第一篇：關于機電一體化技術及其應用研究

摘要:討論了機電一體化技術對于改變整個機械制造業面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業中的應用以及發展趨勢。

關鍵詞：機電一體化 技術 應用機電一體化技術發展

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

1.1 數字化 微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

1.2 智能化 即要求機電產品有一定的智能,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數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。

1.3 模塊化 由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。

1.4 網絡化 由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。

1.5 人性化 機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

1.6 微型化 微型化是精細加工技術發展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發出各種MEMS器件和系統，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。

1.7 集成化 集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來，使其性能最優、功能最強。

1.8 帶源化 是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。

1.9 綠色化 科學技術的發展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環境，回歸自然，實現可持續發展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態環境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。機電一體化技術在鋼鐵企業中應用

在鋼鐵企業中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件，增強系統控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業中主要應用于以下幾個方面：

2.1 智能化控制技術(IC)由于鋼鐵工業具有大型化、高速化和連續化的特點，傳統的控制技術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。智能控制技術主要包括專家系統、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，如高爐控制系統、電爐和連鑄車間、軋鋼系統、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調度系統、冷連軋等。

2.2 分布式控制系統(ＤCS)分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發展，分布式控制系統的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優化、生產過程實時調度、生產計劃統計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統。ＤCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。ＤCS是監視集中控制分散，故障影響面小，而且系統具有連鎖保護功能，采用了系統故障人工手動控制操作措施，使系統可靠性高。分布式控制系統與集中型控制系統相比，其功能更強，具有更高的安全性，是當前大型機電一體化系統的主要潮流。

2.3 開放式控制系統(OCS)開放控制系統(Open Control System)是目前計算機技術發展所引出的新的結構體系概念。“開放”意味著對一種標準的信息交換規程的共識和支持，按此標準設計的系統，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統通過工業通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯，實現測量與控制一體化。

2.4 計算機集成制造系統(CIMS)鋼鐵企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業已基本實現了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理，難以適應現代鋼鐵生產的要求。未來鋼鐵企業競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優價廉，及時交貨。為了提高生產率、節能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實現生產、經營、管理整體優化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經濟效益，提高了企業的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業在20世紀80年代已廣泛實現CIMS化。

2.5 現場總線技術(ＦBT)現場總線技術(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現場總線連接可省去66%或更多的現場信號連接導線。現場總線的引入導致ＤCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統的現場總線化儀表，如智能變送器、智能執行器、現場總線化檢測儀表、現場

總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現場就地控制站等的發展。

2.6 交流傳動技術 傳動技術在鋼鐵工業中起至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發展，交流調速技術的發展非常迅速。由于交流傳動的優越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數字技術的發展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統的調速性能已達到和超過直流調速水平。現在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現可逆平滑調速。交流傳動系統在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。

第二篇：機電一體化技術及其應用研究

機電一體化技術及其應用研究

摘 要 討論了機電一體化技術對于改變整個機械制造業面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業中的應用以及發展趨勢。

關鍵詞 機電一體化 技術 應用機電一體化技術發展

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

1.1 數字化

微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

1.2 智能化

即要求機電產品有一定的智能,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數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。

1.3 模塊化

由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。

1.4 網絡化

由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。

1.5 人性化

機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

1.6 微型化

微型化是精細加工技術發展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(Micro Electronic Mechani

cal Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發出各種MEMS器件和系統，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。

1.7 集成化

集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來，使其性能最優、功能最強。

1.8 帶源化

是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。

1.9 綠色化

科學技術的發展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環境，回歸自然，實現可持續發展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態環境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。機電一體化技術在鋼鐵企業中應用

在鋼鐵企業中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件，增強系統控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業中主要應用于以下幾個方面：

2.1 智能化控制技術(IC)

由于鋼鐵工業具有大型化、高速化和連續化的特點，傳統的控制技術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。智能控制技術主要包括專家系統、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，如高爐控制系統、電爐和連鑄車間、軋鋼系統、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調度系統、冷連軋等。

2.2 分布式控制系統(ＤCS)

分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發展，分布式控制系統的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優化、生產過程實時調度、生產計劃統計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統。ＤCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。ＤCS是監視集中控制分散，故障影響面小，而且系統具有連鎖保護功能，采用了系統故障人工手動控制操作措施，使系統可靠性高。分布式控制系統與集中型控制系統相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統的主要潮流。

2.3 開放式控制系統(OCS)

開放控制系統(Open Control System)是目前計算機技術發展所引出的新的結構體系概念。“開放”意味著對一種標準的信息交換規程的共識和支持，按此標準設計的系統，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統通過工業通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯，實現測量與控制一體化。

2.4 計算機集成制造系統(CIMS)

鋼鐵企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業已基本實現了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理，難以適應現代鋼鐵生產的要求。未來鋼鐵企業競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優價廉，及時交貨。為了提高生產率、節能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實現生產、經營、管理整體優化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經濟效益，提高了企業的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業在20世紀80年代已廣泛實現CIMS化。

2.5 現場總線技術(ＦBT)

現場總線技術(Ｆieｄ Bus Technology)是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術(如4～20mA，ＤC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現場總線連接可省去66%或更多的現場信號連接導線。現場總線的引入導致ＤCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統的現場總線化儀表，如智能變送器、智能執行器、現場總線化檢測儀表、現場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現場就地控制站等的發展。

2.6 交流傳動技術

傳動技術在鋼鐵工業中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發展，交流調速技術的發展非常迅速。由于交流傳動的優越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數字技術的發展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統的調速性能已達到和超過直流調速水平。現在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現可逆平滑調速。交流傳動系統在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。

參考文獻楊自厚． 人工智能技術及其在鋼鐵工業中的應用[Ｊ]．冶金自動化，1994（5）唐立新.鋼鐵工業CIMS特點和體系結構的研究[Ｊ]．冶金自動化，1996（4）唐懷斌． 工業控制的進展與趨勢 [Ｊ]．自動化與儀器儀表，1996（4）王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中國科學技術大學出版社，1996林行辛． 鋼鐵工業自動化的進展與展望[Ｊ]．河北冶金，1998（1）6殷際英． 光機電一體化實用技術[Ｍ]．北京：化學工業出版社，2003 7 芮延年． 機電一體化系統設計[Ｍ]． 北京：機械工業出版社，2004．

第三篇：及機電一體化技術及其應用研究

機電一體化技術及其應用研究

摘 要 討論了機電一體化技術對于改變整個機械制造業面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業中的應用以及發展趨勢。

關鍵詞 機電一體化 技術 應用機電一體化技術發展

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

1.1 數字化

微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診

1.3 模塊化

由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。

1.4 網絡化

由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發展。

1.5 人性化

機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

1.6 微型化

微型化是精細加工技術發展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發出各種MEMS器件和系統，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。

1.7 集成化

集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來，使其性能最優、功能最強。

1.8 帶源化

是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。

1.9 綠色化

科學技術的發展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環境，回歸自然，實現可持續發展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態環境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。2 機電一體化技術在鋼鐵企業中應用

在鋼鐵企業中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件，增強系統控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業中主要應用于以下幾個方面：

2.1 智能化控制技術(IC)

由于鋼鐵工業具有大型化、高速化和連續化的特點，傳統的控制技術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。智能控制技術主要包括專家系統、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，如高爐控制系統、電爐和連鑄車間、軋鋼系統、煉鋼---連鑄---軋鋼綜合調度系統、冷連軋等。

2.2 分布式控制系統(DCS)

分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發展，分布式控制系統的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優化、生產過程實時調度、生產計劃統計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統。DCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。DCS是監視集中控制分散，故障影響面小，而且系統具有連鎖保護功能，采用了系統故障人工手動控制操作措施，使系統可靠性高。分布式控制系統與集中型控制系統相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統的主要潮流。

2.3 開放式控制系統(OCS)

開放控制系統(Open Control System)是目前計算機技術發展所引出的新的結構體系概念。“開放”意味著對一種標準的信息交換規程的共識和支持，按此標準設計的系統，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統通過工業通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯，實現測量與控制一體化。

2.4 計算機集成制造系統(CIMS)

鋼鐵企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業已基本實現了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理，難以適應現代鋼鐵生產的要求。未來鋼鐵企業競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優價廉，及時交貨。為了提高生產率、節能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實現生產、經營、管理整體優化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經濟效益，提高了企業的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業在20世紀80年代已廣泛實現CIMS化。

2.5 現場總線技術(FBT)

現場總線技術(Fied Bus Technology)是連接設置在現場的儀表與設置在控制室內的控制設備之間的數字式、雙向、多站通信鏈路。采用現場總線技術取代現行的信號傳輸技術(如4～20mA，DC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現場儀表裝置與更高一級的控制系統之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現場總線連接可省去66%或更多的現場信號連接導線。現場總線的引入導致DCS的變革和新一代圍繞開放自動化系統的現場總線化儀表，如智能變送器、智能執行器、現場總線化檢測儀表、現場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現場就地控制站等的發展。

2.6 交流傳動技術

傳動技術在鋼鐵工業中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發展，交流調速技術的發展非常迅速。由于交流傳動的優越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數字技術的發展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現，交流調速系統的調速性能已達到和超過直流調速水平。現在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現可逆平滑調速。交流傳動系統在軋鋼生產中一出現就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。

參考文獻楊自厚． 人工智能技術及其在鋼鐵工業中的應用[J]．冶金自動化，1994（5）唐立新.鋼鐵工業CIMS特點和體系結構的研究[J]．冶金自動化，1996（4）唐懷斌． 工業控制的進展與趨勢 [J]．自動化與儀器儀表，1996（4）王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中國科學技術大學出版社，1996林行辛． 鋼鐵工業自動化的進展與展望[J]．河北冶金，1998（1）

6殷際英． 光機電一體化實用技術[M]．北京：化學工業出版社，2003芮延年． 機電一體化系統設計[M]． 北京：機械工業出版社，2004．

電機功率轉換的原理

引言：

電機調速實質的探討，是關系到近代交流調速發展的重要理論問題。隨著近代變頻調速矢量控制及直接轉矩控制等調速控制理論的提出和實踐，很多有關文獻和論著都把調速的轉矩控制確認為調速的普遍規律，并提出調速的實質和關鍵在于電磁轉矩控制。然而，這種觀點尚缺乏理論和實踐的證明，值得商榷。

本文根據電機功率轉換的普遍原理，提出并證明恒轉矩調速的實質在于電機的軸功率控制，轉速調節是功率控制的響應，其關鍵為如何通過電功率控制軸功率。

一、功率控制與轉矩控制

根據機電能量轉換原理，凡電動機都可劃分為主磁極和電樞兩個功能部分。主磁極的作用是建立主磁場，電樞則是與磁場相互作用將電磁功率轉換為軸功率。

直流電動機的主磁極和電樞不僅結構鮮明，而且功能獨立，無疑符合以上定義。而交流（異

步）電動機通常以定子、轉子劃分構成，需加說明。

根據所述電樞定義，異步機的軸功率產生于轉子，因此，異步機真正的電樞是轉子。問題在于定子，一方面定子勵磁產生主磁場，故定子是主磁極。另一方面，定子又通過電磁感應為電樞（轉子）輸送電磁功率，卻不產生軸功率，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。定子的這種復合功能，是異步機區別于直流機的主要特征。

從電樞輸出角度觀察，電動機的軸功率與電磁轉矩機械轉速的關系為：

PM＝MΩ(1)

或 Ω＝PM／M（2）

公式（2）除了給出了電機轉速與軸功率和電磁轉矩間的量值關系以外，同時表明，電機轉速最終只能通過軸功率或電磁轉矩兩種控制獲得調節，前者簡稱功率控制，后者簡稱轉矩控制。

1.功率控制

功率控制是以軸功率PM為調速主控量，作用對象必然是電樞或偽電樞。電磁轉矩在調速穩態時，取決于負載轉矩的大小。

即 M＝Mfz(3)

當負載轉矩一經為客觀工況所確定之后，電磁轉矩就唯一地被決定了，因此電磁轉矩不僅與調速控制無關，而且不能隨意改變其量值。

電磁轉矩對轉速的作用表現在調速的過渡過程，轉矩的變化是轉速響應滯后的結果，此時，功率控制造成電磁轉矩響應。

設電機調速前的穩態轉速為Ω1，軸功率為PM1，調速后的穩態轉速為Ω2，相應的軸功率變為PM2。由于電磁轉矩：

M＝PM／Ω(4）

故調速時，電磁轉矩變為：

M＝PM2／Ω

由于受慣性的作用，在t＝0的調速瞬時Ω＝Ω1，故

M＝PM2／Ω1

t=0

此時的電磁轉矩將與原來的電磁轉矩M1＝PM1／Ω1不等，轉矩平衡被破壞并產生動態轉矩，電機轉速在動態轉矩作用下開始由Ω1向Ω2過渡，其變化規律為：

Ω1＝（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2（5）

電磁轉矩則為：M＝PM2／（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2

隨著時間增大，動態轉矩減小，直至電磁轉矩與新的負載轉矩平衡，即：

M＝PM2／Ω2＝Mfz，轉速穩定在Ω2不變，電機調速結束。上述的調速過程可以由圖1的框圖說明。

圖1 功率控制的調速流程

功率控制作用的是電樞，主磁場或主磁通量保持不變，根據電機理論，電機的額定電磁轉矩正比于主磁通量，受限于電樞的最大載流量。因此功率控制調速時，電機的額定電磁轉矩輸出能力不變，屬于恒轉矩調速。

2.轉矩控制

根據公式（2），電機轉速在軸輸出功率不變的前提下，與電磁轉矩成反比。由于受電磁轉矩以額定轉矩為上限的約束，轉矩控制實際上只能在額定轉矩以下實現，因此屬于恒功率調速。

電磁轉矩的獨立控制方法主要依據轉矩公式：

M＝CMΦmIS（直流機）(6)

或 M＝CMΦmI2COSφ2（交流機）(7)

受控的物理量為主磁通Φm，由于主磁通量Φm產生于主磁極，因此轉矩控制實際上是磁場控制，作用對象為主磁極。轉矩控制調速同樣要保證穩態時的轉矩平衡，即：

M＝Mfz

由于調速穩態時，電磁轉矩發生了變化，因此要求負載轉矩適應于電磁轉矩變化，即要求負載跟蹤電機。

轉矩控制實際是弱磁調速，主要用于額定轉速以上的調速。鑒于本文重點討論的是功率控制，故不贅述。

二、功率控制的方法與性能

電機調速的軸功率控制只能通過電功率間接控制來實現。以異步機為例，圖2是其等效三端口網絡。

圖2.異步機的等效網絡

其中電樞（轉子）除產生軸功率輸出外，還產生以感應電壓u2和電流i2為參量的電功率響應。由于該功率與轉差率成正比，故稱轉差功率，其端口簡稱Ps口。

如果電機轉子為籠型，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，轉子可以通過Ps口輸出或輸入電功率。由此可見，異步機的功率控制調速有兩種方式，一種是通過偽電樞間接對電樞實現軸功率控制；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，后者則適用于繞線型異步機。

1.定子偽電樞功率控制。

圖3.異步機定子功率控制調速

作為偽電樞，定子向電樞（轉子）傳輸的電磁功率：

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、高損耗的調速，不宜推薦。

控制P1調速的唯一方法是調壓━━變頻，即所謂的變頻調速。由于：

P1＝m1U1I1COSφ1(11)

故對于電壓源供電調節端電壓U1是控制功率P1的必須手段。問題的關鍵是為什么不能單純調壓，而必須輔以變頻？這是定子除了偽電樞的功能之外，還同時兼主磁極之故。前已敘及，功率控制的要點有：

① 保持主磁通量不變

② 作用對象是電樞或偽電樞

③ 控制目標是軸功率

如果單純調壓而頻率不變，定子的主磁極功能就要受到嚴重影響。根據電機理論，做為主磁極，定子的主磁通量：

Φm＝E／4.44W1kr1f

1＝KE1／f1

≈KU1／f1(12)

恒頻調壓的結果，主磁通Φm將隨U1下降而減小，形成了前述的轉矩控制。更主要的是此時不但未能控制功率P1，反而增大了電機損耗，與目的絕然相悖。

設負載為恒轉矩性質，由轉矩平衡方程，電磁轉矩：

M＝Mfz＝const

又 M＝CMΦmI1COSφ1

＝CMΦmI2COSφ2(13)

設功率因數不變，定轉子電流I1、I2將隨主磁通Φm下降而正比增大，其結果功率P1不變，但定轉子損耗：

△P1＝m1I 12 r1

△P2＝m2I 222 r1

將按電流的平方律增大。根據式（10），軸功率控制雖能實現，卻屬低效率高損耗的調速。為此，異步機定子的功率控制調速，必須要將定子的主磁極和偽電樞兩種功能游離開。針對同一定子繞組，一方面使主磁極產生的磁場保持穩定，同時又要控制其向電樞傳遞的電磁功率。

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

2.轉子功率控制

對于繞線轉子異步機的調速，可以利用轉差功率端口━Ps口直接控制軸功率。方法是由Ps口移出或注入轉差功率。需要指出：

① 所述的轉差功率應區別經典電機學中的轉子損耗轉差功率，為此將后者稱為轉子損耗功率，記以△P2。

② 轉差功率有電能與熱能之分，分別記以Pes和Prs，兩者性質不同，對調速的影響也不同。

圖4.異步機轉子功率控制調速

當在轉子的Ps口引入電轉差功率Pes時，轉子的軸功率：

PM＝（Pem±Pes）－△P2（14）

式中的Pem為定子向轉子傳輸的電磁功率，電轉差功率的負號表示從Ps口移出，正號表示從Ps口注入。Pes屬電功率，故與電磁功率相合成，結果使軸功率PM發生變化，電機轉速得到相應調節。

電轉差功率調速的典型實例是串級調速和雙饋調速，前者的電轉差功率為負，流向為從轉子移出，故實現的是額定轉速以下的調速。后者的電轉差功率可以雙向流動，既可以移出，又可以注入，因此可以實現低同步和超同步兩種調速。

當Ps口引入的是熱轉差功率Prs時，轉子的軸功率則為：

PM＝Pem－（△P2＋Prs）(15)

顯然熱轉差功率的引入，增大了電樞（轉子）的損耗，軸功率隨Prs的增大而減小，其典型例子是異步機轉子串電阻調速。

三、功率控制的理想空載轉速，效率與機械特性

根據電機學，電動機的理想空載轉速主要取決于電樞的電磁功率，因有：

Ω0＝Pem／M（16）

由于電磁轉矩為負載所決定，理想空載轉速Ω0就決定于某一負載條件下電磁功率的大小。功率控制調速的電樞功率可以綜合表達為：

PM＝∑Pem－∑p2（17）

相應的轉速：

PM／M＝∑Pem／M－∑p2／M（18）

Ω＝Ω0－△Ω(19)

其中Ω0＝∑Pem／M為功率控制調速的理想空載轉速，因此調節電樞的電磁功率可以改變電機的理想空載轉速。換言之，電機的理想空載轉速取決于電樞的電磁功率。又，△Ω＝∑p2／M 為電機的轉速降。由此表明增大電樞損耗，可以增加電機轉速降。

電機調速的效率表達為：

η＝PM／（P1－∑pi）

＝PM／（Pem－△P2)

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

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

圖5 a.電磁功率調速特性b.轉速降調速特性

綜上所述，可以得出以下結論：

① 電磁功率控制調節的是理想空載轉速，損耗功率控制調節的是轉速降。

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

四、異步機調速的分類與方法

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

性質/方案 控制點/變量 方法 要點

五、結論

1.電機調速的基本原理有兩種，一為軸功率控制，二是轉矩控制。轉矩控制實際是磁場控制，適于恒功率調整。

2.軸功率控制的作用對象是電樞或偽電樞，并最終只能通過電功率控制來實現。其中，電磁功率調節的是理想空載轉速，損耗功率改變的是轉速降。前者為高效節能型，后者為低效耗能型，兩者的機械特性亦由此決定。

3.軸功率控制的調速具有恒轉矩特性，電磁轉矩的變化是轉速響應滯后所造成的，調速穩態時，電磁轉矩只決定于負載，與控制無關。

4.變頻調速和電轉差功率控制調速同屬電磁功率控制調速，兩者性能一致，并無本質差別。

第四篇：淺談機電一體化技術應用研究及發展趨勢畢業論文

宜春學院成人高等教育畢業設計（論文）

淺談機電一體化技術應用研究及發展趨勢

宜春學院成教 機電一體化專業 姓名：俞剛

指導老師：徐興云

摘要：隨著科學技術日益走向整體化、交叉化和數字化以及微電子技術信息技術的迅速發展，機電一體化技術的應用也越來越廣泛。本文對機電一體化技術的應用進行闡述，并對其發展進行探究。

關鍵詞：機電一體化 技術 應用

正文：機電一體化又稱機械電子學，英語稱為Mechatronics，它是由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成。機電一體化最早出現在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著機電一體化技術的快速發展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發展。現在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密集合的一門技術，他的發展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化。

一、機電一體化技術應用技術

在現代機械制造業中的應用 傳統機械制造業是建立在規模經濟的基礎上，靠企業規模、生產批量、產品結構和重復性來獲得競爭優勢的，它強調資源的有效利用，以低成本獲得高質量和高效率，其生產盈利是靠機器取代人力，靠復雜的專業加工取代人的技能來獲取的。先進的機械制造業是以信息為主導，采用先進生產模式、先進制造系統、先進制造技術和先進組織管理形式的全新的機械制造業，其特征是全球化、網絡化、虛擬化、智能化以及環保協調的綠色制造。現代制造業集成了現代科學技術的發展，充分利用電子計算機技術，使制造技術提高到新的高度。近年來，制造工程領域的新技術相繼誕生，如計算機數字控制、現代集成制造系統、柔性制造技術、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。

1、技術 1.1 機械技術

機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來更新概念，實現結構上、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。在機電一體化系統制造過程中，經典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統等，形成新一代的機械制造技術。

1.2計算機與信息技術

其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

1.3系統技術

系統技術即以整體的概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，它是實現系統各部分有機連接的保證。

1.4自動控制技術

其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

1.5傳感檢測技術

傳感檢測技術是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程序就越高。現代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境的考驗，它是機電一體化系統達到高水平的保證。

1.6 伺服傳動技術

包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。

2、階段

2.1模型階段

模型階段，所有的系統組件都能夠被最優化； 在仿真計算的幫助下，可以測試和分析這些組件的 宜春學院成人高等教育畢業設計（論文）

適用性；監測響應頻率； 對模型進行分析。此外，還能夠生成一個物理/拓撲系統模型，包括機械、液壓和控制導向組件。有必要有一個模型工具，這個工具支持機電一體化系統的物理模型，即當有實物和節點時，這些模型能夠以1：1來測試，并且原型設計研究階段可以在嚴酷的實時條件下進行。

2.2測試階段

在系統運行完模型階段之后，所產生的具體的性能數據可以通過試驗臺驗證。這樣就就可以測試和檢驗該系統有關參數波動的魯棒性，功率儲備及連續運行的特征。這樣做的話，用戶可以進行測試或者使用CAMeL-View TestRig進行硬件在回路（的測試）。要進行硬件在回路測試，相關裝置的物理特性需要詳細確認，這些裝置必須是建立在測試平臺的基礎之上。識別經過測試平臺上測試過的組件，容許這些組件在模型中被識別，并確保整個以系統為基礎的仿真分析布局。

2.3原型階段

成功的測試之后，就會建立一個原型。這里要特別關注的是模型特性，這些特性特指通過特別費力的仿真所決定的特性，比如組件損耗（性能）。這些數據結果，為模型基礎性分析提供服務，同時為進一步研發提供知識基礎。

3、組成要素與四大原則

3.1五大組成要素

一個機電一體化系統中一般由結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機結合而成。機械本體（結構組成要素）是系統的所有功能要素的機械支持結構，一般包括有機身、框架、支撐、聯接等。動力驅動部分（動力組成要素）依據系統控制要求，為系統提供能量和動力以使系統正常運行。測試傳感部分（感知組成要素）對系統的運行所需要的本身和外部環境的各種參數和狀態進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經過分析、處理后產生相應的控制信息。控制及信息處理部分（職能組成要素）將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結果和規定的程序與節奏發出相應的指令，控制整個系統有目的的運行。執行機構（運動組成要素）
；根據控制及信息處理部分發出的指令，完成規定的動作和功能。

機電一體化系統一般由機械本體、檢測傳感部分、電子控制單元、執行器和動力源5個組成部分構成。

3.2四大原則

構成機電一體化系統的五大組成要素其內部及相互之間都必須遵循結構耦合、運動傳遞、信息控制與能量轉換四大原則。接口耦合：兩個需要進行信息交換和傳遞的環節之間，由于信息模式不同（數字量與模擬量，串行碼與并行碼，連續脈沖與序列脈沖等）無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實現。而兩個信號強弱相差懸殊的環節之間，也必須通過接口耦合后，才能匹配。變換放大后的信號要在兩個環節之間可靠、快速、準確的交換、傳遞，必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規范才行，因此接口耦合時就必須具有保證信息的邏輯控制功能，使信息按規定的模式進行交換與傳遞。

能量轉換：

兩個需要進行傳輸和交換的環節之間，由于模式不同而無法直接進行能量的轉換和交流，必須進行能量的轉換，能量的轉換包括執行器，驅動器和他們的不同類型能量的最優轉換方法及原理。

信息控制：在系統中，所謂智能組成要素的系統控制單元，在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運算、判斷、決策，以達到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統還包含了知識獲得、推理機制以及自學習功能等知識驅動功能。

運動傳遞：運動傳遞使構成機電一體化系統各組成要素之間，不同類型運動的變換與傳輸以及以運動控制為目的的優化。

自動化技術

所謂自動化技術，是指人類利用各種技術手段和方法來代替人去完成各種測試、分析、判斷和控制工作，以現實預期的目標、功能。一個自動化系統通常由多個環節要素組成，以完成信息的獲取、信息的傳遞、信息的轉換、信息的處理及信息的執行等功能，最后實現自動運行目標。宜春學院成人高等教育畢業設計（論文）

二、機電一體化技術的應用 2.1 在現代機械制造業中的應用

傳統機械制造業是建立在規模經濟的基礎上，靠企業規模、生產批量、產品結構和重復性來獲得競爭優勢的，它強調資源的有效利用，以低成本獲得高質量和高效率，其生產盈利是靠機器取代人力，靠復雜的專業加工取代人的技能來獲取的。先進的機械制造業是以信息為主導，采用先進生產模式、先進制造系統、先進制造技術和先進組織管理形式的全新的機械制造業，其特征是全球化、網絡化、虛擬化、智能化以及環保協調的綠色制造。現代制造業集成了現代科學技術的發展，充分利用電子計算機技術，使制造技術提高到新的高度。近年來，制造工程領域的新技術相繼誕生，如計算機數字控制、現代集成制造系統、柔性制造技術、敏捷制造、虛擬制造、并行工程等。

2.2 在飲料行業中的應用

機電一體化技術是當今發展最快、應用前景最為廣泛的技術之一。機電一體化技術在食品、飲料包裝機械的開發、設計和制造過程中的應用。不僅使單機的自動化程度大大提高，而且使整條包裝生產線的自動化控制水平、生產能力得到很大提高，使其競爭能力遠遠超過傳統的機械控制的同類設備。可以大大改善食品飲料包裝生產設備產品的質量，提高其國內、國際競爭能力。

2.3 在鋼鐵企業中的應用

計算機集成制造系統(CIMS)鋼鐵企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。

三、機電一體化技術的發展趨勢

機電一體化向智能化方向邁進.20世紀90年代后期，各主要發達國家開始了機電一體化技術向智能化方向邁進的新階段。一方面，光學、通信技術等進入了機電一體化，微細加工技術也在機電一體化中嶄露頭腳，出現了光機電一體化和微機電一體化等新分支；另一方面，對機電一體化系統的建模設計、分析和集成方法，機電一體化的學科體系和發展趨勢都進行了深入研究。同時，由于人工智能技術、神經網絡技術及光纖技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的廣闊天地，也為產業化發展提供了堅實的基礎。

1.數字化

微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

2.智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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。誠然，使機電一體化產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電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

3.模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，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這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規模化 宜春學院成人高等教育畢業設計（論文）

將給機電一體化企業帶來美好的前程。

4.網絡化

20世紀 90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。現場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrated appliance system, CIAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。

5.人性化

機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

6.微型化

微型化是精細加工技術發展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發出各種MEMS器件和系統，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。

7.集成化

集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性。首先可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來，使其性能最優、功能最強。

8.帶源化

是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。

9.綠色化

科學技術的發展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態環境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環境，回歸自然，實現可持續發展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態環境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。

結束語

隨著機電一體化技術的發展，各種產品與裝置實現了機電一體化，有利實現整體優化，提高產品質量和生產效率，縮短開發新產品的生產準備周期，加速科技成果向商品轉化，有利推動傳統產業發生深刻變革，同時，隨著新產品的研發及高精密等設備的發展，要求新一代機電一體化技術、產品及系統朝著高性能、智能化、系統化以及輕量化、微型化方向發展，從而為國家帶來更大的經濟效益與社會效益。參考文獻：

[1]袁中凡.機電一體化技術[M].北京:電子工業出版社.2006.宜春學院成人高等教育畢業設計（論文）

[2]殷際英.光機電一體化實用技術[M].北京:化學工業出版社.2003.[3]芮延年.機電一體化系統設計[M].北京:機械工業出版社.2004 [4] 楊自厚． 人工智能技術及其在鋼鐵工業中的應用[J]．冶金自動化，1994（5）[5]唐立新.鋼鐵工業CIMS特點和體系結構的研究[J]．冶金自動化，1996（4）

[6]唐懷斌． 工業控制的進展與趨勢 [J]．自動化與儀器儀表，1996（4）

[7]王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中國科學技術大學出版社，1996 [8]林行辛． 鋼鐵工業自動化的進展與展望[J]．河北冶金，1998（1）

第五篇：機電一體化技術

機電工程（http://）機電一體化技術

（1）機械技術機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在于如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來更新概念，實現結構上、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。在機電一體化系統制造過程中，經典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統等，形成新一代的機械制造技術。http://

（2）計算機與信息技術其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術、專家系統技術、神經網絡技術均屬于計算機信息處理技術。

（3）系統技術系統技術即以整體的概念組織應用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，它是實現系統各部分有機連接的保證。

（4）自動控制技術其范圍很廣，在控制理論指導下，進行系統設計，設計后的系統仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

（5）傳感檢測技術傳感檢測技術是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程度就越高。現代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經受嚴酷環境的考驗，它是機電一體化系統達到高水平的保證。

（6）伺服傳動技術包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。