第一篇：項目技術報告(應用研究)格式

項目技術報告（應用研究）1.項目研究背景

1.1項目由來（或研究背景）

1.2國內外研究現狀

2.研究思路與技術方案

3.研究內容及方法（重點寫）

3.1實驗室研究

3.2中試實驗過程

3.3環保及“三廢”處理

4.研究結果及創新點

5.存在問題

6.應用推廣情況

7.參考文獻

項目技術報告（基礎研究）

1.項目研究背景

1.1項目由來（或研究背景）1.2國內外研究現狀

2.研究背景、應用領域、作用意義

3.技術方案、技術原理、技術特征、總體性能指標3.1技術方案 3.2技術原理 3.3技術特征 3.4總體性能指標 4.研究試驗內容（重點寫）5.項目的先進性和創造性 6.參考文獻

項目研究工作報告

主要說明項目研究過程以及取得的成果

1、任務來源與研究目標

2、研究過程

3、工作中取得的成績

4、人員分工貢獻大小

5、經費使用

6、成果權屬

效益分析報告

包括：主要技術經濟指標、分析研究內容、預計達到的經濟指標、投入勞動量、經濟分析（價格、實際收支等，經費總算及課題實際總支出的分析比較）技術效果、經濟、社會效益和結論等。經濟效益主要是指直接經濟效益、潛在經濟效益和二次經濟效益。直接經濟效益是成果應用后獲取的效益。二次經濟效益是他人應用成果后產生的效益。潛在經濟效益是在適用范圍內推廣應用可能取得的效益。社會效益是指對社會的影響，例如環境和生態條件改善等。

以上材料沒有非常嚴格固定的格式，只要包含了規定的幾個方面即可。往往根據自己的實驗、成果特點來編寫，盡量將自己的工作及成果反應全面即可。

第二篇：WiFi技術應用研究

英德市實驗小學存檔資料2013/4/21

Wi-Fi技術的應用研究

張華賓

摘要：無線網絡正快速進入社會各領域。本文通過對幾種無線組網技術的比較，說明了Wi-Fi在組建家庭無線網絡時所擁有的無可比擬的優勢。并詳細介紹了基于Wi-Fi技術、以家庭網關為核心的家庭無線網絡體系結構，并著重從家庭網關和信息家電方面對基于Wi-Fi的家庭無線網絡的應用架構和實現原理進行了分析，討論了一些具體實施時的關鍵技術。最后對基于Wi-Fi的無線網絡的發展和應用前景進行了展望。

關鍵詞：Wi-Fi家庭網絡家庭網關

英特網的迅速發展，使人們的生活發生了翻天覆地的變化。人們的日常生活已經越來越離不開網絡。現在，人們已經習慣了在網上炒股、購物、查詢賬目、繳費和搜索資料。人們迫切希望能夠任何時間、在任何地方使用網絡。很顯然，無線網絡是最佳的選擇。

隨著電子技術的不斷發展，越來越多的手機、筆記本電腦等支持WiFi的終端產品越來越流行。而基于WiFi標準的無線網絡成為了最為普及的無線組網形式。在家庭中，如果我們能把現有的家用電器以及電子產品以某種形式連成無線網絡，進行統一的管理和控制，并將其連入Internet進行遠程調度，那將是多么令人愜意的事情啊！

1．無線組網技術

1.1 WiFi、HomeRF和Bluetooth

目前，用于實現無線組網的主要有WiFi、HomeRF以及Bluetooth（藍牙）。它們都工作在2.4CHz頻段。該頻段全球開放，即不用申請就可以在世界的任何地方使用這一頻段進行通信。

1.1.1 WiFi

WiFi(Wireless Fidelity，無線保真技術)即IEEE802.11協議。是一種短程無線傳輸技術，能夠在數百英尺范圍內支持互聯網接入的無線電信號。WiFi的第一個版本發表于1997年，其中定義了介質訪問接入控制層（MAC層）和物理層。規定了無線局域網的基本網絡結構和基本傳輸介質，規范了物理層(PHY)和介質訪問層(MAC)的特性l21。物理層采用紅外、DSSS(直接序列擴頻)或FSSS(調頻擴頻)技術。1999年又增加了IEEE802.lla、和IEEE802.llg標準。其傳輸速率最高可達54Mbps。能夠廣泛支持數據、圖像、語音和多媒體等業務。

1.1.2 HomeRF

HomeRF是專門為家庭用戶設計的無線局域網技術，由HomeRF工作組開發。能夠提供

lMbps—lOMbps的速率。采用跳頻擴譜方式、時分多址(TDMA)和載波監聽多重訪問沖突避免(CSMA/CA)等技術，通過家庭中的一臺主機在移動數據和語音設備之間實現通信。HomeRF提供了與TCP，IP良好的集成，支持廣播、多播和48位lP地址。但是HomeRF開放性不好，而且技術本身還存在抗干擾性差等缺點。

1.1.3 Bluetooth(藍牙)

Bluetooth（藍牙）是一種短距離無線通信技術，可把各種便攜式電腦和蜂窩式移動電話用無線網絡聯系起來，達到計算機和通信的更加緊密的連接，提供隨時隨地的數據信息的交換和傳輸。傳輸速率lMbps。它有限的帶寬和較小的傳輸距離無法滿足人們日常應用的需求。

1.2 WiFi的優勢

1)無線電波的覆蓋范圍廣。藍牙的電波覆蓋范圍很小，半徑大約只有15米左右，而WiFi的半徑可達100米。甚至可以覆蓋整棟大樓。

2)WiFi的傳輸速度很快，最高可達54Mbps，符合個人和社會信息化的需求。在網絡覆蓋范圍內，允許用戶在任何時間、任何地點訪問網絡，隨時隨地享受諸如網上證券、視頻點播(VOD)、遠程教育、遠程醫療、視頻會議、網絡游戲等一系列寬帶信息增值服務，并實現移動辦公。

3)無須布線，可以不受現實地理條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要。只要在需要的地方設置“熱點”，并通過高速線路將因特網接入。這樣，在“熱點”所發射出的電波的覆蓋范圍內，用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區域內，即可高速接入因特網。4)健康安全。IEEE802.11規定的發射功率不可超過100毫瓦，實際發射功率約60毫瓦-70毫瓦，而手機的發射功率約200毫瓦--l瓦間，手持式對講機高達5瓦。與后者相比，WiFi產品的輻射更小。

5)WiFi應用現在已經非常普遍。支持WiFi的電子產品越來越多，像手機、MP4、電腦等，基本上已經成為了主流標準配置。而且由于WiFi網絡能夠很好地實現家庭范圍內的網絡覆蓋，適合充當家庭中的主導網絡，家里的其他具備WiFi功能的設備，如電視機、影碟機、數字音響、數碼相框、照相機等，都可以通過WiFi建立通信連接，實現整個家庭的數字化與無線化，使人們的生活變得更加方便與豐富。

2．WiFil作方式

WiFi定義了兩種類型的設備。一種是無線站。通常通過一臺PC機加上一塊無線網卡構成。另一種稱為無線接入點(Ac-cess Point，AP)，它的作用是提供無線和有線網絡之間的橋接。一個無線接入點通常由一個無線輸出口和一個有線的網絡接口（802.3接口）構成，橋接軟件符合802.ld橋接協議。接入點就像是無線網絡的一個無線基站，將多個無線的接入站聚合到有線的網絡上。

WiFi定義了兩種模式：infrastructure模式和ad hoc模式。m-frastructure模式，即無線網絡至少有一個和有線網絡連接的無線接入點，還包括一系列無線的終端站。由于很多用戶需要訪問有線網絡上的設備或服務，所以基本上都會采用這種模式。ad hoc模式，也稱為點對點模式（pear to pear模式）或IBSS(In-dependent Basic Service Set).3．家庭無線網絡中的WiFi的實現

3.1 以家庭網關為核心的家庭網絡結構

為了實現家庭內部網絡與外部Internet相連互通，在家庭內網和外部Internet之間需要一個家庭網關。該網關是整個家庭無線網絡系統的核心部分，它一方面完成家庭無線網絡中各種不同通信協議之間的轉換和信息共享，并且同外部網絡進行數據交換，另一方面還負責對家庭中網絡終端進行管理和控制。家庭中的網絡終端也通過這個網關與外部網絡連通。實現交互和信息共享。同時，該網關還應有防火墻能力，能夠避免外界網絡對家庭內部網絡終端設備的非法訪問和攻擊。其結構如圖1所示。

3.2 WiFi技術在家庭無線網絡中的實現

在家庭網絡中，WiFi主要應用在各種信息家電和家庭網關上。我們可以使用個人電腦、手持網絡終端或者遙控器與家庭網關進行連接，并通過家庭網關對各種信息家電實施有效的管理和控制。因此，可以采用客戶一服務器體系結構。網關充當服務器的角色，控制設備對各種信息家電的控制也通過網關完成。這樣有利于實現胖服務器—瘦客戶端的結構。

3.2.1家庭網關模塊 家庭網關是我們整個網絡的核心部件。所有的信息家電以及控制設備都要連接到這個網關上。同時，網關還要與外部Intemet互連。那么網關需要實現WiFi，并提供如TCP/IP、HTIP、WebServer等高層應用和圖形用戶界面。完成此功能的協議結構如圖2所示。其應用層采用統一設備管理協議(UniversalDevice Control Protocol，UDCP)，用

3來進行整個網絡中設備的添加、刪除、狀態查詢、參數配置等管理和控制。UDPC采用客戶一服務器結構，服務器端位各信息家電和控制設備，客戶為家庭網關。

家庭網關基于嵌入式Linux進行架構。由嵌入式Unux系統實現WiFi功能，并提供圖形用戶界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server高層應用。用戶可以通過身份鑒別后登錄家庭網關，并使用系統提供的圖形控制界面對信息家電進行控制和管理。

家庭網關同時支持嵌入式Web服務器。當我們合法登錄后，就可以使用該服務器提供的Web頁面對網絡中的各種信息家電進行管理和控制。嵌入式的Web服務器可選用boa，它是嵌入式Lmux下應用最為廣泛的HTTP服務器程序，功能全面。并且能夠很好的支持CGI技術進行服務器端的擴展。而且boa支持大家廣泛熟悉的C語言來實現CCI程序。

家庭網關啟動后，完成系統的初始化，并加載相關的服務。將接收到的用戶的控制或查詢命令進行處理，CCI程序將命令轉換成為UDCP報文，通過WiFi模塊發送給網絡中的信息家電或控制設備。同時，家庭網關還通過WiFi來接收信息家電的當前狀態信息，通過處理后將其反饋給控制設備，以便用戶使用。

3.2.2信息家電模塊

信息家電上的WiFi功能有兩種實現模式。一種是信息家電自身帶有WiFi功能。這是理想的狀態。現在已經有很多家用電器比如電視機、DVD等都已經具備了此功能。第二種是對原本不帶WiFi功能的家用電器進行WiFi擴展。可選用Rabbit公司的WiFi核心模塊和其相應的開發包進行相關擴展。由于信息家電的高端功能都由家庭網關來完成，所以可以不用實現WiFi的上層協議，只實現對其的控制。

信息家電將自身采集到的各種狀態信息傳遞給其自身的或者是擴展的微控制器，微控制器接收到這些數據后將其轉換成UDCP報文，并通過WiFi模塊將其發送給家庭網關。同時，信息家電還通過WiFi模塊接受來自家庭網關的信息，處理后轉換成對家電的控制或查詢，并將其隨后的狀態信息由WiFi模塊反饋給家庭網關。

4．結束語

現在越來越多的家用電器及電子產品開始支持WiFi功能。WiFi的普及以及相關軟件的發展將會使家用電器完成功能上的飛躍。通過網絡將各種家電連接，可實現功能上的重構和資源的再配置。

隨著網絡的普及和推廣，將家庭中的各種帶有網絡功能的家用電器通過無線技術連接成局域網絡，并與外部Internet相連，構成智能化、多功能的現代家居智能系統將會成為新的流行趨勢。

參考文獻：

[1]唐思敏．WIFI技術及其應用研究[J]，福建電腦．2009，(10):59-60．

第三篇：青海無人機航測技術應用研究項目通過評審

青海無人機航測技術應用研究項目通過評審

來源：一覽礦產英才網

3月31日，由青海省地礦測繪院開展的“無人機航測技術在青藏高原礦區應用研究”項目通過專家組評審。專家認為，項目首次在青藏高原海拔4300米高度進行無人機航攝，填補了全省高原礦區無人機自主飛行獲取影像數據和應用無人機航測技術測繪1∶2000大比例尺地形圖的空白，研究成果達到國際先進水平。

此次研究基于固定翼無人飛機航攝系統，研究了無人機航測在高原礦區特別是高海拔礦區開展航空攝影、相片控制、內業加密、立體測圖等技術，獲取了分辨率為0.18米的120平方公里的影像數據，繪制了25平方公里1∶2000遙感正射影像圖、數字高程模型、數字線劃圖、數字地表模型，航攝影像質量和成圖精度均達到規范要求，為下一步的地質勘查和“數字礦山”建設奠定了基礎。

專家建議，今后應加強高海拔和低溫缺氧對飛機性能、飛控設備影響的研究，這對應用無人機在高海拔地區進行應急指揮、地質災害監測預報、礦產資源開發監測、生產大比例尺地形圖等具有重要的工程實踐意義。礦產英才網專業的礦業人才招聘網站

第四篇：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。

第五篇：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）

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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。