自动化技术的应用论文

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浅论运动控制新技术在机械工业自动化中的应用 摘要：目前,运动控制新技术已经逐渐发展成熟。运动控制新技术在机械工业自动化领域中得到推广和应用,必将促进机械工业自 动化的发展。本文从四个方面探讨了运动控制新技术在机械工业自动化中的应用。 关键词：运动控制新技术机械工业 随着现代科学技术的快速发展,高新 技术不断引导传统产业实施变革。机械工 业作为传统产业之一,在这种潮流的影响 下也在逐渐开展一场大规模的机电一体化 技术革命。随着电子计算机技术、电子电 力技术和传感器技术的发展,各个国家的 机电一体化产品层出不穷。在机电一体化 技术迅速发展的同时,运动控制技术作为 其关键的组成部分,也得到了前所未有的 发展和进步。本文主要介绍全闭环交流伺 服驱动技术、可编程计算机控制器、直线 电机驱动技术和运动控制卡等几项具有代 表性的新技术。 1全闭环交流伺服驱动技术 交流伺服系统在一些定位精度或动态 相应要求比较高的机电一体化产品中的应 用越来越广,其中数字式交流伺服系统更 符合目前数字化控制模式这一潮流,并且 这一系统使用简单,便于调试。数字是交 流伺服系统运用先进的数字信号处理器作 为驱动器的主要组成部分,可以对电机轴 后端的光电编码器进行位置采样,从而在 驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环 控制系统,并且充分发挥数字信号处理器 的高速运算能力,进而自动完成整个伺服 系统的增益调节,甚至还可以跟踪负载的 变化,实时调节系统增益。 这种数字式交流伺服系统在一般工作 在半闭环的控制方式中,也就是伺服电机上 的编码器既要作为速度环,同时也要作位置 环。但是这种控制方式存在一个弊端,也就 是不能克服和补偿传动链上的间隙和误差。 为了能够实现更高的控制精度,一般应该在 最终的运动部分安装上高精度的检测元件, 从而实现全闭环控制。相对比较传统的全 闭环控制方法是伺服系统只是接受速度指 令,完成对速度环的控制,而位置环的控制 是由上位控制器来完成的。这样,就增加了 上位控制器的难度,也在一定程度上阻碍了 伺服系统的推广和应用。 目前,国外的数字式伺服系统发展比 较好,出现了能够很好地实现高精度自动 化设备的运行,这就是全闭环数字式伺服 系统。这一系统能够有效克服上述半闭环 控制系统存在的问题,伺服驱动器可以直 接采用装在最后一级机械运动部件上的位 置反馈元件作为位置环,电机上的编码器 只是作为速度环。这样一来,伺服系统就 可以消除机械传统上存在的间隙,也可以 补偿机械传动件的制造误差,从而实现真 正的全闭环位置控制功能,得到较高的定 位精度。 2计算机控制器技术 目前,可编程计算机控制器已经成为 新一代可编程控制器。与传统的可编程控 制器相比,可编程计算机控制器最大的特 点在于它类似于大型计算机得分是多任务 操作系统和多样化的应用软件的设计。传 统的可编程控制器大多采用单任务的时钟 扫面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通道的状态才与与刷 新。结果是这样的处理方式直接导致了可 编程控制器的控制速度主要有应用程序的 大小来决定,这与I/O通道中高实时性的 控制要求并不相符。但是,可编程计算机 控制器却能完全解决这个问题,主要表现 在可编程计算机控制器采用了分时多任务 机制打造应用程序的运行平台,这样应用 程序的运行周期与程序的大小没有必然的 联系,而是由操作系统的循环周期来决定 时间的长短。因此,可编程计算机控制器 能将应用程序的扫描周期同外部的控制周 期分开来,从而满足了实时控制的要求。 随着电子计算机中央处理器技术的发展, 电子计算机处理数据的能力极大地提高, 这就为可变成计算机控制器提供了相应的 硬件技术支持。 可编程计算机控制器在工业控制中已 经显现出了强大的优势功能,体现了可编 程控制器与工业控制计算机及分布式工业 控制系统技术的相互融合。虽然说这一技 术的发展历程并不长,还仍是一项正被探 索的技术,但是其被越来越多地应用到各 个领域中,显示出了强大的生机与潜力。 3直线电机驱动技术 机床进给伺服系统中应用直线电机技 术,近些年来得到了世界范围内机床行业的 重视,特别是在西欧的发达工业地区,已经 出现了“直线电机热”这一高潮。在机床 的进给系统中,运用直线电机直接驱动比原 旋转电机传动的最大优势是取消了从电机 到工作台之间的机械传动环节,进而将机床 进给传动链的长度缩短为零,因此这种传动 方式有被称为“零传动”。正是因为这种“零 传动”的方式,给机床带来了原旋转电机驱 动方式无法达到的性能和优势。 这些性能和优势主要体现在：快速响 应。由于伺服系统中直接取消了一些响应 时间较长的机械传动建,使得整个闭环控 制系统的反应速度大大提高,变得快速直 接；高精度。直线驱动系统取消了由丝杠 等机械结构所产生的传动间隙和误差,减 少了插补运动时因传动系统之后所可能带 来的跟踪误差,运用直线定位检测反馈控 制,大大提高了机床的定位精度；高传动 刚度。由于直接驱动避免了气动、变速和 换向时因为中间传动环节的弹性变形、摩 擦磨损和反向间隙所造成的运动滞后现 象,提高了传动刚度；行程长度不受限制。 在导轨上通过串联直线电机,可以无限制 地延长其行程长度,具有过去间接驱动系 统所无法比拟的优势；噪音低。由于现代 工业生产所要求的排放的噪音具有一定的 指标,而直接驱动系统由于取消了传动丝 杠等部件的机械摩擦,同时其导轨又可以 采用滚动式或者磁悬浮式,因而大大降低 了运动时所产生的噪音；高效率。无中间 传动环节,消除了机械摩擦时的能量损耗, 大大提高了传动效率。 4运动控制卡 运动控制卡是一种上位控制单元,主 要运用于工业电子计算机和各种运动控制 场合上。之所以运动控制卡能够出现,主 要体现在以下几个方面：首先,为了满足 新型数控系统的标准化、柔性和开放性的 需求。运动控制卡可以自行调节,来达到 上述要求；其次,对运动控制模块硬件平 台的需求。当前,各种工业设备、国防装备 制造与操作、医疗智能设备在进行自动控 制系统研制和改造过程中急需运动控制模 块硬件平台,而运动控制卡则能满足上述 要求；第三,发挥电子计算机功能的需求。 电子计算机在各种工业现场的应用,要求 配备相应的控制卡来提高电子计算机的性 能和功能。 目前,由于运动控制模式在国外自动 化设备的控制系统中相当流行,因而运动 控制卡耶行程了一个独立专门行业,不少 国外的公司专业从事运动控制卡的研发, 在国内,也有同类产品的出现,并已经被成 功地应用到数控打孔机、汽车零部件性能 检验等自动化设备上。 参考文献 [1]江平宇网络化计算机辅助设计与制造 技术(第1版)[M]北京：机械工业出版 社, [2]王德祥柔性控制技术在包装机械自动 化中的应用[J]石油化工应用,2007(4) [3]冯衡滨试论我国机械自动化技术的发 展[J]民营科技,2008(2)

自动化的内容按其理论途径、技术手段和处理对象的不同，可以将之大致划分为控制理论、工程系统与控制、系统科学与系统工程、模式信息处理、智能系统与知识工程，以及机器人学和机器人技术六大部分。 控制理论研究的是如何按被控对象和环境的特性，通过能动地采集和运用信息施加控制作用而使系统正常运行并具有预定的功能。控制理论在20世纪的人类科技进步中起到了举足轻重的作用，为解决当今社会的许多挑战性问题产生了积极的影响，提供了科学的思想方法论，为许多产业领域实现自动化奠定了理论基础。如今，它更是成功的运用并渗透到工农业生产、科学技术、军事、生物医学、社会经济及人类生活的众多领域。 工程系统与控制研究各种工程系统控制和设计的问题。从单一的自动控制装置到一个生产过程的自动化，直到整个工厂、企业的控制、管理和经营决策一体化，都是其研究的内容。工程系统与控制技术广泛应用于制造生产的各个领域。其中最具影响力的、发展前景最为可观的当属现代集成制造系统（CIMS）。从最广的意义说，CIMS可以包括从企业长远规划、市场分析、研发策略、产品规划、设计投产、资源分配，到车间一级的具体计划调度、生产活动的监督控制、质量控制、产品检验，直到销售服务、市场反馈等整个企业经营的全过程。这样一种全盘、综合自动化的生产过程可以使企业以更高效高质的服务更好地满足市场要求，提高企业效益，增强企业的商业竞争能力。 系统科学研究的是在最一般意义下，由相互作用、相互联系的事物按一定结构组成并具有某种总体功能的各种系统的运动规律、行为特征以及如何进行设计和控制的问题。它主要应用于运筹学、控制论、信息论等多个学科分支，成为自动化学科的一个重要研究领域并得到蓬勃的发展。 模式识别，亦称模式信息处理，其本来意义是研究用计算机对一般由人类感觉器官接受的图象、文字、语音等模式信息进行处理、描述和分类的学科。在更广的含义下，模式识别也可泛指任何对一般事物抽取概念特征进行判断和分类的过程。模式识别的应用方向包括计算机视觉，文字、文本识别，语音识别和理解等多个领域。中国在模式识别领域正处于世界领先地位，许多中国学者都为此做出了重要贡献。 人工智能研究的主要是如何用机器模仿人类智能活动的某些方面，延伸人脑功能的问题。现代科学技术的迅速发展和重大进步，已经对控制和系统科学提出了新的更高的要求，自动化控制理论正面临着新的发展机遇和严峻挑战。传统控制理论在解决一些具有不确定性、难以构建精确数学模型、复杂多变的问题上遇到了不少难题。这就需要建造出这样的机器，使它能够在复杂变化的环境中，能够实时应变，进行灵活判断、决策以实现更高层次的自动化系统智能控制。简单地说，自动控制的出路之一就是实现控制系统的智能化[5]。人工智能作为一个前沿科学，发展极为迅速，最具影响力的分支有基于“知识表达”的专家系统和“简单处理器的复杂系统”——人工神经元网络。这些领域不仅具有深刻的认识论意义，对许多科学和技术领域的发展有深远的影响，而且在自动控制、信息处理以及将计算机用于判断决策和问题求解的应用领域里都得到了广泛的应用，表现出巨大的生命力。机器人学与机器人技术机器人是一类特殊的自动化机器，它具有与人的四肢相比拟的运动机构，可接受视觉、听觉、触觉等传感信息，在处理器的指挥下完成各种机器操作功能。机器人不仅可以把人类从恶劣条件、繁重单调的作业中解放出来，而且在力量、精度和速度，以及在特殊环境下生存和工作能力各方面都有人类无法替代的优点。正因如此，机器人技术在工业、国防和科学技术中得到了日益广泛的应用，并且有力地推动了相关学科和技术领域的发展，从而使它成为现代自动化学科中一个活跃而富有魅力的研究领域。

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