主（zhǔ）頁 > 技術文章 > 計算機在機械和電子控製產業領域的廣泛應用 2024-10-11

計算機（jī）在機（jī）械和電子控製產業領域的廣泛應用（yòng）

引言：
    現代科學技術的（de）發展極大地推動了（le）機械工業領域（yù）的變革,同時給相關（guān）生產產業帶來了巨大的影響,提高了生產水平和技（jì）術。隨著各種技術之間相融合的發展,以計算機電子技術、機械技術為核心的機電控製領域將給工業及科研等領（lǐng）域帶來更多的實際應用。
    1 計（jì）算機技術與機電控製技術的發展概況
    1.1 計算機控製（zhì）理論的形成與技（jì）術的發展
    忽略（luè）數字信號的量化效應,可以將計算（suàn）機控製係統看成采樣控（kòng）製係統,在這一係統中,將其中連續的環節離散（sàn）化,則整個係統（tǒng）又可（kě）看成由不同的離散係統構（gòu）成。計算機控製理論（lùn）的發展主要（yào）是將采（cǎi）樣理論、差分方程、變換理論、狀態空間理論和係統（tǒng）辨識自適應（yīng）控製等（děng）理論綜合應用到控製技術中,使計算機控製係統有了初步發展。對於結構複（fù）雜、時變的非線性係統,控製係統則融入了魯棒控製、模糊控製、預（yù）測控製（zhì）等多種新型理論,逐（zhú）步（bù）形成了工業過程控製係統的一（yī）個新方向。
    自（zì）世界第一台電（diàn）子計算機問世後,計算（suàn）機首先被用來自（zì）動檢測化工生產過程的過程參量並進行相關（guān）的數據處（chù）理,同時也研究了（le）計算機（jī）的開環控（kòng）製。到二十世紀六十（shí）年代,出現了用於過程控製的計算機,實現了直接數字控（kòng）製。後經集中式計算機控製係統發展到（dào）現在的以微處理器為（wéi）核心的分層式控製係統控製,通過計算機（jī）對生產過程（chéng）進行集中監視、操作和管（guǎn）理（lǐ）控（kòng）製（zhì）等。伴隨著計算機（jī）處理器等技術的（de）發展,計算機（jī）控製技（jì）術也隨之發生相應的變革,最終應用到工業生產中（zhōng）並對（duì）其產（chǎn）生巨大影響。
    1.2 機械和電子控製技術的發展和現狀
    在生產、科研等諸多領域裏,有大量的物理量需要（yào）按某種變化規律進行控製（zhì）。在二十世紀（jì）三十年代之前,工業生產多處於手工（gōng）操作的狀態。最初采用基地（dì）式儀表控製壓力（lì）溫度等在一恒定範圍內,初步有了對工業（yè）生產的機械控（kòng）製實（shí）踐。隨著電子技術的迅（xùn）速發展和計算機控製係統的出現,直接（jiē）實現了工業生產中各（gè）參量（liàng）和過程的數字控製。計算機的微型化使控製技術更加智能化,同時將機械、電子、計算機技術和控製技術有機結合的機電一體化技術也得到迅猛發展,且越來越被廣泛的應用到各生產領域。目前主要形成並（bìng）應用的機電控製技術（shù）主要有PID控製（zhì）,PID是經（jīng）典控製理論的代表,它吸收了智能控製思想並利用計算機的優勢,形成了自適應PID和非線性PID等更利於控製的變種（zhǒng）PID控製器。另外還有模糊控製(FLC)、變結（jié）構控製等,均隨著計算機領域（yù）的發展在不斷地拓寬。
    2 機電一體化的發展及在工業上的廣（guǎng）泛應用
    2.1 機電一體化的簡介和生（shēng）產應用
    機（jī）電一體化是指在機構的主功能（néng）、動力（lì）功能、信息處理功能和控製（zhì）功能上引進電子技術,將機械（xiè）裝置與電子化設計及（jí）計算機軟件係統集合起來所構成的（de）係統總稱,綜合運（yùn）用機械技術、微電子技術、計算機技術、電（diàn）力電子技術等（děng）對（duì）各（gè）生產領（lǐng）域的控製過程進行監督操作。它主要（yào）應用領域有數控機床,通（tōng）過（guò）相應的數控技術,在工業（yè）操（cāo）作上結構、功能（néng）、操作精度上都有明顯的提高。采用多CPU和多主線的體係結構,豐富了數控功能,也提高了生產效率。
    柔性製（zhì）造係統的應用是計算（suàn）機（jī）技術和（hé）製造係統在機電控製工業的應用（yòng）,是計算機化的製造係統。它主要（yào）由計算機、數控機床、自動化倉庫等組成。在工業（yè）上,它可以隨機地、按量地按照裝配部門的要求,生產其能力（lì）範圍（wéi）內的任何工件,更適用（yòng）於多品種,小批量等的離散零件的批量生產。
    交流傳動技術的發展也是隨著電子技術和計算機技術的發展在工業上有了重要的應用,尤其是在鋼鐵（tiě）工業中,使（shǐ）複雜的矢量控製技術得以實現,無論是大容量電機還是小容量電機現均可使同步電機或者異步電機實現可逆滑（huá）調速。也（yě）使交流傳動係統在軋鋼（gāng）生產中得到（dào）廣泛的應用。
    可編程控製器(PLC)是集計算機技術和自動控製化技術於一體的新型（xíng）控製係統。這一係統解決了工業控製係統中大量開關控（kòng）製的問題（tí）,逐漸取代了耗能多、故障率高的繼電器控製（zhì）係（xì）統。隨著PLC技術的進步,其應用領域更是不斷擴大,可采集存儲數據,還可對控製係統進行（háng）監（jiān）控。PLC能（néng）編製各種各樣的控製算法程序,完成閉環控製。這種（zhǒng）過程控製在冶金、化工、熱處（chù）理（lǐ）、鍋爐控製等（děng）場合有非常廣泛的應用。此外,隨著工廠網絡自動化的發展,PLC可實現（xiàn）通信及聯網功能,更有助於工（gōng）業生產的控製過程的監控（kòng）。如今,PLC技術已經被廣泛應用於冶金、石油、化工、建材、機械製造、電力（lì）、汽車、輕工、環保以（yǐ）及文化娛（yú）樂等各行各（gè）業。
    2.2 計算（suàn）機在機械和電子控製產（chǎn）業的應用實例計算機技術和機械電子控製（zhì）技術一（yī）體化的（de）有機結合,不斷使相關（guān）的新技術應用到更多的領域（yù）中去,這些應（yīng）用到的領域已經不再（zài）局限於工業（yè）的生產,更多技術（shù）是切身關係到我們日常的工作（zuò）和生活。下麵舉幾個具體實（shí）例來介紹計算（suàn）機技術和機（jī）電控製相結合（hé）的（de）實際應用。
    PLC實現了機械手移動工件的控製過程。隨著世界經濟和技術的（de）發展,人類活動的範圍不斷擴大（dà）,機器人的應用正迅速向社會生產和（hé）生活的各個領域擴展,並從製造領域轉向非製造領域,各種（zhǒng）各（gè）樣的機器人產品隨之出現。隨（suí）著機器（qì）人的生產和大量應用,很多領域,許多單一、重複的機械工（gōng）作由機器人(也稱機械手)來完（wán）成。工業機器人是一種能進行自動控製的、可重複編程的、多功能的、多自由度（dù）的、多用途的操作機,廣泛（fàn）采用工業（yè）機器人,不僅可提高產品的質量與產（chǎn）量,而（ér）且對保障（zhàng）人身安（ān）全,改善勞動環境,減輕勞動強度,提高勞動生產率（lǜ）,節約（yuē）原材料消耗以及降低生產（chǎn）成本有重要意義。與（yǔ）計算機（jī）及網絡技術相結合應（yīng）用的工業機器人的廣泛使用正在日益改變著人類的生產和生（shēng）活方式。
    農業方麵,機械作業過程中駕駛室內的儀表盤正迅速由電（diàn）子監視儀表取代並逐步由單一參數（shù）顯示方式向智能化信息顯示（shì）終端過（guò）渡,以此（cǐ）來改善人機交互（hù）界麵。這種智能（néng）化（huà）顯示終端又（yòu）被稱為虛擬（nǐ）化儀（yí）器顯示終端(Virtual Display Terminal),它（tā）代表了當代儀器與（yǔ）控製裝（zhuāng）置發展的主流方向。它可通過屏幕任意選擇顯示機組中不（bú）同部分的終端信息,在屏幕上按操作者（zhě）的需求,調用數據（jù）庫信息,顯示數據、圖形、語音等多媒體信息。另外（wài）,還可以將數據（jù）信息動（dòng）態存入類（lèi）似（sì）信用卡尺（chǐ）寸大小的高密度智能化數據存儲卡,將農業作業過程的數據信息通過智能卡帶回辦公室,由計（jì）算機應用高（gāo）級（jí）軟件進行處理（lǐ）。也可以將管理者（zhě）的決策（cè）和（hé）操作指令通過智能卡傳送到拖拉機上的智能控製（zhì）終端（duān）,實現自動控製農機的操作。
    PLC在自動售貨機中的應（yīng）用。自動售（shòu）貨機通（tōng）過顧客選擇商品開關,投入（rù）的硬幣值由PLC驅動數碼管（guǎn）顯示,經過光傳感器識別,通過判（pàn）斷,進行下一步操作,經過PLC的係（xì）統控製（zhì）和信號輸出完成售賣過程。計算機技術和機電自動控（kòng）製在自動售貨機中的這項應（yīng）用極大方便了人們的生活,也使PLC的應用更加廣泛。
    交（jiāo）通信號燈係統也是微機軟件應用到電子控製係統中的典型實例。通（tōng）過主（zhǔ）要應（yīng）用（yòng）PLC技術控製十（shí）字路口的信號燈（dēng）動作（zuò）。準確無誤（wù）的完（wán）成信號燈的變（biàn）燈動作來控製時間,這項應用更是極（jí）大方便了人們日常（cháng）生活工作（zuò）的出行。
    電腦橫機中計算機技（jì）術的應用給機械編織行業帶來了巨大的變革。現在的電腦橫機是一種涉及到計算（suàn）機、機械、電子、控製等諸多領域的複雜（zá）係統。電腦橫機的編織是一個極其複雜（zá）的過程（chéng）,最初的（de）橫機（jī）是手動橫機,隻能勝任（rèn）比較簡單的編織過程。隨著計（jì）算機技術應用（yòng）到（dào）電（diàn）腦橫機中,通過電腦的自動控製,設計（jì）人員可對編織花型進行數字化設計,通過計（jì）算機數字直接控（kòng）製機械（xiè）的退圈、墊沙、脫圈、彎沙等相應的機（jī）械編織動作,由計算機指令控製係統（tǒng）完成整個設計的（de）編織,極大地提高了工業生產效率。
    與機電一體化相關的技術還有（yǒu）很多,並且隨著（zhe）科學技術的發展,各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯（xiǎn）,以機械技（jì）術（shù）、微電子技術的有機結合為主體的機（jī）電一體化技術是機械工業發展的必然趨勢。
在機械生產領域,電子（zǐ）技術和計算機技術的融入發展（zhǎn）,機（jī）電一體化（huà）的形成是機械工（gōng）業中的重要變革。通過不斷發展的計算機技術,使（shǐ）機電一體化相關的技術在（zài）諸多領域中得（dé）到了廣泛的應用。

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