計(jì)算機(jī)與機(jī)械電子技術(shù)的融合發(fā)展

向文華，王青林

（商丘技師學(xué)院，河南商丘 476000）

計(jì)算機(jī)與機(jī)械電子技術(shù)的融合發(fā)展

向文華，王青林

（商丘技師學(xué)院，河南商丘 476000）

文中概括說(shuō)明計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與機(jī)械電子技術(shù)的發(fā)展的情況，重點(diǎn)介紹計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械生產(chǎn)制造領(lǐng)域、汽車(chē)新技術(shù)及日常工作的廣泛應(yīng)用。

計(jì)算機(jī)技術(shù)；電子技術(shù)；機(jī)電一體化；融合發(fā)展

晶體管的發(fā)明是20世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的重要事件，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，以此為契機(jī)開(kāi)創(chuàng)了微電子時(shí)代并導(dǎo)致信息技術(shù)革命的出現(xiàn)。進(jìn)入21世紀(jì)，智能化和信息化的迅速發(fā)展，極大推動(dòng)了傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)的革命。隨著各種技術(shù)之間的不斷融合，以計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)等為核心的機(jī)電一體化控制技術(shù)日臻成熟，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。

1 計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與機(jī)械電子技術(shù)的發(fā)展概況

1.1 計(jì)算機(jī)控制理論的形成與發(fā)展

計(jì)算機(jī)控制理論的形成主要是將采樣理論、差分理論、變換理論、狀態(tài)空間理論和系統(tǒng)辨識(shí)自適應(yīng)控制等綜合應(yīng)用于控制技術(shù)，奠定了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。對(duì)于時(shí)變的、構(gòu)造復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，則融入了預(yù)測(cè)控制、模糊控制、魯棒控制等多種新型理論，逐漸發(fā)展形成工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的一個(gè)新方向。

計(jì)算機(jī)初次用于工廠控制是在化工生產(chǎn)中自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程參量并處理有關(guān)數(shù)據(jù)，20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)嘗試過(guò)程控制，直接數(shù)字控制變成現(xiàn)實(shí)。后來(lái)又經(jīng)過(guò)集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)而發(fā)展為現(xiàn)在的以CPU為核心的分層式控制系統(tǒng)，生產(chǎn)過(guò)程通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了管理、監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)，工作效率和可靠性大大提高。

1.2 機(jī)械電子技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀

20世紀(jì)30年代之前，工業(yè)生產(chǎn)多數(shù)還是手工操作。一般采用基礎(chǔ)式儀表控制速度、壓力、溫度、濕度等，初步積累了機(jī)械控制基本理論。隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)和現(xiàn)代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的參量控制和過(guò)程控制。

當(dāng)前廣泛應(yīng)用的機(jī)電一體化技術(shù)主要有：比例－積分－微分控制（PID）、模糊控制（FLC）、變結(jié)構(gòu)控制。PID是經(jīng)典控制理論的代表，模糊控制是利用模糊數(shù)學(xué)理論，通過(guò)模擬人的綜合決策和近似推理過(guò)程，使控制算法的合理性、可控性和適應(yīng)性得到提高。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，變量繁多，模糊控制可以較好地解決問(wèn)題。變結(jié)構(gòu)控制適用于線性及非線性系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)的跟蹤、調(diào)節(jié)、自適應(yīng)及不確定等系統(tǒng)。

2 機(jī)電一體化在工業(yè)上的應(yīng)用

2.1 機(jī)電一體化簡(jiǎn)介和廣泛應(yīng)用

機(jī)電一體化是指在控制功能、信息處理功能、動(dòng)力功能和主功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)等集合所構(gòu)成的系統(tǒng)總稱。在以下領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

柔性制造系統(tǒng)是制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制上的應(yīng)用。它主要由數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等組成。它可以按量地、隨機(jī)地依照總裝線的要求，加工批量工件，也適于不同品種零散零件的生產(chǎn)。

交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。不論大小容量的電動(dòng)機(jī)（包括同步和異步電動(dòng)機(jī)）都可以實(shí)現(xiàn)平滑可逆調(diào)速，使矢量控制技術(shù)變的更為簡(jiǎn)單。

可編程控制器（PLC）是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合以后應(yīng)用最多的設(shè)備。它解決了繼電接觸器有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)耗能大、故障多的弊端，并且能根據(jù)加工需要編制不同控制程序。PLC還可完成監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、通信與聯(lián)網(wǎng)等，在石化、建材、冶金、輕工、汽車(chē)、電力、機(jī)械制造等各行各業(yè)被廣泛應(yīng)用。

2.2 計(jì)算機(jī)與機(jī)械電子技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用實(shí)例

計(jì)算機(jī)與機(jī)械電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，不只局限于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，通過(guò)下面幾個(gè)典型例子說(shuō)明，它已經(jīng)滲透到我們生活和工作的各個(gè)角落。

2.2.1 工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是一種多用途、多功能的、多自由度的、可重復(fù)編程的、能進(jìn)行自動(dòng)控制的操作機(jī)構(gòu)。很多簡(jiǎn)單重復(fù)性的工作用機(jī)器人完成，可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)環(huán)境，保證人身安全，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約材料消耗，還可以使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

2.2.2 自動(dòng)售貨機(jī)

自動(dòng)售貨機(jī)由顧客選取商品類別，外部投入的貨幣通過(guò)光傳感器識(shí)別幣值并由PLC驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，經(jīng)過(guò)判斷完成操作。CPU通過(guò)PLC控制商品的搬運(yùn)裝置，商品通過(guò)傳動(dòng)裝置輸送到出口，高檔自動(dòng)售貨機(jī)還能支持找零。自動(dòng)售貨機(jī)的應(yīng)用，節(jié)省了大量人力物力。

2.2.3 交通信號(hào)燈系統(tǒng)

交通信號(hào)燈系統(tǒng)也是微處理器在電子控制系統(tǒng)中的典型應(yīng)用。PLC以微處理器為核心，根據(jù)交通路口信號(hào)燈的變燈動(dòng)作和控制時(shí)間編制梯形圖，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

2.2.4 農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械的檢測(cè)顯示，已經(jīng)由單一參數(shù)轉(zhuǎn)化為智能化終端顯示，人機(jī)交互界面更為友好。它可通過(guò)屏幕顯示，隨意選擇不同機(jī)組以及機(jī)組不同部分的終端信息，可以方便的調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)信息，在屏幕上根據(jù)操作者的要求，顯示語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖形等實(shí)用信息；也可以將操作指令和決策及時(shí)傳送到農(nóng)機(jī)上的智能控制終端，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化。

2.2.5 電腦橫機(jī)

最早的橫機(jī)是手動(dòng)控制，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單編織。隨著產(chǎn)品花色品種增加，電腦橫機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。設(shè)計(jì)人員可在電腦上設(shè)計(jì)花型，通過(guò)專門(mén)軟件的數(shù)字化處理，由計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)控制機(jī)械的脫圈、退圈、彎沙、墊沙等編織動(dòng)作自動(dòng)完成編織過(guò)程，生產(chǎn)效率成倍提高。

3 計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)與汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車(chē)使用的電子裝置接近全車(chē)四分之一的成本，汽車(chē)已演變?yōu)榈湫偷母呒?jí)機(jī)電一體化、智能化設(shè)備。

3.1 電子技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

3.1.1 電子點(diǎn)火裝置

由傳感器、接口、微機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分組成，它可根據(jù)傳感器感應(yīng)的各種參數(shù)進(jìn)行判斷、運(yùn)算，然后調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)刻，與傳統(tǒng)的點(diǎn)火方式相比燃燒充分，節(jié)省油料。另外，新型電子控制裝置還有自診斷操作、自適應(yīng)控制及智能控制等功能。

3.1.2 電子控制噴油裝置

化油器式噴油系統(tǒng)已基本停產(chǎn)，現(xiàn)在大量使用的是電子控制噴油裝置。它將發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作狀態(tài)時(shí)的噴油規(guī)律編成程序，保存在微機(jī)存儲(chǔ)器中；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要工作時(shí)，依據(jù)各個(gè)傳感器感應(yīng)參數(shù)，按預(yù)先編定的程序進(jìn)行運(yùn)算，再與內(nèi)存中最佳工作狀態(tài)時(shí)的參數(shù)進(jìn)行判斷和比較，自動(dòng)調(diào)整供油量，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)刻在最佳狀態(tài)下工作。

3.2 電子技術(shù)在底盤(pán)上的應(yīng)用

3.2.1 電控自動(dòng)變速器（ECAT）

ECAT可依據(jù)汽車(chē)的車(chē)速、有效載荷、駕駛員控制及制動(dòng)器工作狀態(tài)等各項(xiàng)參數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)判斷、運(yùn)算后，實(shí)現(xiàn)變速桿的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，從而保證變速器在最佳位置換擋。電子氣動(dòng)換擋裝置是利用電子裝置取代機(jī)械換擋桿與變速機(jī)構(gòu)之間的連接，并通過(guò)電磁伺服閥控制汽缸執(zhí)行。它不僅能明顯改善汽車(chē)操控性能，而且安全性和動(dòng)力性都有所加強(qiáng)。

3.2.2 電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)

電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)是用直流電動(dòng)機(jī)取代傳統(tǒng)液壓助力缸，依靠蓄電池提供動(dòng)力。這種計(jì)算機(jī)控制的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)體積小、重量輕、部件少，能提供最好的轉(zhuǎn)向回正特性、轉(zhuǎn)向作用力，增強(qiáng)了汽車(chē)低速機(jī)動(dòng)性及行駛穩(wěn)定性。

此外，在安全帶控制、安全氣囊、照相控制、定速巡航系統(tǒng)、自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等方面，都采用了大量電子新技術(shù)，提高了汽車(chē)的舒適性和安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與機(jī)械電子技術(shù)的融合發(fā)展發(fā)端于機(jī)械制造領(lǐng)域，機(jī)電一體化的形成是機(jī)械工業(yè)中的重大革命，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來(lái)越明顯。

［1］ 楊有君.數(shù)控技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

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［3］ 楊明.機(jī)電一體化的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.農(nóng)機(jī)化研究.2006（3）.

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Fusion and Development of Computer and Machinery Electronics Technology

XIANG Wen－h(huán)ua，WANG Qing－lin
（Shangqiu Politechnical College，476000，Shangqiu，Henan，China）

This paper summarizes the development of computer information technology and machinery electronics technology.It mainly introduces the wide application of computer information technology in machinery manufacturing，new automobile technology and the daily work.

computer technology；electronics technology；electromechanical integration；fusion and development

姜久超）

TP399

A

1008－3782（2014）01－0044－03

2013－08－11

向文華（1970－），女，湖北武漢人，商丘技師學(xué)院講師。