机电系统控制技术的综述NewWord下载.docx

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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

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。

3.2PLC

PLC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。

3.3ARM

ARM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结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、risc芯片、多cpu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

5.1．机床加工的柔性系统中的机床通过配置相应的刀具、夹具、NC程序等，即可加工给定零件族中的零件。

5.2．加工工序的柔性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，能重新选择工件路径，并继续加工。

5.4．生产的柔性以多种流程、不成批生产的方式加工一组类型不同、材料不同的零件。

5.5．产品的柔性能够经济和迅速地转变生产的产品

5.6．产量的柔性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地、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。

对于某些特殊工艺，更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、信息及研究过程进行全面的集成，通过协同工作缩短科研周期，增强科技成果的竞争力。

在产品设计阶段，就能借助建模与仿真技术及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。

从而更加有效地、经济地、柔性地组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。