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淺談計算機在機械和電子控制產業(yè)領域的廣泛應用
論文關鍵詞： 計算機技術 機電一體化 生產應用
論文摘 要： 概括說明機械電子控制產業(yè)發(fā)展的情況，重點介紹計算機技術在機械電子控制產業(yè)領域以及工業(yè)生產制造和人們日常生活中的廣泛應用。
0 引言
現(xiàn)代科學技術的發(fā)展極大地推動了機械工業(yè)領域的變革，同時給相關生產產業(yè)帶來了巨大的影響，提高了生產水平和技術。隨著各種技術之間相融合的發(fā)展，以計算機電子技術、機械技術為核心的機電控制領域將給工業(yè)及科研等領域帶來更多的實際應用。
1 計算機技術與機電控制技術的發(fā)展概況
1.1 計算機控制理論的形成與技術的發(fā)展
忽略數字信號的量化效應，可以將計算機控制系統(tǒng)看成采樣控制系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中，將其中連續(xù)的環(huán)節(jié)離散化，則整個系統(tǒng)又可看成由不同的離散系統(tǒng)構成。計算機控制理論的發(fā)展主要是將采樣理論、差分方程、變換理論、狀態(tài)空間理論和系統(tǒng)辨識自適應控制等理論綜合應用到控制技術中，使計算機控制系統(tǒng)有了初步發(fā)展。對于結構復雜、時變的非線性系統(tǒng)，控制系統(tǒng)則融入了魯棒控制、模糊控制、預測控制等多種新型理論，逐步形成了工業(yè)過程控制系統(tǒng)的一個新方向。
自世界第一臺電子計算機問世后，計算機首先被用來自動檢測化工生產過程的過程參量并進行相關的數據處理，同時也研究了計算機的開環(huán)控制。到二十世紀六十年代，出現(xiàn)了用于過程控制的計算機，實現(xiàn)了直接數字控制。后經集中式計算機控制系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的以微處理器為核心的分層式控制系統(tǒng)控制，通過計算機對生產過程進行集中監(jiān)視、操作和管理控制等。伴隨著計算機處理器等技術的發(fā)展，計算機控制技術也隨之發(fā)生相應的變革，最終應用到工業(yè)生產中并對其產生巨大影響。
1.2 機械和電子控制技術的發(fā)展和現(xiàn)狀
在生產、科研等諸多領域里，有大量的物理量需要按某種變化規(guī)律進行控制。在二十世紀三十年代之前，工業(yè)生產多處于手工操作的狀態(tài)。最初采用基地式儀表控制壓力溫度等在一恒定范圍內，初步有了對工業(yè)生產的機械控制實踐。隨著電子技術的迅速發(fā)展和計算機控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，直接實現(xiàn)了工業(yè)生產中各參量和過程的數字控制。計算機的微型化使控制技術更加智能化，同時將機械、電子、計算機技術和控制技術有機結合的機電一體化技術也得到迅猛發(fā)展，且越來越被廣泛的應用到各生產領域。目前主要形成并應用的機電控制技術主要有PID控制，PID是經典控制理論的代表，它吸收了智能控制思想并利用計算機的優(yōu)勢，形成了自適應PID和非線性PID等更利于控制的變種PID控制器。另外還有模糊控制（FLC）、變結構控制等，均隨著計算機領域的發(fā)展在不斷地拓寬。
2 機電一體化的發(fā)展及在工業(yè)上的廣泛應用
2.1 機電一體化的簡介和生產應用
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及計算機軟件系統(tǒng)集合起來所構成的系統(tǒng)總稱，綜合運用機械技術、微電子技術、計算機技術、電力電子技術等對各生產領域的控制過程進行監(jiān)督操作。它主要應用領域有數控機床，通過相應的數控技術，在工業(yè)操作上結構、功能、操作精度上都有明顯的提高。采用多CPU和多主線的體系結構，豐富了數控功能，也提高了生產效率。
柔性制造系統(tǒng)的應用是計算機技術和制造系統(tǒng)在機電控制工業(yè)的應用，是計算機化的制造系統(tǒng)。它主要由計算機、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，生產其能力范圍內的任何工件，更適用于多品種，小批量等的離散零件的批量生產。
交流傳動技術的發(fā)展也是隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展在工業(yè)上有了重要的應用，尤其是在鋼鐵工業(yè)中，使復雜的矢量控制技術得以實現(xiàn)，無論是大容量電機還是小容量電機現(xiàn)均可使同步電機或者異步電機實現(xiàn)可逆滑調速。也使交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產中得到廣泛的應用。
可編程控制器（PLC）是集計算機技術和自動控制化技術于一體的新型控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)解決了工業(yè)控制系統(tǒng)中大量開關控制的問題，逐漸取代了耗能多、故障率高的繼電器控制系統(tǒng)。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，還可對控制系統(tǒng)進行監(jiān)控。PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。這種過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。此外，隨著工廠網絡自動化的發(fā)展，PLC可實現(xiàn)通信及聯(lián)網功能，更有助于工業(yè)生產的控制過程的監(jiān)控。如今，PLC技術已經被廣泛應用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保以及文化娛樂等各行各業(yè)。
2.2 計算機在機械和電子控制產業(yè)的應用實例
計算機技術和機械電子控制技術一體化的有機結合，不斷使相關的新技術應用到更多的領域中去，這些應用到的領域已經不再局限于工業(yè)的生產，更多技術是切身關系到我們日常的工作和生活。下面舉幾個具體實例來介紹計算機技術和機電控制相結合的實際應用。
PLC實現(xiàn)了機械手移動工件的控制過程。隨著世界經濟和技術的發(fā)展，人類活動的范圍不斷擴大，機器人的應用正迅速向社會生產和生活的各個領域擴展，并從制造領域轉向非制造領域，各種各樣的機器人產品隨之出現(xiàn)。隨著機器人的生產和大量應用，很多領域，許多單一、重復的機械工作由機器人（也稱機械手）來完成。工業(yè)機器人是一種能進行自動控制的、可重復編程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作機，廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產品的質量與產量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產成本有重要意義。與計算機及網絡技術相結合應用的工業(yè)機器人的廣泛使用正在日益改變著人類的生產和生活方式。
農業(yè)方面，機械作業(yè)過程中駕駛室內的儀表盤正迅速由電子監(jiān)視儀表取代并逐步由單一參數顯示方式向智能化信息顯示終端過渡，以此來改善人機交互界面。這種智能化顯示終端又被稱為虛擬化儀器顯示終端（Virtual Display Terminal），它代表了當代儀器與控制裝置發(fā)展的主流方向。它可通過屏幕任意選擇顯示機組中不同部分的終端信息，在屏幕上按操作者的需求，調用數據庫信息，顯示數據、圖形、語音等多媒體信息。另外，還可以將數據信息動態(tài)存入類似信用卡尺寸大小的高密度智能化數據存儲卡，將農業(yè)作業(yè)過程的數據信息通過智能卡帶回辦公室，由計算機應用高級軟件進行處理。也可以將管理者的決策和操作指令通過智能卡傳送到拖拉機上的智能控制終端，實現(xiàn)自動控制農機的操作。
PLC在自動售貨機中的應用。自動售貨機通過顧客選擇商品開關，投入的硬幣值由PLC驅動數碼管顯示，經過光傳感器識別，通過判斷，進行下一步操作，經過PLC的系統(tǒng)控制和信號輸出完成售賣過程。計算機技術和機電自動控制在自動售貨機中的這項應用極大方便了人們的生活，也使PLC的應用更加廣泛。
交通信號燈系統(tǒng)也是微機軟件應用到電子控制系統(tǒng)中的典型實例。通過主要應用PLC技術控制十字路口的信號燈動作。準確無誤的完成信號燈的變燈動作來控制時間，這項應用更是極大方便了人們日常生活工作的出行。
電腦橫機中計算機技術的應用給機械編織行業(yè)帶來了巨大的變革�，F(xiàn)在的電腦橫機是一種涉及到計算機、機械、電子、控制等諸多領域的復雜系統(tǒng)。電腦橫機的編織是一個極其復雜的過程，最初的橫機是手動橫機，只能勝任比較簡單的編織過程。隨著計算機技術應用到電腦橫機中，通過電腦的自動控制，設計人員可對編織花型進行數字化設計，通過計算機數字直接控制機械的退圈、墊沙、脫圈、彎沙等相應的機械編織動作，由計算機指令控制系統(tǒng)完成整個設計的編織，極大地提高了工業(yè)生產效率。
與機電一體化相關的技術還有很多，并且隨著科學技術的發(fā)展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，以機械技術、微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術是機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
3 總結
在機械生產領域，電子技術和計算機技術的融入發(fā)展，機電一體化的形成是機械工業(yè)中的重要變革。通過不斷發(fā)展的計算機技術，使機電一體化相關的技術在諸多領域中得到了廣泛的應用。
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