制动技术论文大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇制动技术论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

篇（1）

一、EPB与传统手制动相比的优点

1.1EPB系统可以在发动机熄火后自动施加驻车制动。驻车方便、可靠，可防止意外的释放（比如小孩、偷盗等）。

1.2不同驾驶员的力量大小有别，手驻车制动杆的驻车制动可能由此对制动力的实际作用不同。而对于EPB，制动力量是固定的，不会因人而异，出现偏差。

1.3可在紧急状态下组委行车制动用。

二、EPB的功能

2.1基本功能：通过按钮实现传统手刹的静态驻车和静态释放功能。

2.2动态功能：行车时，若不踩踏板刹车，通过EPB按钮，一样也可以实现制动功能。

2.3“熄火控制”模式：当汽车拔钥匙熄火时，自动启用驻车制动，发动机不打火驻车不能解除。

2.4开车释放功能：当驾驶员开车时，踩油门，挂挡后自动解除驻车。

2.5启动约束：点火关闭，释放约束模式（保护儿童），不用操作制动踏板，即可释放约束模式。

2.6紧急释放功能：当电子驻车没电需要解除驻车时，可用专门的释放工具释放驻车。

三、拉线式EPB的组成及各部件的作用

3.1拉线。拉线和传统的驻车系统中拉线所起的作用完全一样，就是把力从EPB总成传递到驻车制动器上实现驻车功能。拉线式EPB有单拉线和双拉线两种。

单、双拉线有各自的优点和缺点。相比较起来双拉线有较大的拉线效率，拉线行程短，但布置没单拉线灵活，产生相同的拉力，控制器需要加载的力大。工作时，双拉线EPB控制器同时带动两根拉线运动，带动制动器驻车，而单拉线时，EPB控制器是只带动了一根拉线，然后通过拉索平衡器此拉线带动后面的两根拉线驻车。

单拉线式样的EPB，一根拉线带动两根拉线的原理为：第一根拉线的芯线在控制器的带动下产生移动，其带动拉线向右移动，然后因为第一根拉线受力弯曲，第一根拉线通过固定在其拉线护套上面的平衡器带动拉线1向左移动，从而实现了一根拉线带动两根拉线移动的目的。

3.2按钮。通过按或者拉按钮控制EPB驻车和解除驻车，按钮上有背景灯，提醒驾驶者是否已工作。

3.3紧急工具。在EPB因断电不工作时，实现驻车解除功能。

3.4电机。EPB工作时的动力来源，由其来带动齿轮机构工作实现驻车。（有人仅靠电子驻车纸面意思可能会担心驻车后，出现没电的情况怎么办？实际上电子驻车只是靠电触发齿轮机构工作，最终使车长时间驻车的还是机械机构，并且国家法规中也明确要求，驻车要用可靠的机械机构来完成）。

3.5齿轮机构。不同厂家EPB的此部分机构的工作原理不一定相同但其作用是一样的。都是力的传递机构，把力由电机齿轮的转动转化成拉线方向上力。其齿轮结构的工作原理如右图电机带动拉线所在的外齿轮机构和内齿轮机构旋转，因为旋转方向相反，带动连接在内外齿轮机构的拉线运动，实现驻车。

3.6ECU和传感器。ECU用来控制EPB对外的信息交流和反馈。传感器用来感应拉力的大小。

四、EPB总成的工作原理和其功能的实现原理

4.1EPB总成的工作原理。拉线式EPB工作原理为：通过开关给ECU一个通断信号，EPB的ECU控制电机进行旋转，然后由内部的齿轮机构把此力输出到拉线上，由拉线带动制动器进行驻车。

4.2EPB各功能的实现原理

（1）基本功能。最基本的功能，静态释放和静态驻车功能，通过按钮驻车和解除驻车此工作原理简单，也就是上面的EPB工作原理。

（2）EPB卖点之一的动态功能。当车在行车状态，速度大于12km/h,若按下EPB按钮，ECU指挥马达带动拉线驻车，当车轮要抱死，有滑移的倾向时，ECU通过CAN得到这个信号后，会使拉线力减小，以便不使车轮抱死，如此循环，直至车停下为止。虽然EPB有此功能，但各个EPB厂家，并不推荐客户把EPB当作行车制动器使用，并且还明确要求客户，此功能只能在常规制动器失效或不可使用踏板的紧急情况下才能使用，这是因为在行车中，驻车制动器启动后，那么就把制动力全部加在后轮，对后制动器的损害是很大的。

（3）“熄火控制”模式。发动机熄火后，通过CAN把此信息传递给ECU，ECU指挥EPB驻车。

（4）EPB的另一卖点功能：开车释放功能。要实现该功能，则EBP系统需要知道驾驶员是否希望车辆开始行驶。对自动挡车辆来说，EPB可以通过变速器信息及油门信息了解车辆状态。然后ECU指挥EPB释放驻车。而对手动挡车辆来说，原有的配置所能提供的信息无法确认驾驶员的期望。为了实现该功能，需要在车辆上加装档位传感器及离合器传感器。

（5）紧急释放功能。用专门开发的紧急释放工具来实现此功能。工具的工作原理为，用专门开发的EPB工具，先插入紧急工具孔，然后旋转，使齿轮旋转带动涡杆移动，解除驻车。有时为了使解除驻车方便，或者不便于使用刚性的紧急释放工具，也可以使用易曲工具，实现过程为：把紧急释放工具由刚性改成可弯曲的易曲工具，然后根据EPB的布置位置，设计合理的导向管，设计导向管的原则为将来在使用工具时比较方便，不需要拆卸其它零件，或者钻到车下。导向管一端，另一端固定死在电子驻车工具孔上，使用时，取出紧急工具，把工具从导向管端插入，顺着导向管，把工具连接到电子驻车上，然后转动工具摇把，即可释放驻车。在开发易曲工具中需要注意的是：1.工具的易曲长度不能太长否则会因工具弯曲端过长而使传递到电子驻车的力矩解除不了驻车。2.导向管扭曲的幅度不能过于大，否则工具在通过导管时的难度就很大，甚至通不过导管。

五、拉线式EPB的布置

5.1EPB的布置

EPB的布置需要注意以下几点：

（1）若EPB布置在车身下，要设计合理的支架，力求把EPB包起来，防止车底下高速飞起的石子打在EPB壳体上。（2）注意保证EPB周围的温度不能过高，要在其工作温度范围内。（3）注意选择合理的缓冲垫来起到防震的效果。（4)EPB位置的选择，要考虑到将来紧急工具使用的方便性。

5.2拉线的布置

拉线的布置需要注意以下几点：

（1）拉线之间的间隙要求，需要满足一定要求。（2）单拉线式。EPB是由一根拉线带动后面两根拉线来实现驻车的，为了实现一根拉线带动二根拉线，所以布置时一定要保证第一根拉线的末端是可移动的，不能在此处做支架给其固定死。

六、结论

EPB是近来研究的重要成果之一。它替代了手驻车制动，用电子按钮实现停车制动，且节省了车厢内部的空间。符合现在消费者们希望在车内安装更多的基本配置和功能的这个趋势。因此设计小巧的EPB倍受青睐。目前电子驻车在国外已应用的比较普遍。在不久的将来电子驻车也会频频装配在中国的汽车上。

参考文献：

舒华，姚国平.汽车电子控制技术.北京．人民交通出版社，2002.

篇（2）

1引言

信息时代的高新技术流向传统产业，引起后者的深刻变革。作为传统产业之一的机械工业，在这场新技术革命冲击下，产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变，微电子技术、微计算机技术的高速发展使信息、智能与机械装置和动力设备相结合，促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命。

随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展，各先进国家的机电一体化产品层出不穷。机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注，它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。

在机电一体化技术迅速发展的同时，运动控制技术作为其关键组成部分，也得到前所未有的大发展，国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。本文主要介绍了全闭环交流伺服驱动技术（FullClosedACServo）、直线电机驱动技术（LinearMotorDriving）、可编程序计算机控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和运动控制卡（MotionControllingBoard）等几项具有代表性的新技术。

2全闭环交流伺服驱动技术

在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中，交流伺服系统的应用越来越广泛，其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流，而且调试、使用十分简单，因而被受青睐。这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统，并充分发挥DSP的高速运算能力，自动完成整个伺服系统的增益调节，甚至可以跟踪负载变化，实时调节系统增益；有的驱动器还具有快速傅立叶变换（FFT）的功能，测算出设备的机械共振点，并通过陷波滤波方式消除机械共振。

一般情况下，这种数字式交流伺服系统大多工作在半闭环的控制方式，即伺服电机上的编码器反馈既作速度环，也作位置环。这种控制方式对于传动链上的间隙及误差不能克服或补偿。为了获得更高的控制精度，应在最终的运动部分安装高精度的检测元件（如：光栅尺、光电编码器等），即实现全闭环控制。比较传统的全闭环控制方法是：伺服系统只接受速度指令，完成速度环的控制，位置环的控制由上位控制器来完成（大多数全闭环的机床数控系统就是这样）。这样大大增加了上位控制器的难度，也限制了伺服系统的推广。目前，国外已出现了一种更完善、可以实现更高精度的全闭环数字式伺服系统，使得高精度自动化设备的实现更为容易。其控制原理如图1所示。

该系统克服了上述半闭环控制系统的缺陷，伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件(如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等)，作为位置环，而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环。这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙（如齿轮间隙、丝杠间隙等），补偿机械传动件的制造误差（如丝杠螺距误差等），实现真正的全闭环位置控制功能，获得较高的定位精度。而且这种全闭环控制均由伺服驱动器来完成，无需增加上位控制器的负担，因而越来越多的行业在其自动化设备的改造和研制中，开始采用这种伺服系统。

3直线电机驱动技术

直线电机在机床进给伺服系统中的应用，近几年来已在世界机床行业得到重视，并在西欧工业发达地区掀起"直线电机热"。

在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。

1.高速响应由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。

2.精度直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。

3.动刚度高由于"直接驱动"，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。

4.速度快、加减速过程短由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500Km/h），所以用在机床进给驱动中，要满足其超高速切削的最大进个速度（要求达60～100M/min或更高）当然是没有问题的。也由于上述"零传动"的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达2～10g（g=9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

5.行程长度不受限制在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。

6.运动动安静、噪音低由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。

7.效率高由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。

直线传动电机的发展也越来越快，在运动控制行业中倍受重视。在国外工业运动控制相对发达的国家已开始推广使用相应的产品，其中美国科尔摩根公司（Kollmorgen）的PLATINNMDDL系列直线电机和SERVOSTARCD系列数字伺服放大器构成一种典型的直线永磁伺服系统，它能提供很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度、较高的定位精度和平滑的无差运动；德国西门子公司、日本三井精机公司、台湾上银科技公司等也开始在其产品中应用直线电机。

4可编程计算机控制器技术

自20世纪60年代末美国第一台可编程序控制器（ProgrammingLogicalController，PLC）问世以来，PLC控制技术已走过了30年的发展历程，尤其是随着近代计算机技术和微电子技术的发展，它已在软硬件技术方面远远走出了当初的"顺序控制"的雏形阶段。可编程计算机控制器（PCC）就是代表这一发展趋势的新一代可编程控制器。

与传统的PLC相比较，PCC最大的特点在于它类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计。传统的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道的状态采集与刷新。这样处理方式直接导致了PLC的"控制速度"依赖于应用程序的大小，这一结果无疑是同I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。PCC的系统软件完美地解决了这一问题，它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，这样应用程序的运行周期则与程序长短无关，而是由操作系统的循环周期决定。由此，它将应用程序的扫描周期同外部的控制周期区别开来，满足了实时控制的要求。当然，这种控制周期可以在CPU运算能力允许的前提下，按照用户的实际要求，任意修改。

基于这样的操作系统，PCC的应用程序由多任务模块构成，给工程项目应用软件的开发带来很大的便利。因为这样可以方便地按照控制项目中各部分不同的功能要求，如运动控制、数据采集、报警、PID调节运算、通信控制等，分别编制出控制程序模块（任务），这些模块既独立运行，数据间又保持一定的相互关联，这些模块经过分步骤的独立编制和调试之后，可一同下载至PCC的CPU中，在多任务操作系统的调度管理下并行运行，共同实现项目的控制要求。

PCC在工业控制中强大的功能优势，体现了可编程控制器与工业控制计算机及DCS（分布式工业控制系统）技术互相融合的发展潮流，虽然这还是一项较为年轻的技术，但在其越来越多的应用领域中，它正日益显示出不可低估的发展潜力。

5运动控制卡

运动控制卡是一种基于工业PC机、用于各种运动控制场合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制单元。它的出现主要是因为：（1）为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求；（2）在各种工业设备（如包装机械、印刷机械等）、国防装备（如跟踪定位系统等）、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台；（3）PC机在各种工业现场的广泛应用，也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。

运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地，运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；控制卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。

篇（3）

1引言

信息时代的高新技术流向传统产业，引起后者的深刻变革。作为传统产业之一的机械工业，在这场新技术革命冲击下，产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变，微电子技术、微计算机技术的高速发展使信息、智能与机械装置和动力设备相结合，促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命。

随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展，各先进国家的机电一体化产品层出不穷。机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注，它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。

在机电一体化技术迅速发展的同时，运动控制技术作为其关键组成部分，也得到前所未有的大发展，国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。本文主要介绍了全闭环交流伺服驱动技术（FullClosedACServo）、直线电机驱动技术（LinearMotorDriving）、可编程序计算机控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和运动控制卡（MotionControllingBoard）等几项具有代表性的新技术。

2全闭环交流伺服驱动技术

在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中，交流伺服系统的应用越来越广泛，其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流，而且调试、使用十分简单，因而被受青睐。这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统，并充分发挥DSP的高速运算能力，自动完成整个伺服系统的增益调节，甚至可以跟踪负载变化，实时调节系统增益；有的驱动器还具有快速傅立叶变换（FFT）的功能，测算出设备的机械共振点，并通过陷波滤波方式消除机械共振。

一般情况下，这种数字式交流伺服系统大多工作在半闭环的控制方式，即伺服电机上的编码器反馈既作速度环，也作位置环。这种控制方式对于传动链上的间隙及误差不能克服或补偿。为了获得更高的控制精度，应在最终的运动部分安装高精度的检测元件（如：光栅尺、光电编码器等），即实现全闭环控制。比较传统的全闭环控制方法是：伺服系统只接受速度指令，完成速度环的控制，位置环的控制由上位控制器来完成（大多数全闭环的机床数控系统就是这样）。这样大大增加了上位控制器的难度，也限制了伺服系统的推广。目前，国外已出现了一种更完善、可以实现更高精度的全闭环数字式伺服系统，使得高精度自动化设备的实现更为容易。其控制原理如图1所示。

该系统克服了上述半闭环控制系统的缺陷，伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件(如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等)，作为位置环，而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环。这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙（如齿轮间隙、丝杠间隙等），补偿机械传动件的制造误差（如丝杠螺距误差等），实现真正的全闭环位置控制功能，获得较高的定位精度。而且这种全闭环控制均由伺服驱动器来完成，无需增加上位控制器的负担，因而越来越多的行业在其自动化设备的改造和研制中，开始采用这种伺服系统。

3直线电机驱动技术

直线电机在机床进给伺服系统中的应用，近几年来已在世界机床行业得到重视，并在西欧工业发达地区掀起"直线电机热"。

在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。

1.高速响应由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。

2.精度直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。

3.动刚度高由于"直接驱动"，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。

4.速度快、加减速过程短由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500Km/h），所以用在机床进给驱动中，要满足其超高速切削的最大进个速度（要求达60～100M/min或更高）当然是没有问题的。也由于上述"零传动"的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达2～10g（g=9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

5.行程长度不受限制在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。

6.运动动安静、噪音低由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。

7.效率高由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。

直线传动电机的发展也越来越快，在运动控制行业中倍受重视。在国外工业运动控制相对发达的国家已开始推广使用相应的产品，其中美国科尔摩根公司（Kollmorgen）的PLATINNMDDL系列直线电机和SERVOSTARCD系列数字伺服放大器构成一种典型的直线永磁伺服系统，它能提供很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度、较高的定位精度和平滑的无差运动；德国西门子公司、日本三井精机公司、台湾上银科技公司等也开始在其产品中应用直线电机。

4可编程计算机控制器技术

自20世纪60年代末美国第一台可编程序控制器（ProgrammingLogicalController，PLC）问世以来，PLC控制技术已走过了30年的发展历程，尤其是随着近代计算机技术和微电子技术的发展，它已在软硬件技术方面远远走出了当初的"顺序控制"的雏形阶段。可编程计算机控制器（PCC）就是代表这一发展趋势的新一代可编程控制器。

与传统的PLC相比较，PCC最大的特点在于它类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计。传统的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道的状态采集与刷新。这样处理方式直接导致了PLC的"控制速度"依赖于应用程序的大小，这一结果无疑是同I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。PCC的系统软件完美地解决了这一问题，它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，这样应用程序的运行周期则与程序长短无关，而是由操作系统的循环周期决定。由此，它将应用程序的扫描周期同外部的控制周期区别开来，满足了实时控制的要求。当然，这种控制周期可以在CPU运算能力允许的前提下，按照用户的实际要求，任意修改。

基于这样的操作系统，PCC的应用程序由多任务模块构成，给工程项目应用软件的开发带来很大的便利。因为这样可以方便地按照控制项目中各部分不同的功能要求，如运动控制、数据采集、报警、PID调节运算、通信控制等，分别编制出控制程序模块（任务），这些模块既独立运行，数据间又保持一定的相互关联，这些模块经过分步骤的独立编制和调试之后，可一同下载至PCC的CPU中，在多任务操作系统的调度管理下并行运行，共同实现项目的控制要求。

PCC在工业控制中强大的功能优势，体现了可编程控制器与工业控制计算机及DCS（分布式工业控制系统）技术互相融合的发展潮流，虽然这还是一项较为年轻的技术，但在其越来越多的应用领域中，它正日益显示出不可低估的发展潜力。

5运动控制卡

运动控制卡是一种基于工业PC机、用于各种运动控制场合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制单元。它的出现主要是因为：（1）为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求；（2）在各种工业设备（如包装机械、印刷机械等）、国防装备（如跟踪定位系统等）、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台；（3）PC机在各种工业现场的广泛应用，也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。

运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地，运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；控制卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。

篇（4）

2我国机械设计制造自动化技术发展的现状分析

机械设计制造以及实现工业生产的自动化需要做很多的准备工作，其中包括要拥有良好的产品设计模块、保证产品的加工具有系统性、对于产品的销售要具有规划和策略，同时对现有机械制造体系进行整体的改造和完善，保证行业能够具有一定的竞争力，在国际竞争市场中可以站稳脚步。机械设计制造以及自动化的实现离不开先进技术的支持，对于发达国家而言该技术已经较为成熟，但我国目前能处于发展阶段，相应的技术体系还需要进一步完善。针对我国目前机械制造及自动化工业发展的实际情况而言，我国一直都在加强对其的研究力度，具体的来说，CIMS技术在我国的应用越来越为广泛，我国目前建有很多关于该技术的实验室，并且通过一定的实际操作对该技术体系不断进行改良和完善，我国先后开展了很多关于CIMS技术的研究项目，对CIMS工程软件不断进行更新，优化。机械设计制造行业与IMS软件有着很大的联系，可以说二者相互影响，相互制约，因为会涉及到企业产品设计自动化的实现，工艺设计自动化的实现。加强对制造业质量技术的改善，建立良好的信息数据库，可以为我国机械制造行业经济的发展增加源源不断的动力。目前我国仍有许多机械制造企业的管理信息系统存在很多缺陷，导致先进的CAD技术不能与企业的机械制造相融合，最总导致企业的自动化生产水平不高，数控机床技术的广泛应用，制造行业的技术和设备也需要进行一场巨大的更新。二十一世纪是信息时代，也是机械制造领域需要大跨步的时代，一方面给我国国名经济的发展带来了巨大的机遇，另一方面也对我国机械制造行业的发展带来了巨大的冲击，因为我国机械制造领域的自动化水平与西方发达国家相比较仍有一定的差距，如果不能够改变成产技术落后，制备工艺落后的现状，则会对我国工业的国际市场竞争力带来极其不良的影响。可以说实现全球化、科学化、自动化等模式是我国机械设计制造领域发展的必然趋势。

3关于机械设计制造及其自动化技术应用环节的多元化分析

3.1机械设计制造及其自动化技术的应用趋势

为了保证我国机械制造企业的长期发展，落实好基础环节的自动化模块是非常必要的，从而进行机械加工体系的健全，进行可编程控制器、工业机器人的有效应用，立足于我国经济的发展情况，进行制造业基础工作体系的健全，实现其内部各个环节的协调，以应对机械设计及其制造的国际化潮流。在当今国际科技应用背景下，进行先进性的制造技术的应用是必要的，这涉及到机械制造自动化技术、信息技术、传感技术等的应用，保证现代系统管理体系的健全，积极做好相关的生产组织管理工作，进行高新技术的普及，让制造及其自动化技术真正实现其系统性、整体性，从而保证我国制造业国际竞争力的提升。这对于机械制造成本提出了更高的要求，其产品开发模块、工艺设计模块、加工制造模块等面临着巨大的挑战。如何做好机械制造体系的整体性应用工作，这是当下制造业发展所必须要解决的问题。机械制造业的市场竞争核心，就是生产率的提升，保证其市场全球化的拓展，进行劳动生产率提升，进行生产成本的控制，保证其制造成本、制造质量等的优化，这离不开对先进机械制造及其自动化技术的更新。

篇（5）

第一代的移动通信技术最早是在二十世纪八十年代左右出现的，它经历了大概十几年的发展时间，在上世纪九十年展结束。它的技术特点主要有以下几个方面，它的智能化技术很差，业务量较小、没有很好的通信技术、安全性不高、运行起来很慢而且没有设定加密的功能。在这一代移动通信系统中，主要采用的是模拟传输技术，所以传输的效果很差，而且在传输中会被其他因素影响，抗干扰力很差。那个时期，人们的生活水平并不高，生活也不丰富。所以，只有一少部分人能够使用这种移动通信设备，并没有得到广泛的使用。因此，人们并没有十分关注这种通信技术的发展。

第二代移动通信技术的特征

第二代的移动通信系统即2G技术，最开始是从二十世纪九十年代初期出现的，这种技术的出现主要是为了弥补第一代移动通信系统中存在的缺陷，并且扩展相应的功能。第二代移动通信系统的主要内容是网络应用逻辑更强，采用立即计费的方式，支持最佳路由，00/1800双频段，话语编解码等是完全兼容的而且速率更强，频率结构使用的是更高的加密技术，并且在这一代的通信技术中还应用了智能天线技术和双频段技术等。这样就满足了人们日益增长的需求，使业务数量持续的增长。移动通信技术所存在的GSM系统容量不足的缺陷，使GSM功能不断地得到改善和增强，具备了初步支持多媒体业务的能力。虽然第二代移动通信技术，在发展的过程中不断地得到较好的完善，但是2G的移动通信系统，随着用户和网络规模的不断扩大，频率资源也己经适应不了，移动通信业务发展的需求，呈现供不应求的趋式，频率资源也占有率也接近于枯竭，移动通信的语音质量，也不能达到用户所要求的高质量的标准，对于数据通信速率太低，这个2G无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需求。

第三代移动通信技术

第三代移动通信系统技术，主要是在话音和数据通信速率等方面得到有效的改进，通信码率能够达到384kb/s，第三代移动通信系统，也就是通常所说的3G，是现阶段正在全力开发的移动通信的系统，这一代移动通信的系统，已经具备了最基本智能特征，应用了智能信号处理技术，智能信号处理单元，多媒体数据通信和话音支持的技术，能够提供跟前两代产品相比，所不能提供的多种宽带信息业务，第三代移动通信技术具备慢速图像、高速数据、电视图像等功能。传输速率也比前两代，移动通信技术有高质量的提高，传输速率在用户静止时，移动通信速率最大为2Mbps，在用户高速移动时，移动通信速率最大支持144Kbps，所占频带宽度为5MHz左右。但是，就目前的第三代3G移动通信系统，通信标准总共有三大类CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA，共同组成3G移动通信IMT2000的体系，它们彼此之间存在相互兼容的问题，这就意味着从根本上来说，当前已有的移动通信系统，并不是真正的个人通信和全球通信系统。再进一步地说，目前的3G移动通信系统的频谱利用率还相当地低，并没有充分地利用频谱资源，达到普及和推广3G移动通信的业务，留下了很大的发展智能移动通信技术的空间。根据移动通信市场发展的需要，和3G移动通信所存在的一些欠缺，目前国际上有不少国家，已经开始研究第四代移动通信系统。也就是我们将要面对的4G移动通信智能系统，这一代移动通信技术，将从根本上弥补前三代移动通信所存在的不足，成为移动通信系统又一个闪光的亮点，在不断地研究和发展中，让更多的用户认识和接受。

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二、智能化技术的应用优势

（一）免去了控制模型的建立

在电气工程的传统工作中，自动化系统控制的实现必须有控制模型的建立。但是，在实际的操作中，被控制对象往往需要十分复杂的动态方程，这就影响了精确效果的获得。由此，在设计对象模型的环节中，经常会遇到无法科学预测、无法准确估量的一系列困难。然而，智能化系统的出现，使这些困难得到了较好解决，极大促进了工作效率的提升，同时对于一些不可控制的因素，也实现了较好的控制，大大提升了自动化控制器的准确性。

（二）实现了便捷的电气系统控制

智能化控制器的实际应用实现了更加便捷的电气系统控制，随时都可以完成对系统控制程度的有效调整，极大提升了系统的整体工作性能，是对自动化控制顺利实现的进一步保障。从这一项优势中就可以看到，和传统的自动化控制器相比较，在任何条件下，智能化控制器都具有更加完善的调解控制功能，在电气工程的自动化实践应用中占据优势。

（三）实现了一致性的智能化控制

在自动化控制中的数据处理环节，智能化控制器可以实现一致性的智能化控制，很好解决了不同数据的处理困难。而且，在自动化控制的标准执行上，即使遇到陌生的数据，也依旧可以获得具有较高准确度的估计。但是，如果发现智能化控制器在实际的应用中没有发挥出理想的效果，一定要全面排查工程的各个细节，细致地进行分析，不能盲目的否定智能化控制技术。

三、智能化技术的实践应用

（一）系统病因诊断

在电气工程诊断工作中，采用传统的人工手段具有较强的复杂性，虽然对工作人员要求十分严格，但是也无法获得较为准确的诊断病因。在电气工程工作中，实现自动化控制的过程中经常会遇到一些如设备、数据等方面的问题，这是不可能避免的，采用传统的人工诊断办法不能确保病因处理的及时性，而且处理效果也不佳。但是，智能化技术的广泛应用，使得自动化控制工作的诊断效率得到大幅度提升。而且，定时检测诊断应用，有效避免了一些不必要的问题。

（二）系统设计优化

在电气工程发展中，传统的工程设计需要工作人员进行多次重复的实验操作和改良，而且，在这一工作过程中，对工作人员的工作素质也有着较高的要求，既需要工作人员掌握一定的专业设计知识，还需要工作人员能够很好的将知识理论应用于实践工作中。但是，在实际的设计工作中，工作人员往往不能做到全面的考虑，经常会漏掉一些具体的问题。所以，一旦发现复杂问题，很多情况下都不能做到及时解决。而智能化技术的出现，较好解决了这一问题。设计工作可以借助于计算机网络完成，也可以借助于相关的软件完成，既保证了设计中数据的准确性，也实现了设计样式的丰富化，更能够做到对复杂问题的及时处理，较好保证了自动化控制的稳定性。

（三）系统的自动化控制

在电气工程中，智能化技术可以应用于多个控制环节，能够很好的实现整体性的自动化控制。智能化技术的主要控制工作是借助于三种手段实现的，一是模糊控制，二是专家系统控制，三是神经网络控制。运用这三种控制手段，极大提升了自动化控制效率，使远距离的自动化控制成为可能，增强了对电气系统的运行反馈。特别是神经网络控制，能够实现算法的反向学习，在信号处理方面得到了较大应用。

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2机械制造与自动化中数控技术的应用

数控技术在机械制造与自动化上应用广泛，本文主要从航空业，机床设备，工业生产领域论述数控技术的应用。

2.1航空业的应用

随着经济的发展，飞机对于普通大众来说不再是奢侈的出行工具，航空业发展进入了一个新的阶段，和发达国家相比，我国的航空业仍然存在着不小的差距，但是这种差距在逐渐的缩小。航空业是高新技术产业，在航空业中，数控技术的应用大大的提高了航空零件生产的效率，促进了航空业的发展。

2.2机床设备中的应用

数控技术是机床设备生产中的重要组成部分，在机床设备生产中扮演着重要的角色。数控技术以其独特的优越性，在一些精密零件的生产中被广泛的应用。数控技术的应用能够提高机床设备零件加工的精度和机床设备行业整体的水平。在这种情况下，出现了数控机床设备，将最初由人工的操作变成由数控操作，在运行的时候工作人员只需把各种指令参数输入到设备里，数控就能够正常工作运行，相比人工而言，数控技术生产出来的零件质量和速度明显高于人工。数控技术的应用，很大程度的提高了机床设备的的质量和速度。

2.3工业生产领域的应用

有些工业的工作环境较差，危险性较高。数控技术的应用，有效的改善了这些情况，切实的保护好工人的人身安全。在工业生产领域中，比如煤矿开采工业，在过去煤矿生产具有很高的危险性，许多煤矿工人在工作时，要冒着巨大的生命危险，随着科技的进步，在采用数控技术之后，这种情况大为改善，数控技术的使用，将一些危险系数较高的工作交给数控设备有很多工作风险度较高，数控设备只需要按照所输入的指令进行工作即可。一旦在运行过程中发生故障，工作人员也能够及时的进行排除，降低的工人工作的危险性，数量以及生产成本。

3机械制造与自动化技术的发展趋势

机械制造与自动化技术成产的产品种类较多，研究标准统一的机械化各种接口是极其复杂的，使用起来比较麻烦，必须要根据不同的型号的接口及时的进行更换。为此，很有必要生产统一标准的接口。目前，有些机械制造零件体积较大，虽然能够正常的进行各项工作，但是搬运起来极不方便，因此研究微型的机械极其重要。过去，在机械制造与自动化发展上，大量的资源被浪费，人们很长一段时间没有意识到这个问题的严重性。资源是固定的同时还会造成环境的污染，大量资源的浪费必然导致资源的紧缺。如今，人们意识到环境和资源的重要性，因此，机械制造在今后的发展过程中，应该不断的提高自身的技术，最大限度的利用现有的资源，除此之外，还要对一些环节进行改进，从而减少对环境的污染，做到清洁生产，对于废弃的资源，也要充分的回收利用，从而真正的做到在生产过程中的最大绿色经济效益。目前，在机械制造与自动化技术上，还需要一定的人力，但是，我们一定要坚信，时代是前进的，在不远的将来，机械制造与自动化技术能够真正的实现自主操作，在机械制造中，发挥重要作用。

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1．1动力学控制变换工艺动力学控制变换工艺流程见图2。粗合成气全量进入1＃低压蒸汽发生器副产低压蒸汽，同时调整水气比至约0．55后，经气气换热器升温进入第一变换炉进行变换反应，出口气体经换热后，进入1＃中压蒸汽发生器副产中压蒸汽，降温后进入第二变换炉继续变换反应，出第二变换炉变换气进入2＃中压蒸汽发生器副产中压蒸汽后，与第一变换炉出口跨线变换气混合，调整出装置工艺气H2／CO，混合工艺气依次进入2＃低压蒸汽发生器、锅炉给水预热器、脱盐水预热器回收热量。动力学控制变换工艺通过适当减少第一变换炉中的催化剂，即控制催化剂装填量的办法，能达到控制床层热点温度从而达到控制反应深度的目的［6］。但是，由于CO浓度和水气比都高，反应的推动力太大，催化剂的装填量只要有少量的变化，就会明显影响床层的热点温度，因此催化剂的用量必须准确，否则会因为反应深度的增加而造成床层“飞温”的不良结果。如果催化剂的装填量固定不变，则在装置开车初期，负荷小或气量波动时，催化剂装填量势必富余，导致粗合成气反应深度加大而超温。运用一种新开发的分层进气变换反应器技术，当生产装置运行负荷低时，气体只经过下层进行变换反应，可以避免因为催化剂装填富余，CO过度反应使床层超温；当生产装置运行正常时，气体可以全部从上段进入或者上段和下段同时进入，以此来满足生产要求。该工艺主要缺点是：变换反应温度控制的影响因素较多，催化剂的装填量、原料气负荷、水气比的波动均影响反应温度，操作控制系统设计较复杂。

1．2热力学控制变换工艺热力学控制变换工艺流程见图3。粗合成气首先分为两路，一路进入1＃低压蒸汽发生器副产低压蒸汽，同时调整水气比至约0．25后，经气气换热器升温进入第一变换炉进行变换反应，出口气体经换热后，进入1＃中压蒸汽发生器副产中压蒸汽，降温后与另一路粗合成气汇合后经脱毒槽进入第二变换炉继续变换反应，出第二变换炉变换气依次进入中压蒸汽过热器、2＃中压蒸汽发生器、2＃低压蒸汽发生器、锅炉给水预热器、脱盐水预热器回收热量。热力学控制变换工艺在粗合成气主路设置非变换旁路跨越第一变换炉，再与另一路经第一变换炉的低含水量变换气混合后进入第二变换炉反应，可稳定调控水气比，且无需补充蒸汽调整水气比，节约能耗效果显著。第一、二变换炉催化剂装填量均为足量，都按照接近反应平衡控制变换深度进行设计，结合粗合成气旁路、主路流量比值控制及第一变换炉之前设置蒸汽发生器，运行负荷变化时不需要调整；且由于反应平衡控制的特点，在不同运行负荷下第一变换炉发生甲烷化反应的风险很小。该流程应注意的是，运行过程特别是开工导气初期，由于操作或调整不当出现水气比过低而容易导致甲烷化超温发生。此时可根据床层温度适当调整第一变换炉水气比，控制床层热点温度不高于380℃，避免甲烷化的发生。在运行末期，可以通过适当减小进入第一变换炉的气量或者适当提高第一变换炉反应器入口的水气比，来维持较高的CO转化率，使装置仍能够稳定运行。此工艺操作过程简单，兼顾了第一、二变换炉反应器的温度控制和水气比要求，既很好地控制了第一变换炉反应器的热点温度，又使第二变换炉反应器入口气体在降温的同时提高了水气比。

2分析比较

两种工艺有相似之处，即均采用了降低原料粗合成气中水气比的方法。究其原因，一方面制甲醇其水气比是过剩的，节能效果显著；另一方面可以降低变换反应的剧烈程度，增强了装置的稳定性和可操作性。不同的是第一变换炉变换反应控温方式的差异，动力学控制变换工艺是减少催化剂装填量，使变换未反应完全即送出第一变换炉，而热力学控制变换工艺是变换反应达到平衡后送出第一变换炉。

2．1技术参数表1是两种工艺的主要技术参数对比，从表1中可知，两种工艺均能满足生产要求。两种工艺经废热锅炉后，降低第一变换炉进口的水气比，因各自控温方式的不同而产生较大差异。且2个变换炉进口温度、床层热点温度呈现出不同的高低分布。动力学控制变换工艺2个炉进口温度均较高，床层热点温度前高后低。热力学控制变换工艺2个炉进口温度均较低，床层热点温度前低后高。比较而言，较低的进口温度有利于催化剂的升温还原操作和使用寿命的延长，也便于换热流程的组建，而且变换工艺的控温关键是第一变换炉，第一变换炉较低的床层热点温度可以更有效避免甲烷化的发生。由于两种工艺变换炉热点温度的差异，换热流程从热量有效利用的角度考虑，中压蒸汽过热器设置位置不同，动力学控制变换工艺中，中压蒸汽过热器直接设置在了第一变换炉出口，而热力学控制变换工艺则设置在了第二变换炉出口。

2．2能耗表2是两种工艺的主要消耗对比。当生产规模一定时，不同变换工艺的能耗主要体现在蒸汽和工艺余热上。由表2可知，两种工艺副产的蒸汽基本相当，低温位工艺余热、冷凝液总量、循环冷却水水量，热力学控制变换工艺略多，此结果是由于热力学控制工艺进入变换系统的总水气比略高于动力学控制工艺。两种工艺均采用了前置废热锅炉，并且后续不补充蒸汽或水，变换深度相当，变换产生的整体热量和冷凝液基本相同，只是热量及冷凝液的分配有所不同，故由表2可看出两方案能耗相当。

2．3投资两种工艺主要设备投资费用见表3。可以看出，变换炉费用因两种工艺催化剂装量的不同存在较大差异；各换热设备因两种工艺换热流程、参与换热工艺气气量、平均传热温差等因素存在明显差异。虽然热力学控制变换工艺多设置一台脱毒槽，但动力学控制变换工艺主要设备投资费用比热力学控制变换工艺多。两种变换工艺中，第一变换炉催化剂设计使用寿命均为2a，第二变换炉催化剂设计寿命为4a，脱毒槽吸附剂设计使用寿命为4a。综合以上几方面的分析比较，两种变换工艺均能满足生产要求，能耗相当，在操作稳定性和主要设备投资方面，热力学控制变换工艺优于动力学控制变换工艺。

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2自动化技术在机械制造中的应用

1）信息自动化。信息自动化主要是依托于计算机技术而形成的，其中主要包括辅助制造、辅助设计、工艺辅助设计、数据库系统管理等。辅助制造指在产品生产过程中采用数值控制技术来实现自动化应用，进而完成产品的生产，也被称为数控技术；辅助设计是指采用计算机设计软件来完成对产品的创意、设计、建模、参数值评测等，并且对机械构件实现精确测量；工艺辅助设计则是辅助制造和辅助设计的纽带，能够有效提高工艺生产的效率，并使之实现优化和提升；产品数据库系统管理则是采用计算技术来实现对储入库，进而实现信息数据的系统化管理。

2）物资供输自动化。物资供输是对品生产的原材料进行运输和调配的过程，其物资供输自动化则是采用自动化手段来完成物资的运输和调配，是自动化在机械领域中得到应用的细分体现，其中涉及自动化设备、自动化装置、自动化物资输送、自动化软件等。

3）生产自动化。生产自动化能够从机械制造加工方面得以体现，可以实现机械组件的自动化装卸，这种自动化装卸在系统不发生故障的情况下可以循环重复进行，有效降低人力使用成本，并且能够降低由于人为因素所造成的失误，提升产品的合格率，大幅提升了产品的质量。

4）设备装配自动化。设备装配自动化是将整个装配流程输入到数控设备中，通过计算机来完成对机械的操作，按照特定的规格、形状制成配件，同时还能够完成一系列组装、调试、验收等工作，是一条能够自动完成机械装配的自动化流水线。在机械制造业中，设备装备拥有比较重要的地位，而自动化设备能够协助完成接卸装配，使很多繁琐的人工装配能够用机械替代完成，极大地提高机械生产效率，是现代化机械制造的重要组成部分。

5）检测自动化。自动化装配完成的零件或设备需要对其进行检测，而自动化检测则能够很好的完成这项工作。针对新型材料、零部件和复杂的工艺加工产品，在机械制造也中采用人工进行检测难度非常大，而且效率极低，已经不能满足当前机械制造与生产的要求，检测自动化被应用到机械制造是一种必然趋势，采用多种检测技术来对机械制造出的产品进行检测，其中包括电流信号、时序错排、人工神经网络和其他更为智能的设备诊断技术。

3自动化技术在机械制造中的应用发展趋势

1）高度集成化。将自动化应用在机械制造领域，首要解决的问题就是实现制造技术的高度集成化。集成化是一种生产模式，能够将多种生产内容按照一定的顺序来形成流水作业，对制造生产工作进行整合，并在计算机技术的基础上来实现和完成机械制造的自动化，并将其细分到各个子系统中，如自动化信息系统、自动化制造系统、自动化管理系统等，相互子系统之间分工协作，形成一套拥有高集成度的机械制造自动化系统。

2）智能化。机械制造是由手工制造发展转变而来的，传统简单的机械制造技术无法满足新时代的要求，依托于先进的计算机科学所构建的智能化系统能够实现机械加工的集成化、系统化、流程化作业，打破传统机械生产的局限，引入高效能的功能体系，结合计算机信息技术来实现系统的集成和整合，使之成为一个整体，力求实现全自动的智能化生产。智能制造就是将人工智能技术引入到机械制造中，同时在自动化基础上实现更加现代化的机械制造，使相互之间的技术能够相互渗透和共融，能够运用计算机来对机械制造进行分析和决策，模拟人的思维来模仿和代替人的工作。此外，相较于专家智慧，智能化机械制造能够完成专家无法完成的对自身进行监视，及时发现错误并进行调整和改进，同时还能对任务进行预设，不断调节自身参数获得最佳状态，不受情绪的影响等优势。可见，智能化系统相较于人工智能要更高一层。

3）虚拟化。虚拟化指采用计算机技术来使机械产品能够在现实中完成完全模拟，进而提升产品质量，提高工作效率。比如，机械制造过程中应用计算机模拟仿真技术和信息控制技术，能够更好的对计算机的控制过程进行模拟，发现其中所存在的问题，进而在实际工作中避免出现类似错误。利用虚拟化能够大幅提高产品设计和研发的周期，保证产品质量，进而提升在市场中的竞争力。

4）柔性自动化。现代机械制造业的发展要求企业在市场应变能力上要更为灵活，对客户的反馈有快速捕捉并对产品加以改进的能力，因而要根据市场需求的内外部环境条件来有针对性的进行部件更新，对产品生产结构进行调整或改变机械制造种类等，对此，采用柔性自动化技术是最佳的选择。利用计算机技术来构建人机交互界面，并结合自动化技术构建一个拥有柔性自动化的信息管理系统，为获得更高的效益和利润提供保障。柔性自动化系统中并不完全是自动化设备，也存在普通设备，只是在个别环节上可以进行人为介入，以提升机械制造的作业效率。柔性自动化所要实现的目标就是使产品生产能够更好的满足市场需求，提升市场竞争力。与此同时，采用柔性自动化能够拉近机械设置、机械生产、机械制造之间的关系，使集成化程度更高，大幅提升自动化技术应用背景下机械制造的效率。

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2智能化技术优势

在智能化的发展过程中，其相对于自动化的优势逐渐凸显出来。智能化技术应用到电气自动化中，能够更好的推动自动化技术向着更高效、更快速、更精确的方向发展。首先，智能技术的应用，使得电气自动化技术能够实现在运行过程中的动静结合控制，使得生产能够更加具有高效性，不断提高电气自动化技术的发展。其次，智能化技术的运用还能够迎合每位用户的需求，针对不同用户的不同需求进行设置，使得电气自动化本身能够更好的满足更多数人的需要。实现这种需求主要是依靠智能化的柔性系统控制作用，在生产过程中能够控制生产参数，实现模块化的时机理念。此外，在更为复杂的技术运用时，智能化技术能够使得实际应用中多程序和复杂化加工的实现成为可能。

3智能化技术的应用

3.1电气产品优化设计

为保证电气产品的市场竞争力，产品需要不断的更新和发展，才能不断满足人们日益增长的需求。对于电气产品的优化更新是一项繁琐复杂的过程，其设计需要投入大量的人力和物力，耗费的财力也是相当巨大的，对于优化的内容主要包含以下几个方面：第一，在理论知识方面需要优化更新。理论知识是指导产品优化设计的基础，是一切工作的前提。第二，产品的优化还需要足够的经验知识。丰富的经验知识是进行产品优化设计的保障。在传统的电气产品的设计过程中，要想进行产品的优化，必须进行大量的实验，并且还需要凭借经验进行综合验证，如果没有足够的财力物力支持，或者相应的经验没有达到相关的要求，就很难实现电气产品的优化设计。即使各方面都能达到相应的要求，所设计出的方案也并不能完全达到要求。但是随着智能化技术在电气自动化领域中的应用，对于电气产品的优化设计也有了全新的技术支持，不是凭借从前的经验进行，人工智能化使得计算机自动化技术就能完成相应的设计。计算机智能化的投入，使得电气产品的优化设计逐渐简单化，不仅大大降低了成本的投入，大大缩短了研发的时间，而且还使产品更能适应市场发展的需求，为电气自动化技术的发展提供了保障。

3.2人工智能控制技术

在电气自动化技术的不断发展过程中，人工智能控制技术的应用和发展已成为其优化的必经之路，人工智能技术也将逐步成为未来发展过程中的新兴力量。对于人工智能的控制，目前阶段较为常用和有效的三种控制方式主要指的是模糊控制、神经网络控制和专家系统控制。人工智能控制的运用，能够使得生产经营过程中出现的问题得到及时的解决，其在线经营模式加快了问题的处理速度，能够提高生产效率。在生产经营过程中，人工智能控制技术能够对每个设备的运行情况进行实时监控，并将收集到的信息进行及时的采集处理，在第一时间发现故障并采取相应的措施进行解决。

3.3故障的诊断电气设备

由于其特殊的性质，同普通设备相比更具有复杂性和非线性的特点，因此其诊断和维修更为复杂。采用传统的方式进行故障的诊断，不仅诊断效率较为低下，还造成人力物力的浪费，因此，采用智能技术进行电气故障的诊断显得十分有必要。人工智能技术在电气诊断方面的应用，不仅能够使得诊断的效率大大提高，还会使得诊断的差错率降低，推动力电气自动化技术的发展。在对电动机进行诊断的过程中，智能技术的应用，能够使得神经网络和模糊逻辑进行结合，诊断更具有高效性和准确性。

4智能化应用的发展趋势

4.1主站体系的规模

不断扩大对于主站而言，在其发展过程中，所能够接收到的信息范围不断扩大，覆盖面积更加广泛，因此，在发展过程中逐渐向着规模不断扩大的方向发展。主站在其开放性、安全性以及稳定性等方面，对于软件都有突出的要求。因此，在主站智能化的建设过程中，不仅要保证其规模的扩大，在规模扩大的过程中还要保证其安全性和稳定性。

4.2应用的复杂程度不断的提高

主站规模的不断扩大，使得对电力调度的实用性的要求也将逐步增加。电力自动化智能技术的不断提升，还要体现在企业的管理和运营上。应用的复杂程度不断提高，就要求在数据的源头也要相应跟上应用程序的要求，源头努力做好多样化和复杂化的处理，还要在应用的程序中体现出独具特色的运行和管理模式。

4.3增强电力调度

自动化主站体系的交互电力自动化主站体系的交互已经从开始的单一化的模式逐步向着多元化的模式发展起来，信息的流向也不再是从前的单一流向，也逐渐向着多向流动的趋势发展。主体系统的发展不断带动着各个子系统壮大，子系统的不断发展推动力各系统间耦合性提升，信息交互也由原来的单一模式逐步向多元化的方向发展，不断实现信息的交互和共享。

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引言

本文所设计的全数字电动执行器，是在湘仪电子电器设备厂的9610R系列的全电子式电动执行器的电机驱动电路基础上所做出的进一步的改进。我们将控制部分用基于80C196单片机的数字控制代替原有的模拟控制，以提高具控制的精度与运行的可靠性。同时，为方便调试，增加了红外遥控的功能和基于CAN总线的通信功能，以适应现代工业控制的需要。

1原全电子式电动执行器的特点

原9610R系列的全电子式电动执行器是以220V交流单向电源作为驱动电源，驱动电机采用单向交流电机，位置反馈采用高性能导电塑料电位器。

伺服放大器的原理如图1所示。

①当UY=0时，

K_=Uo/Ux=-[(R4+R5)/R5]×(R6/R1)

②当Ux=0时，

K+=Uo/UY=[R3/(R2+R3)]×[(R4+R5)/R5]×(1+R6/R1)

根据线性叠加原理，Uo=K+UY+K_UX。

由上可知，由于电阻很难做到完全匹配，所以原9610R电动执行器存在着电机正反转不对称的问题。电机驱动电路如图2所示。

图2中，Uo为从伺服放大器来的电压信号，当Uo>0.7V时，电机正转；当Uo<-0.7V时，电机反转。C1为控制电机制动的电容。

重新设计的全数字电动执行器对电机的驱动电路进行了改进，用±12V的开关量信号的时间长短来控制电机的正反转，并实现了电动执行器的制功与反向截止功能。新的电机驱动电路如图3所示。

图3中，Ukp和Ukn分别为80C196的两个高速输出引脚，T2-1/T2-2、T3-1/T3-2、T4-1/T4-2、T5-1/T5-2、T6-1/T6-2、T7-1/T7-2分别为6个光电隔离器。当Uk为+5V高电平时，T2-1/T2-2导通，从而T*-1/T6-2导通使电机正转；当Uk由高电平到低电平的瞬间，T4-1/T4-2瞬间导通，使得T7-1/T7-2瞬间导通，电机瞬间反转，电容放电结束后电机停止；同理，当Uk为0V低电平时，电机反转。这样便实现了电机正反向控制。

图3新设计的电机驱动电路

系统输出与驱动电路之间完全实现了光电隔离，这样可提高系统的抗干扰能力和可靠性。

2控制系统结构

以80C196KC单片机为核心的全数字电动执行器的控制系统结构如图4所示。图4中，除80C196KC单片机外，还选用了X25043实现掉电保护功能，以MAX7219驱动LED数码管显示阀位的给定值与反馈值以及阀位的状态与控制方式；同时，以改进的4～20mA恒流电路直接将阈位反馈信号转换成4～20mA的信号送至室内模拟二次表显示，以保证其模拟与数字控制的兼容性。利用80C196KC内部的A/D转换口，将阀位反馈与阀位模拟给定信号转换成10位的数字信号，用软件判断阀位故障（堵转，超限），进行故障处理（报警或停机），在控制输出端与故障处理端用MOC3061光电隔离将单片机系统与电机驱动电路隔离开来，达到抗干扰的目的。

选用1838红外遥控接收解码一体化集成芯片，接收来自遥控器的红外遥控信号。CAN控制器采用Philips的SJA1000集成芯片，CAN总线驱动选用82C250集成芯片，在SJA1000与CAN总线驱动82C250之间用6N137快速光隔进行光电隔离处理，与单片机接口实现单片机与上位机的通信功能。

各部分的主要硬件电路介绍如下。

（1）改进的4～20mA恒流电路

整个恒流电路，由1片集成的4通道运放LM324和6个精密电阻、1个可调电阻、1个瓷片电容及1个二极管组成，电路结构非常简单，电路如图5所示。图5中，R1=R2=R3=R4=R5=100kΩ,R6=200Ω,R7为0～100Ω可调电阻。

从图5电路可知：在R2、R3、R4、R5这四个电阻匹配得比较好的情况下，U1-U2=U1，通过调节R7使得R6+R7=250Ω,从而Io=U1/250Ω达到使1～5V电压转换成4～20mA的目的，且不论输出端的负载如何变化，这种关系都不会发生变化，达到恒流的目的。为为使该恒流电路可带的负载尽量大，集成运放LM324的电源最好用+18V电源。

（2）红外遥控接收电路

作为电动执行机构，在工业过程控制应用时，常常会遇到安装位置不便于调试的情况。采用红外遥控调可以说是一个很好的解决方案，可以免去常规调试所需要做的一些工作，比如打开控制盒盖进行调试线路更改等等。红外遥控接收芯片采用红外遥控接收解码一体化集成芯片1838。电路如图6所示。

图6中，电阻和电容组成去耦电路，以抑制电源干扰；除此以外不需要任何外接元件，中心频率为38kHz。但是，由于1838集成芯片的增益高且不可调，没有屏蔽，特别容易受到外界的干扰，因此必须采取屏蔽措施。最好的办法就是利用金属材料做一个屏蔽盒，将1838装入，只留红外接口在外。

我们选用一种通用红外遥控器作为电动执行机构的调试装置。80C196KC单片机首先将遥控器各按键的命令码测出，然后对它们分别赋予我们所需要的调试命令，这样就可使开发周期大大缩短。

图7CAN总线通信接口电路

（3）上下位机通信

CAN（CantrolAreaNetwork）是控制局域网络的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，广泛应用在离散控制领域。其信号传输介质为双绞线。通信速率高达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps，挂接设备最多可达110个。

CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能，以切断节点与总线的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。CAN总线通信接口电路如图7的示。

80C196KC的AD15端口作为SJA1000的片选信号，故CAN控制器SJA1000所占用的地址为：8000H～80FFH。使用CAN总线收发器PCA82C250目的是进一步提高CAN总线的驱动能力。它的工作模式由RS控制引脚来提供，取决于斜率电阻（200kΩ可调电阻的阻值）。

上位机通过一块华控的公司的HK-CAN30BPCI总线非智能隔离型通信板，可对工业现场具有CAN通信接口的仪表和控制设备进行监控。

（4）掉电保护和抗干扰措施

系统实现现电保护的元件采用Maxim公司的X25043。X25043有三种常用的功能：看门狗定时器、电压监控和E2PROM，组合在单个封装内。X25043对于要求电路板空间尽可能小的该系统来说是非常适用的，电路如图8所示。

X25043的看门狗定时器对微控制器80C196提供了独立的保护系统，可选超时周期有：1.4s、600ms、200ms，也可禁用。当系统故障时，在超出所选的超时周期以后，X25043看门狗将以RESET信号作出反应，使系统复位。利用X25043低VCC检测电路，可以保护系统使之免受低电压情况的影响。当VCC降到最小VCC检测电平时，RESET变为低电平，给系统复位，直到VCC上升到最小VCC检测电平200ms为止。此外，X25043还具有512×8位串行E2PROM，使得本系统无须另外扩展数据存储器RAM。

系统的抗干扰措施包括硬件措施和软件措施。硬件上：①在输入和输出通道采用光电隔离来进行信号传输，电机驱动电路上采用光电隔离器MOC3061，在上下位机通信电路上采用快速光隔6N137；②在每一个集成电路芯片都安置一个0.01μF的陶瓷电容，以消除大部分高频干扰；③模拟地与数字地分开；④在CPU抗干扰措施上，除了配置掉电保护电路外，还配置了人工复位和自动上电复位电路。软件上：①指令冗余，在一些双字节和三字节指令之后插入两条NOP指令，以保证跑飞的程序迅速纳入正确的控制轨道；②利用软件陷阱强行将捕获到的程序引向对程序出错处理的程序；③启用80C196KC内部监视定时器（watchdogtimer）；④对A/D输入信号采取软件数字滤波。

3系统的软件设计

本系统程序框图如图9所示。首先，是程序的初始化，包括对硬件和变量的初始化。然后，程序判断全局变量RUN，若RUN=0，表示程序终止运行，则跳转到程序的末尾复位看门狗，随后再跳转到程序的前面，判断RUN标志，循环执行；若RUN≠0，则程序执行主循环，再复位看门狗。这样，通过设定RUN变量来控制程序的执行。

在中断程序程序中只处理基本的操作，如数据的输入和输出等；一些复杂的数据处理，如输入通道的软件滤波等等，都放在主循环里面处理。在主程序里，给每一个断分配一个全局变量作为中断标志，当有中断发生时，对此标志置1。在主循环里，程序依次判断每个标志位，来决定是否要执行相应的子程序，即过程或函数。在主程序中处理完相应的中断服务后，要对对应的中断标志清零。