為廣泛的技術(shù)之一。機(jī)電一體化技術(shù)在食品、飲料包裝機(jī)械的開發(fā)、設(shè)計(jì)和制造過程中的應(yīng)用。不僅使單機(jī)的自動(dòng)化程度大大提高，而且使整條包裝生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制水平、生產(chǎn)能力得到很大提高，使其競(jìng)爭(zhēng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的機(jī)械控制的同類設(shè)備?？梢源蟠蟾纳剖称凤嬃习b生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量，提高其國內(nèi)、國際競(jìng)爭(zhēng)能力。

2.3 在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。

三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化向智能化方向邁進(jìn).20世紀(jì)90年代后期，各主要發(fā)達(dá)國家開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深入研究。同時(shí)，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地，也為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.數(shù)字化

微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

2.智能化

智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)者的研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

3.模塊化

模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯然，從電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單元的企業(yè)還是對(duì)生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)，規(guī)模化 宜春學(xué)院成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

將給機(jī)電一體化企業(yè)帶來美好的前程。

4.網(wǎng)絡(luò)化

20世紀(jì) 90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home net)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliance system, CIAS)，使人們?cè)诩依锓窒砀鞣N高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

5.人性化

機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

6.微型化

微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡(jiǎn)稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn)展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等）。

7.集成化

集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。

8.帶源化

是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

9.綠色化

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。

結(jié)束語

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，各種產(chǎn)品與裝置實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，有利實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，縮短開發(fā)新產(chǎn)品的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，加速科技成果向商品轉(zhuǎn)化，有利推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)生深刻變革，同時(shí)，隨著新產(chǎn)品的研發(fā)及高精密等設(shè)備的發(fā)展，要求新一代機(jī)電一體化技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量化、微型化方向發(fā)展，從而為國家?guī)砀蟮慕?jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)：

[1]袁中凡.機(jī)電一體化技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社.2006.宜春學(xué)院成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

[2]殷際英.光機(jī)電一體化實(shí)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2003.[3]芮延年.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004 [4] 楊自厚． 人工智能技術(shù)及其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用[J]．冶金自動(dòng)化，1994（5）[5]唐立新.鋼鐵工業(yè)CIMS特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)的研究[J]．冶金自動(dòng)化，1996（4）

[6]唐懷斌． 工業(yè)控制的進(jìn)展與趨勢(shì) [J]．自動(dòng)化與儀器儀表，1996（4）

[7]王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1996 [8]林行辛． 鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)展與展望[J]．河北冶金，1998（1）

第二篇：及機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究

機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究

摘 要 討論了機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)于改變整個(gè)機(jī)械制造業(yè)面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 機(jī)電一體化 技術(shù) 應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展

機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

1.1 數(shù)字化

微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診

1.3 模塊化

由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。

1.4 網(wǎng)絡(luò)化

由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

1.5 人性化

機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

1.6 微型化

微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡(jiǎn)稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn)展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等）。

1.7 集成化

集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。

1.8 帶源化

是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

1.9 綠色化

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。2 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用

在鋼鐵企業(yè)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，采用組裝合并方式，為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

2.1 智能化控制技術(shù)(IC)

由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼---連鑄---軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。

2.2 分布式控制系統(tǒng)(DCS)

分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的、三級(jí)的或更多級(jí)的。利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能，成為一種測(cè)、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。DCS具有特點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)可以擴(kuò)展、維護(hù)方便、可靠性高等特點(diǎn)。DCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護(hù)功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動(dòng)控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強(qiáng)，具有更高的安全性。是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。

2.3 開放式控制系統(tǒng)(OCS)

開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是目前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場(chǎng)總線使現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制一體化。

2.4 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)

鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過程自動(dòng)化，但這種“自動(dòng)化孤島”式的單機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，及時(shí)交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資金周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理，獲取必須的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀(jì)80年代已廣泛實(shí)現(xiàn)CIMS化。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(FBT)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(Fied Bus Technology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)(如4～20mA，DC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接導(dǎo)線?，F(xiàn)場(chǎng)總線的引入導(dǎo)致DCS的變革和新一代圍繞開放自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)總線化檢測(cè)儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展。

2.6 交流傳動(dòng)技術(shù)

傳動(dòng)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng)，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)楊自厚． 人工智能技術(shù)及其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用[J]．冶金自動(dòng)化，1994（5）唐立新.鋼鐵工業(yè)CIMS特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)的研究[J]．冶金自動(dòng)化，1996（4）唐懷斌． 工業(yè)控制的進(jìn)展與趨勢(shì) [J]．自動(dòng)化與儀器儀表，1996（4）王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1996林行辛． 鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)展與展望[J]．河北冶金，1998（1）

6殷際英． 光機(jī)電一體化實(shí)用技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003芮延年． 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]． 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004．

電機(jī)功率轉(zhuǎn)換的原理

引言：

電機(jī)調(diào)速實(shí)質(zhì)的探討，是關(guān)系到近代交流調(diào)速發(fā)展的重要理論問題。隨著近代變頻調(diào)速矢量控制及直接轉(zhuǎn)矩控制等調(diào)速控制理論的提出和實(shí)踐，很多有關(guān)文獻(xiàn)和論著都把調(diào)速的轉(zhuǎn)矩控制確認(rèn)為調(diào)速的普遍規(guī)律，并提出調(diào)速的實(shí)質(zhì)和關(guān)鍵在于電磁轉(zhuǎn)矩控制。然而，這種觀點(diǎn)尚缺乏理論和實(shí)踐的證明，值得商榷。

本文根據(jù)電機(jī)功率轉(zhuǎn)換的普遍原理，提出并證明恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的實(shí)質(zhì)在于電機(jī)的軸功率控制，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是功率控制的響應(yīng)，其關(guān)鍵為如何通過電功率控制軸功率。

一、功率控制與轉(zhuǎn)矩控制

根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，凡電動(dòng)機(jī)都可劃分為主磁極和電樞兩個(gè)功能部分。主磁極的作用是建立主磁場(chǎng)，電樞則是與磁場(chǎng)相互作用將電磁功率轉(zhuǎn)換為軸功率。

直流電動(dòng)機(jī)的主磁極和電樞不僅結(jié)構(gòu)鮮明，而且功能獨(dú)立，無疑符合以上定義。而交流（異

步）電動(dòng)機(jī)通常以定子、轉(zhuǎn)子劃分構(gòu)成，需加說明。

根據(jù)所述電樞定義，異步機(jī)的軸功率產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子，因此，異步機(jī)真正的電樞是轉(zhuǎn)子。問題在于定子，一方面定子勵(lì)磁產(chǎn)生主磁場(chǎng)，故定子是主磁極。另一方面，定子又通過電磁感應(yīng)為電樞（轉(zhuǎn)子）輸送電磁功率，卻不產(chǎn)生軸功率，因此定子又具有電樞的部分特征，這里我們把它稱為偽電樞。定子的這種復(fù)合功能，是異步機(jī)區(qū)別于直流機(jī)的主要特征。

從電樞輸出角度觀察，電動(dòng)機(jī)的軸功率與電磁轉(zhuǎn)矩機(jī)械轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：

PM＝MΩ(1)

或 Ω＝PM／M（2）

公式（2）除了給出了電機(jī)轉(zhuǎn)速與軸功率和電磁轉(zhuǎn)矩間的量值關(guān)系以外，同時(shí)表明，電機(jī)轉(zhuǎn)速最終只能通過軸功率或電磁轉(zhuǎn)矩兩種控制獲得調(diào)節(jié)，前者簡(jiǎn)稱功率控制，后者簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)矩控制。

1.功率控制

功率控制是以軸功率PM為調(diào)速主控量，作用對(duì)象必然是電樞或偽電樞。電磁轉(zhuǎn)矩在調(diào)速穩(wěn)態(tài)時(shí)，取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小。

即 M＝Mfz(3)

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一經(jīng)為客觀工況所確定之后，電磁轉(zhuǎn)矩就唯一地被決定了，因此電磁轉(zhuǎn)矩不僅與調(diào)速控制無關(guān)，而且不能隨意改變其量值。

電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)速的作用表現(xiàn)在調(diào)速的過渡過程，轉(zhuǎn)矩的變化是轉(zhuǎn)速響應(yīng)滯后的結(jié)果，此時(shí)，功率控制造成電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。

設(shè)電機(jī)調(diào)速前的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為Ω1，軸功率為PM1，調(diào)速后的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為Ω2，相應(yīng)的軸功率變?yōu)镻M2。由于電磁轉(zhuǎn)矩：

M＝PM／Ω(4）

故調(diào)速時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)椋?/p>

M＝PM2／Ω

由于受慣性的作用，在t＝0的調(diào)速瞬時(shí)Ω＝Ω1，故

M＝PM2／Ω1

t=0

此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩將與原來的電磁轉(zhuǎn)矩M1＝PM1／Ω1不等，轉(zhuǎn)矩平衡被破壞并產(chǎn)生動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩作用下開始由Ω1向Ω2過渡，其變化規(guī)律為：

Ω1＝（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2（5）

電磁轉(zhuǎn)矩則為：M＝PM2／（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2

隨著時(shí)間增大，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩減小，直至電磁轉(zhuǎn)矩與新的負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，即：

M＝PM2／Ω2＝Mfz，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在Ω2不變，電機(jī)調(diào)速結(jié)束。上述的調(diào)速過程可以由圖1的框圖說明。

圖1 功率控制的調(diào)速流程

功率控制作用的是電樞，主磁場(chǎng)或主磁通量保持不變，根據(jù)電機(jī)理論，電機(jī)的額定電磁轉(zhuǎn)矩正比于主磁通量，受限于電樞的最大載流量。因此功率控制調(diào)速時(shí)，電機(jī)的額定電磁轉(zhuǎn)矩輸出能力不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

2.轉(zhuǎn)矩控制

根據(jù)公式（2），電機(jī)轉(zhuǎn)速在軸輸出功率不變的前提下，與電磁轉(zhuǎn)矩成反比。由于受電磁轉(zhuǎn)矩以額定轉(zhuǎn)矩為上限的約束，轉(zhuǎn)矩控制實(shí)際上只能在額定轉(zhuǎn)矩以下實(shí)現(xiàn)，因此屬于恒功率調(diào)速。

電磁轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制方法主要依據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：

M＝CMΦmIS（直流機(jī)）(6)

或 M＝CMΦmI2COSφ2（交流機(jī)）(7)

受控的物理量為主磁通Φm，由于主磁通量Φm產(chǎn)生于主磁極，因此轉(zhuǎn)矩控制實(shí)際上是磁場(chǎng)控制，作用對(duì)象為主磁極。轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速同樣要保證穩(wěn)態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)矩平衡，即：

M＝Mfz

由于調(diào)速穩(wěn)態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生了變化，因此要求負(fù)載轉(zhuǎn)矩適應(yīng)于電磁轉(zhuǎn)矩變化，即要求負(fù)載跟蹤電機(jī)。

轉(zhuǎn)矩控制實(shí)際是弱磁調(diào)速，主要用于額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速。鑒于本文重點(diǎn)討論的是功率控制，故不贅述。

二、功率控制的方法與性能

電機(jī)調(diào)速的軸功率控制只能通過電功率間接控制來實(shí)現(xiàn)。以異步機(jī)為例，圖2是其等效三端口網(wǎng)絡(luò)。

圖2.異步機(jī)的等效網(wǎng)絡(luò)

其中電樞（轉(zhuǎn)子）除產(chǎn)生軸功率輸出外，還產(chǎn)生以感應(yīng)電壓u2和電流i2為參量的電功率響應(yīng)。由于該功率與轉(zhuǎn)差率成正比，故稱轉(zhuǎn)差功率，其端口簡(jiǎn)稱Ps口。

如果電機(jī)轉(zhuǎn)子為籠型，其繞組呈短路狀，Ps口為封閉不可控的。反之為繞線型，Ps口則是開啟可控的，轉(zhuǎn)子可以通過Ps口輸出或輸入電功率。由此可見，異步機(jī)的功率控制調(diào)速有兩種方式，一種是通過偽電樞間接對(duì)電樞實(shí)現(xiàn)軸功率控制；另一種是通過Ps口直接控制電樞軸功率。前者主要適用于籠型異步機(jī)，后者則適用于繞線型異步機(jī)。

1.定子偽電樞功率控制。

圖3.異步機(jī)定子功率控制調(diào)速

作為偽電樞，定子向電樞（轉(zhuǎn)子）傳輸?shù)碾姶殴β剩?/p>

Pem＝P1－△P1（8）

電樞的軸功率則為：

PM＝Pem－△P2(9)

故 PM＝P1－（△P1＋△P2）(10)

可見，控制偽電樞的輸入功率P1或增大其損耗△P1就可以控制電樞的軸功率，后者顯然是低效率、高損耗的調(diào)速，不宜推薦。

控制P1調(diào)速的唯一方法是調(diào)壓━━變頻，即所謂的變頻調(diào)速。由于：

P1＝m1U1I1COSφ1(11)

故對(duì)于電壓源供電調(diào)節(jié)端電壓U1是控制功率P1的必須手段。問題的關(guān)鍵是為什么不能單純調(diào)壓，而必須輔以變頻？這是定子除了偽電樞的功能之外，還同時(shí)兼主磁極之故。前已敘及，功率控制的要點(diǎn)有：

① 保持主磁通量不變

② 作用對(duì)象是電樞或偽電樞

③ 控制目標(biāo)是軸功率

如果單純調(diào)壓而頻率不變，定子的主磁極功能就要受到嚴(yán)重影響。根據(jù)電機(jī)理論，做為主磁極，定子的主磁通量：

Φm＝E／4.44W1kr1f

1＝KE1／f1

≈KU1／f1(12)

恒頻調(diào)壓的結(jié)果，主磁通Φm將隨U1下降而減小，形成了前述的轉(zhuǎn)矩控制。更主要的是此時(shí)不但未能控制功率P1，反而增大了電機(jī)損耗，與目的絕然相悖。

設(shè)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，由轉(zhuǎn)矩平衡方程，電磁轉(zhuǎn)矩：

M＝Mfz＝const

又 M＝CMΦmI1COSφ1

＝CMΦmI2COSφ2(13)

設(shè)功率因數(shù)不變，定轉(zhuǎn)子電流I1、I2將隨主磁通Φm下降而正比增大，其結(jié)果功率P1不變，但定轉(zhuǎn)子損耗：

△P1＝m1I 12 r1

△P2＝m2I 222 r1

將按電流的平方律增大。根據(jù)式（10），軸功率控制雖能實(shí)現(xiàn)，卻屬低效率高損耗的調(diào)速。為此，異步機(jī)定子的功率控制調(diào)速，必須要將定子的主磁極和偽電樞兩種功能游離開。針對(duì)同一定子繞組，一方面使主磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)保持穩(wěn)定，同時(shí)又要控制其向電樞傳遞的電磁功率。

于是變頻調(diào)速建立了一條重要原則，就是調(diào)壓變頻，且保證V／F（壓頻比）為常數(shù)，這樣就確保了上述控制要求的實(shí)現(xiàn)。順便指出，近代變頻調(diào)速的矢量控制，實(shí)際上就是遵循這一原理。矢量控制的核心思想，是把磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)矩游離開，分別加以控制，認(rèn)為調(diào)速的根本在于轉(zhuǎn)矩，而事實(shí)上游離的卻是磁場(chǎng)和電磁功率，雖然結(jié)果無誤，但理論上必須加以澄清。

2.轉(zhuǎn)子功率控制

對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步機(jī)的調(diào)速，可以利用轉(zhuǎn)差功率端口━Ps口直接控制軸功率。方法是由Ps口移出或注入轉(zhuǎn)差功率。需要指出：

① 所述的轉(zhuǎn)差功率應(yīng)區(qū)別經(jīng)典電機(jī)學(xué)中的轉(zhuǎn)子損耗轉(zhuǎn)差功率，為此將后者稱為轉(zhuǎn)子損耗功率，記以△P2。

② 轉(zhuǎn)差功率有電能與熱能之分，分別記以Pes和Prs，兩者性質(zhì)不同，對(duì)調(diào)速的影響也不同。

圖4.異步機(jī)轉(zhuǎn)子功率控制調(diào)速

當(dāng)在轉(zhuǎn)子的Ps口引入電轉(zhuǎn)差功率Pes時(shí)，轉(zhuǎn)子的軸功率：

PM＝（Pem±Pes）－△P2（14）

式中的Pem為定子向轉(zhuǎn)子傳輸?shù)碾姶殴β?，電轉(zhuǎn)差功率的負(fù)號(hào)表示從Ps口移出，正號(hào)表示從Ps口注入。Pes屬電功率，故與電磁功率相合成，結(jié)果使軸功率PM發(fā)生變化，電機(jī)轉(zhuǎn)速得到相應(yīng)調(diào)節(jié)。

電轉(zhuǎn)差功率調(diào)速的典型實(shí)例是串級(jí)調(diào)速和雙饋調(diào)速，前者的電轉(zhuǎn)差功率為負(fù)，流向?yàn)閺霓D(zhuǎn)子移出，故實(shí)現(xiàn)的是額定轉(zhuǎn)速以下的調(diào)速。后者的電轉(zhuǎn)差功率可以雙向流動(dòng)，既可以移出，又可以注入，因此可以實(shí)現(xiàn)低同步和超同步兩種調(diào)速。

當(dāng)Ps口引入的是熱轉(zhuǎn)差功率Prs時(shí)，轉(zhuǎn)子的軸功率則為：

PM＝Pem－（△P2＋Prs）(15)

顯然熱轉(zhuǎn)差功率的引入，增大了電樞（轉(zhuǎn)子）的損耗，軸功率隨Prs的增大而減小，其典型例子是異步機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。

三、功率控制的理想空載轉(zhuǎn)速，效率與機(jī)械特性

根據(jù)電機(jī)學(xué)，電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速主要取決于電樞的電磁功率，因有：

Ω0＝Pem／M（16）

由于電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)載所決定，理想空載轉(zhuǎn)速Ω0就決定于某一負(fù)載條件下電磁功率的大小。功率控制調(diào)速的電樞功率可以綜合表達(dá)為：

PM＝∑Pem－∑p2（17）

相應(yīng)的轉(zhuǎn)速：

PM／M＝∑Pem／M－∑p2／M（18）

Ω＝Ω0－△Ω(19)

其中Ω0＝∑Pem／M為功率控制調(diào)速的理想空載轉(zhuǎn)速，因此調(diào)節(jié)電樞的電磁功率可以改變電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速。換言之，電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速取決于電樞的電磁功率。又，△Ω＝∑p2／M 為電機(jī)的轉(zhuǎn)速降。由此表明增大電樞損耗，可以增加電機(jī)轉(zhuǎn)速降。

電機(jī)調(diào)速的效率表達(dá)為：

η＝PM／（P1－∑pi）

＝PM／（Pem－△P2)

因此，在一定的軸功率PM輸出條件下，控制電磁功率的調(diào)速是高效率的節(jié)能型調(diào)速，而控制損耗功率的調(diào)速必然是低效率的耗能型調(diào)速。

公式（18）同時(shí)刻畫出了功率控制調(diào)速的機(jī)械特性，當(dāng)連續(xù)改變電磁功率∑Pem時(shí)，如果損耗功率不變，電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速隨∑Pem連續(xù)變化，其機(jī)械特性為一族平行的曲線。而增大損耗，電磁功率不變時(shí)，電機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速不變，改變的只是轉(zhuǎn)速降，其機(jī)械特性為一族匯交型曲線。如圖5給出了兩種調(diào)速的定性曲線。

圖5 a.電磁功率調(diào)速特性b.轉(zhuǎn)速降調(diào)速特性

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：

① 電磁功率控制調(diào)節(jié)的是理想空載轉(zhuǎn)速，損耗功率控制調(diào)節(jié)的是轉(zhuǎn)速降。

② 電磁功率控制是高效率節(jié)能型的調(diào)速，其機(jī)械特性必為平行曲線族。損耗功率控制屬低效率耗能調(diào)速，其機(jī)械特性必為匯交型曲線族。

四、異步機(jī)調(diào)速的分類與方法

與按n＝ 60f1/p·(1-S）表達(dá)式不同，根據(jù)本文所述的電機(jī)調(diào)速功率控制理論，異步機(jī)調(diào)速可分類表示如下：

性質(zhì)/方案 控制點(diǎn)/變量 方法 要點(diǎn)

五、結(jié)論

1.電機(jī)調(diào)速的基本原理有兩種，一為軸功率控制，二是轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)矩控制實(shí)際是磁場(chǎng)控制，適于恒功率調(diào)整。

2.軸功率控制的作用對(duì)象是電樞或偽電樞，并最終只能通過電功率控制來實(shí)現(xiàn)。其中，電磁功率調(diào)節(jié)的是理想空載轉(zhuǎn)速，損耗功率改變的是轉(zhuǎn)速降。前者為高效節(jié)能型，后者為低效耗能型，兩者的機(jī)械特性亦由此決定。

3.軸功率控制的調(diào)速具有恒轉(zhuǎn)矩特性，電磁轉(zhuǎn)矩的變化是轉(zhuǎn)速響應(yīng)滯后所造成的，調(diào)速穩(wěn)態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩只決定于負(fù)載，與控制無關(guān)。

4.變頻調(diào)速和電轉(zhuǎn)差功率控制調(diào)速同屬電磁功率控制調(diào)速，兩者性能一致，并無本質(zhì)差別。

第三篇：機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究

機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究

摘 要 討論了機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)于改變整個(gè)機(jī)械制造業(yè)面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 機(jī)電一體化 技術(shù) 應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展

機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

1.1 數(shù)字化

微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

1.2 智能化

即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話功能，設(shè)置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會(huì)給使用、操作和維護(hù)帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。

1.3 模塊化

由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。

1.4 網(wǎng)絡(luò)化

由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

1.5 人性化

機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

1.6 微型化

微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechani

cal Systems，簡(jiǎn)稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn)展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等）。

1.7 集成化

集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。

1.8 帶源化

是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

1.9 綠色化

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用

在鋼鐵企業(yè)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，采用組裝合并方式，為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

2.1 智能化控制技術(shù)(IC)

由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。

2.2 分布式控制系統(tǒng)(ＤCS)

分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的、三級(jí)的或更多級(jí)的。利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能，成為一種測(cè)、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。ＤCS具有特點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)可以擴(kuò)展、維護(hù)方便、可靠性高等特點(diǎn)。ＤCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護(hù)功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動(dòng)控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強(qiáng)，具有更高的安全性。是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。

2.3 開放式控制系統(tǒng)(OCS)

開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是目前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場(chǎng)總線使現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制一體化。

2.4 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)

鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過程自動(dòng)化，但這種“自動(dòng)化孤島”式的單機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，及時(shí)交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資金周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理，獲取必須的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀(jì)80年代已廣泛實(shí)現(xiàn)CIMS化。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(ＦBT)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接導(dǎo)線?，F(xiàn)場(chǎng)總線的引入導(dǎo)致ＤCS的變革和新一代圍繞開放自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)總線化檢測(cè)儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展。

2.6 交流傳動(dòng)技術(shù)

傳動(dòng)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng)，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)楊自厚． 人工智能技術(shù)及其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用[Ｊ]．冶金自動(dòng)化，1994（5）唐立新.鋼鐵工業(yè)CIMS特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)的研究[Ｊ]．冶金自動(dòng)化，1996（4）唐懷斌． 工業(yè)控制的進(jìn)展與趨勢(shì) [Ｊ]．自動(dòng)化與儀器儀表，1996（4）王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1996林行辛． 鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)展與展望[Ｊ]．河北冶金，1998（1）6殷際英． 光機(jī)電一體化實(shí)用技術(shù)[Ｍ]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 7 芮延年． 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[Ｍ]． 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004．

第四篇：機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

摘 要：隨著我國工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用也日趨廣泛，成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要?酥局?一，了解和掌握機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用和未來發(fā)展前景，也是當(dāng)前機(jī)械工程領(lǐng)域關(guān)注和研究的重點(diǎn)課題之一。本文從機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展入手，分析了機(jī)電一體化的發(fā)展前景趨勢(shì)，希望能借此給同行們提供一些有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 技術(shù)應(yīng)用 發(fā)展趨勢(shì)

1.機(jī)電一體化的技術(shù)應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科技術(shù)，是機(jī)械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機(jī)融合、相互滲透的結(jié)果。

機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人等方面。它在應(yīng)用技術(shù)方面主要包括軟件和硬件兩個(gè)大的方面，其在不同領(lǐng)域中的具體應(yīng)用的核心技術(shù)包括：

1.1在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用

機(jī)械制造業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)局面緊張，而在傳統(tǒng)的機(jī)械制造行業(yè)中，規(guī)模和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)是決定市場(chǎng)占有率的關(guān)鍵，而社會(huì)發(fā)展到今天，制造業(yè)已經(jīng)打破了單純依靠人力生產(chǎn)的技能傳統(tǒng)，取而代之的是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、敏捷制造、柔性制造、并行工程和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)等高新技術(shù)制造系統(tǒng)占據(jù)了信息競(jìng)爭(zhēng)主導(dǎo)地位，起到了促進(jìn)生產(chǎn)模式創(chuàng)新和發(fā)展的作用。

1.2在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用主要是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，是將人、生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理和整個(gè)生產(chǎn)管理過程的全方面有效連接的一種控制系統(tǒng)。從原料進(jìn)入生產(chǎn)企業(yè)，到原料的加工生產(chǎn)和成品的發(fā)貨等全方面加以監(jiān)控的新技術(shù)應(yīng)用。

1.3在飲料食品行業(yè)中的應(yīng)用

機(jī)電一體化作為一種應(yīng)用發(fā)展最快的新技術(shù)，在飲料食品行業(yè)的包裝機(jī)械開發(fā)、設(shè)計(jì)和制造等方面也被廣泛引入，大大提高了生產(chǎn)加工的自動(dòng)化水平，提升了生產(chǎn)能力和管理效率，為企業(yè)在行業(yè)中的優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)地位奠定了基礎(chǔ)。

此外，機(jī)電一體化的技術(shù)應(yīng)用還包括在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)方面和交流傳動(dòng)技術(shù)方面的應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)其實(shí)就是將新型的信號(hào)傳輸技術(shù)替換成現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一種方法，在有效控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)雙向的信息傳送。而交流傳動(dòng)技術(shù)則是將矢量控制技術(shù)進(jìn)行實(shí)用化應(yīng)用的代表，是數(shù)字技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在未來，還將取代直流傳動(dòng)技術(shù)。

2.機(jī)電一體化技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，光機(jī)電一體化技術(shù)作為一種新興的學(xué)科，在多年的發(fā)展后逐步形成了一種新興產(chǎn)業(yè)，并逐漸受到人們的重視。同時(shí)這也決定了當(dāng)代機(jī)電一體化技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)：

2.1 模塊化

模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程，這一重要發(fā)展趨勢(shì)將給所有機(jī)電一體化企業(yè)帶來光明的發(fā)展前景。使得產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多、單元復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)品更好的被整合，對(duì)開發(fā)研制新產(chǎn)品和進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模都將有極強(qiáng)的推動(dòng)作用。而為了更好的避免利益沖突，還應(yīng)該相應(yīng)的制定相關(guān)必要的國際或國內(nèi)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，對(duì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電一體化單一的企業(yè)和對(duì)生產(chǎn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的企業(yè)來說，都會(huì)有利無害。

2.2智能化

在21世紀(jì)智能化已然成為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。這一時(shí)期的人工智能應(yīng)用在機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用研究中備受關(guān)注，其中最為典型的技術(shù)應(yīng)用代表當(dāng)屬機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的智能化應(yīng)用。盡管在當(dāng)前的技術(shù)條件下，機(jī)器人不可能達(dá)到與人完全相同的智能，但是其智能化的擬人應(yīng)用是完全有可能，并在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)生活中也有必要的，如何在理論控制的基礎(chǔ)上行，達(dá)到更高的控制目標(biāo)，將是機(jī)電一體化技術(shù)智能化應(yīng)用的一個(gè)重點(diǎn)。

2.3微型化

在20世紀(jì)80年代末期，機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)開始朝著微型及其和微觀領(lǐng)域發(fā)展，國外更是興起了一種較為微電子機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，這種體積小、耗能少、而且運(yùn)動(dòng)靈活的這款新產(chǎn)品逐漸朝著微米、納米級(jí)發(fā)展，并彰顯其在生物醫(yī)療、軍事和信息等方面應(yīng)用的巨大優(yōu)勢(shì)，勢(shì)必成為未來的一大發(fā)展趨勢(shì)。但需要注意的是，這一技術(shù)的突破發(fā)展也存在一定的技術(shù)瓶頸。

2.4網(wǎng)絡(luò)化

20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用方面開始出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)及各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，極大地影響了人們的日常生活，同時(shí)也加劇了企業(yè)間的全球化競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)，使得各企業(yè)在面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的同時(shí)也帶來了極大的發(fā)展機(jī)遇。這也就預(yù)示著，一旦研制出質(zhì)量可靠、功能獨(dú)特的新的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其暢銷度將快速覆蓋全球。特別是在網(wǎng)絡(luò)日益普及并形成了計(jì)算機(jī)技能家電系統(tǒng)的今天，家電已經(jīng)和家庭網(wǎng)絡(luò)密切相連，這也就預(yù)示著機(jī)電一體化產(chǎn)品只有朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，才能在高科技技術(shù)的應(yīng)用中滿足人們的便利需求和使用快樂。

2.5綠色化

工業(yè)的發(fā)展給人們的生活帶來了巨大的影響，在提高舒適生活和物質(zhì)滿足的同時(shí)，也衍生出了資源短缺和環(huán)境污染加劇等系列問題。因此，回歸自然、綠色環(huán)保健康的產(chǎn)品概念也開始成為社會(huì)需求的主流和時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)。這就要求產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的全過程中，都應(yīng)以盡量減少對(duì)人體健康的損傷和提高產(chǎn)品利用率為前提，不污染、能回收利用的新型機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)理念，其未來的發(fā)展前途將極其遠(yuǎn)大。

3.結(jié)束語

眾所周知，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制不斷完善和競(jìng)爭(zhēng)加劇的今天，科學(xué)技術(shù)不斷朝著整體化、交叉化、數(shù)字化和微電子技術(shù)信息技術(shù)的方向發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍也不斷增加。只有了解其應(yīng)用現(xiàn)狀，認(rèn)清其未來發(fā)展趨勢(shì)大力推廣和發(fā)展，才能讓機(jī)電一體化技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用，來進(jìn)一步提升產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率，更好的服務(wù)人們的生產(chǎn)生活，從而推動(dòng)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展與振興。

參考文獻(xiàn)

[1]王霞.機(jī)電一體化的發(fā)展與應(yīng)用[J].科技資訊，2013（27）.[2]鐘六平.淺議機(jī)電一體化之控制系統(tǒng)[J].科技資訊，2013（34）.[3]李建勇.機(jī)電一體化技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

第五篇：關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究

摘要:討論了機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)于改變整個(gè)機(jī)械制造業(yè)面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 技術(shù) 應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展

機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

1.1 數(shù)字化 微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。

1.2 智能化 即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話功能，設(shè)置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會(huì)給使用、操作和維護(hù)帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。

1.3 模塊化 由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。

1.4 網(wǎng)絡(luò)化 由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

1.5 人性化 機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來說還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。

1.6 微型化 微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡(jiǎn)稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn)展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等）。

1.7 集成化 集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。

1.8 帶源化 是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。

1.9 綠色化 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用

在鋼鐵企業(yè)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，采用組裝合并方式，為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

2.1 智能化控制技術(shù)(IC)由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。

2.2 分布式控制系統(tǒng)(ＤCS)分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的、三級(jí)的或更多級(jí)的。利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能，成為一種測(cè)、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。ＤCS具有特點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)可以擴(kuò)展、維護(hù)方便、可靠性高等特點(diǎn)。ＤCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護(hù)功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動(dòng)控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強(qiáng)，具有更高的安全性，是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。

2.3 開放式控制系統(tǒng)(OCS)開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是目前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場(chǎng)總線使現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制一體化。

2.4 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過程自動(dòng)化，但這種“自動(dòng)化孤島”式的單機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，及時(shí)交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資金周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理，獲取必須的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀(jì)80年代已廣泛實(shí)現(xiàn)CIMS化。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(ＦBT)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接導(dǎo)線。現(xiàn)場(chǎng)總線的引入導(dǎo)致ＤCS的變革和新一代圍繞開放自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)總線化檢測(cè)儀表、現(xiàn)場(chǎng)

總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展。

2.6 交流傳動(dòng)技術(shù) 傳動(dòng)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng)，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。