论机电一体化技术的控制原理及应用

　　前言：现代科学技术的飞跃发展，对不同学科的交叉与渗透起到了极大的推动作用，引起了工程领域的技术改造和革命。机电一体化作为机械技术与微电子技术相互融合发展的结晶，打破了传统的机械工程、建筑工程、控制工程等旧单元模块的划分，形成了集机械技术、计算机技术等技术为一体的新兴交叉学科。

　　1.机电一体化技术的控制原理

　　PC机控制一个机器运动是机电一体化技术典型的代表。就现代工业来说，基本上由PC机发出的电子信号，然后被机械识别，最后由电动机拖动。对于控制电动机的起动、停止、调速和制动，一般需采用接触器或电子元件，通过控制电动机电路的通断实现【1】。

　　接触器要控制电动机电路的通断，主要是控制线圈的电源，即：接触器的线圈通电，使其触头改变状态，由原来的断开的变成闭合，或者原来的闭合的变成断开。由于计算机输出的信号功率太小，而控制接触器一般需要较大的功率才能工作。因此，为了实现对电动机的工作状态的控制，需要通过断电器或其它元件对控制信号进行功率放大，再用放大后的信号控制接触器的通电与断电。

　　有触点的控制系统是采用继电器、接触器控制的电路系统，是较早采用的控制方案，目前仍具有相当广泛的应用;现在的控制系统很多采用晶闸管、晶体管等作为控制元件，称为无触点控制系统【2】。计算机输出的信号同样需要进行功率放大，然后控制允许通过的较大电流、能承受高电压的晶闸管或大功率晶体管。通过控制信号控制晶闸管或大功率晶体管，实现晶闸管或大功率晶体管接通或断开电动机的主电路，从而控制电动机工作。

　　2.机电一体化技术的应用

　　纵观我国机电一体化的发展历程，可发现机电一体化在我国的起步发展是较晚的，为此，大量的基础理论与技术未能得到较好的研究，国内也未能涌现出强大的自助研发能力，前期只能研究国外的机电一体化产品，从中获得经验和技术成果。但是，20世纪80年代起，机电一体化技术得到了国务院的重视，成立了专门的机电一体化领导小组，并纳入了“国家863计划”。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向，以及由此可能带来的影响【3】。在国内，许多研究机构、高校设立专门项目、专业课程来研发、学习该技术，部分大型企业也对机电一体化技术的发展及应用做了大量工作，取得了一定的成果，具体有以下几个方面的突出表现。

　　2.1 在现代机械制造业中的应用

　　传统的机械制造业是建立在规模经济的基础之上，靠企业规模、批量生产、产品结构和重复性来获得竞争优势，主要强调的是资源的有效利用，以低成本获得高效率、高质量，其盈利来自于机器取代人，复杂的专业加工取代人工技能。而先进的机械制造业则不同，是以信息为主导，采用先进的生产模式、制造系统、制造技术、组织管理的全新机械制造业，具有网络化、虚拟化、智能化、全球化以及环保绿色化的特征。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度【4】，近年来，制造工程领域也相继诞生了很多的新技术，如：计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术等。

　　2.2 在煤矿行业中的应用

　　随着工业的快速发展，向机电要产量、要效益是煤炭行业提出的新要求和目标。机电一体化在煤炭行业中有着小型化、智能化、数字化、绿色化的发展方向。

　　机电一体化技术在煤矿含有中的应用主要体现在一下几个方面：(1)在线监控、故障自诊、自动报警，即对煤矿机械的电动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的在线运行状态监控，出现故障能动报警并准确地指出故障的部位;(2)节能降耗，提高生产效率，例如：井下使用的胶带输送机、通风机、提升机等，使用变频起动、PLC控制系统，节电量就为30%左右，同时生产效率也大大提高【7】;(3)自动化或半自动化程度的提高。煤矿机械实现自动化或半自动化控制，可以减轻操作者的劳动强度，提高生产效率，并减少因操作者的经验不足对作业精度的影响。

　　2.3 在数控机床中的应用

　　机电一体化技术在数控机床及相应的数控技术中的使用，经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度等方面都得到了迅速提高【9】，主要体现在以下几个方面：(1)总线式、模块化、紧凑型的结构，以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置;(2)能同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去，实现了多过程、多通道控制;(3)WOP技术和智能化的运用，系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制;(4)系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力;(5)硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益，实现了开放性设计;(6)数控功能、CNC系统控制功能，得到丰富和加强的大容量存储器的应用和软件的模块化设计。

　　结束语：

　　机电一体化将会促使机械工业发生战略性的变革，也会使传统的机械设计方法、设计概念发生革命性的变化。本文对机电一体化技术的控制原理及主要应用领域进行了讨论阐述，大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且也是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。

　　参考文献：

　　[1]郭致江.机电一体化技术浅析[J].中国电子商务，2011,2:102-103.

　　[2]董金森，张小扬.论机电一体化技术[J].有色金属加工，2009，38(1)：51,55-58.

　　[3]郝明焕，汤宏伟.机电一体化的应用[J].科技论坛，2011，(19)：72-72.

　　[4]陈冬，卢永霞，等.机电一体化技术及其应用研究[J].致富时代，2010,3:161-161.

　　[5]黄丽军.机电一体化技术及其应用研究[J].中国高新技术企业，2101,(28)：26-27.

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文章名称： 论机电一体化技术的控制原理及应用

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