机电系统控制技术的综述

1、机电系统控制技术的综述机自1101班孙镍波现代机电控制系统正在向着智能化，精确化，学科交叉化的发展方向发展，电子信息和控制技术将对机械制造业的发展带来新的革命。新型机电控制技术主要包含以下方面：1机电系统的感知器件任何机电系统都需要从外界获取信息，类似于人的五官，传感器是获取信息的源头。传感器种类繁多，性能各异，针对不同的控制系统，需要对传感器作出不同的选择。传感器简介： 传感器是机电控制的基础， 是系统对外感知的基本器件，没有传感器就没有外界信号的准确输入。传感器将感知量转换成另一种便于测量和输出的物理量，其中主要以电学量为主，从而大大降低信号分析的难度。传感器一般由敏感元件和转换元件两大部

2、分组成。传感器作为一个完整的器件，绝大部分都是把转换电路及必要的辅助电源单元与敏感元件、转换元件一起做成一体化的器件。 传感器通过敏感元件进行控制信息的收集，通过转换元件进行信号数据的转换。可以说没有传感器就没有检测和控制系统。以现在的智能手机为例，重力感应器，加速传感器，光线传感器，距离传感器，三轴陀螺仪都是传感器技术的实际应用，在传感 器技术和接口技术， 信息技术的支持下，智能手机才能实现真正的智能。从广义上来讲，智 能手机就是一个没有机械输出的小型而复杂的机电一体化系统。2机电系统驱动器及执行器机电系统在对外的感知下，经过中央处理单元之后需要通过驱动执行机构进行输出，从而真正意义上实现机

3、电系统的各项功能。2.1继电器继电器在机电系统中应用非常广泛，从本质上讲继电器就是利用弱电控制强电的开关。在电路中实现电动机或其它动力装置的启动、调速、停止，完成生产工艺对机械动作的要求和保护（自动和手动）。继电器按照原理主要分为电磁继电器、固态继电器、时间继电器、温度 继电器等。其控制机理是当系统输入的某信号达到某一定值时，能使输出回路的被控制量跳跃式地由零变化到一定值（或由一定值突跳到零）。22电磁阀电磁阀是一种通过电力方式对机电系统的内部气路、水路、油路进行通断或控制流量的器件。在液压和气压系统中， 基本都有电磁阀的使用。 电磁阀由电磁线圈和磁芯组成，包含一个或多个孔，通过控制线圈的通断

4、电带动磁芯的运转，使气流、水流流过或被切断，从而达到换向的目的。电磁阀从原理上分为三大类，直动电磁式、分布直动式和先导式。2.3电机电机在现代机电系统中常常作为机械能的终端输出设备，配合相应设计的机械结构， 可以达到转动，平动，摆动等输出。电机种类很多，关于电机本身已形成电机学这门学科来进 行专门研究。常见的电机主要有直流电机、步进电机和伺服电机等。 直流电机输出或输入为直流电能，能实现直流电能和机械能的相互转化。步进电机将电脉冲转化为角位移，当其收到一个脉冲信号，即将转过固定角度。通过控制脉冲个数从而控制角位移量，因此步进电机的调速比直流电机更为精确。3机电系统控制中心单元控制单元是机电系统

5、的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系 统有目的地进行运转。3.1单片机单片机是将CPU RAM ROM I/O接口等单元集成到一块硅片上构成的微型计算机系统，它 在的控制单元中可以说是最小的，但是其重要性却是其他控制单元无法比拟的。单片机数量庞大，小到计算器，大到各种精密控制系统，它实际已成为世界上数量最多的处理器。单片机的学习和开发充满无穷的魅力，造就了一批智能化控制的技术人才。由于单片机的超低功耗、其强大的处理能力以及丰富的片上外围模块和方便高效的开发环境，它已经成功吸引了人们对单片机

6、的发展和开发，单片机的功能甚至在逐步逼近传统的计算机，目前已经发展到32位300M的高速单片机，可以预见单片机的发展前景是无可估量的。PLCPLC是可编程逻辑控制器的简称，它是利用计算机原理为顺序控制专门设计的、通用的、使 用方便的装置。PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运 算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各 种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个 整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC通用性强，控制程序可变，使用方便，在工业自动化中控制中已成为主流。 同时其编程简单容易

7、掌握， 通过对技术人员进行短期的培训就能 够很快学会梯形图编制控制程序。由于PLC采用了软件存储逻辑取代继电器控制系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等器件的接线逻辑，因此使控制柜的设计安装接线工作量大 大减少。另外 PLC体积小、重量轻、功耗低和抗干扰能力强，因此是实U29616 .机电系统控制的理想控制设备。ARMARM处理器及其技术的应用几乎已经深入到各个领域，成为嵌入式系统微处理家庭中极其其重要的一员，而其在机电系统控制领域的应用只是其很小的一部分。在移动通信领域超过 85%的无线通信设备都采用了 ARM技术。ARM处理器有相当多的技术优势，采用哈佛结构的 ARM9处理器执行效率较早

8、期的 ARM7处理器效率更高。ARM处理器体积小、功耗低、低成本、 高性能，寻址方式灵活简单，执行效率高，在工业控制领域已经占据很大份额。从全球来看，ARM公司本身并不生产芯片，但是世界上各大半导体生产商都从ARM公司购买其CPU架构。然后各生产商自行设计外围电路用于不同功能的使用。就机电控制领域而言器 ARM结构和移动通信领域的学 ARM吉构本没有显著的差异， 但是其外围电路却大相径庭。由于ARM的诸多优势，ARM在机电控制领域的使用非常广泛。4数控技术与系统 数控机床综合了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制、电 机与拖动，电子和电力、精密测量、气液压及现代机械制造技术等多种先进技

9、术的机电一体 化产品，是数控机床的心脏。具有高精度，高效率，柔性自动化等特点决定了今后发展数控机床是我国机械制造业技术改造的必由之路，是工厂自动化的基础。目前，数控系统正在向电气化、电子化、高速化、精密化等方面高速发展，其主要研究热点有以下几个方面：4.1高精高速高效化速度效率、质量是先进制造技术关键的性能指标，是先进制造技术的主体。若采用高速 cpu芯片、rise芯片、多epu控制系统、高分辨率检测元件、交流数字 伺服系统、配套电主轴、直线电机等技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。在今后的几年，超精密数控机床正在向精密化、高速化、智能化和纳米化发展，汇

10、合而成的新一代数控机床。4.2柔性化 数控系统采用新一代模块化设计， 功能覆盖面更宽，可靠性更强，可满足不同 用户的需求。同一群控系统能根据不同生产流程， 自动进行信息流动态调整， 发挥群控系统 的功能。4.3多轴化 多轴联动加工，零件在一台数控机床上一次装夹后，可进行自动换刀、 旋转主轴头、旋转工作台等操作，完成多工序、多表面的复合加工，不仅光洁度高，而且效率也大 幅度提高。4.4软硬件开放化 用户可根据自己的需要，对数控系统软件进行二次开发，用户的使用范围不再受生产商的制约。4.5实时智能化 在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习

11、控制、前馈控制等方面发展。如编程专家系统故障诊 断专家系统，当系统出了故障时，诊断、维修等实现智能化5柔性生产系统与技术特点柔性制造系统是由计算机控制的、由若干半独立的工作站和一个物料传送系统所组成 的、能高效率地制造多品种、中小批量零件的系统。它包括.机床加工的柔性 给定零件族中的零件。.加工工序的柔性系统中的机床通过配置相应的刀具、夹具、对能每一种零件改变工序顺序。5.3 .零件流动路线的柔性系统在加工零件过程中出现局部故障时,NC程序等，即可加工 能重新选择工件路径，并继续加工。.生产的柔性 产品的柔性.产量的柔性5.45.55.6地、以多种流程、不成批生产的方式加工一组类型不同、材料不

12、同的零件。能够经济和迅速地转变生产的产品系统能够适应不同产量并具有好的经济效益。具有在需要时能够容易模块化地扩展系统的能力。随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切,FMS发展颇为迅速，而结合微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的机电一体化技术，促使柔性制造技术日臻成熟。80年代后，制造业自动化进入一个崭新时代，即基于计算机的集成制造 (CIMS)时代，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。6计算机辅助设计、制造、工艺技术与系统广义上的CAD.CAM是指在产品开发过程中使用计算机系统辅助产品创建、修改、分析和优化的有关技术，包括设计各个环节中使用的

13、多种技术，以及将计算机系统直接或间接地应用于计划、管理和控制生产作业的有关技术.计算机能够帮助我们处理一些复杂设计中的大量计算复杂零件表面需要加工刀具进行多层对于某些特殊工艺，更次叠加的复合运动，计算机能够帮助我们计算叠加后的运行轨迹。是离不开计算机控制。7虚拟制造系统与技术虚拟制造技术是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模， 在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。主要应用于虚拟企业，虚拟产品设计、制造等，具有以下优点7.1提供关键的设计和管理决策对生产成本、周期和能力的影响信息，以便正确处理产品性能与制造成本、生产进度和风险之间的平衡，作出正确的决策；7.2提高生产过程开发的效率，可以按照产品的特点优化生产系统的设计；7.3通过生产计划的仿真，优化资源的利用，缩短生产周期，实现柔性制造和敏捷制造；7.4可以根据用户的要求修改产品设计，及时作出报价和保证交货期。通过该技术，可以充分利用信息技术、网络技术、计算机技术对现实研究活动中的人、物、 信