机电一体化系统应用实例论文题目
机电一体化系统应用实例论文题目
★机械产品方案的现代设计方法及发展趋势 ★现代电力电子及电源技术的发展 ★面向FMS生产调度和控制的零件动态工艺模型研究 ★面向柔性自动化的成组统计质量控制技术 ★实施三标一体化贯标增强企业竞争实力 ★机电接口技术的内涵和发展 ★机电一体化技术在采油工具测试站总体方案设计中的应用 ★机电光一体化显微手术仪研制中的并行设计方法 ★机电一体化产品中的解耦和耦合分析方法 ★小型足球机器人踢球器的设计 ★机电一体化在矿用隔爆型移动变电站中的应用 ★基于EBI的机电设备系统一体化管理 ★一种机电一体化自动转换开关的设计 ★机电一体化简化了制动控制系统 ★机电一体化智能大流量电动执行机构的研究 ★纽玛格卷曲机的机电一体化控制的实现 ★机电一体化产品概念设计理论研究现状与发展展望 ★机电一体化系统建模技术与仿真软件的研究与分析 ★机电接口技术的内涵与机电一体化发展 ★单片机控制的机电一体化产品硬件加密技术 ★轻型工具磨床的机电一体化数控改造 ★从全液压式二板注塑机看机电液一体化 ★CAXA系列软件对机电一体化专业课程的全面优化
机电一体化系统方案生成及优选研究 系统方案的生成具有较高的创新层次。现行的机电一体化系统方案设计基本上是依赖于设计者的经验,并没有形成科学的设计方法,因此,如何从依赖经验的设计进化为遵循科学理论和方法的设计是产生创新方案的关键。 本文以实现工作机功能的机电一体化系统为研究对象,对机电一体化系统方案创新设计理论与方法进行了系统、深入的研究,主要就以下六个方面进行了研究: 构建了机电一体化系统功能结构 不同技术系统对“功能”这个术语的理解和描述在物理效应、物质/能量/信息的变换以及数据运算间的逻辑关系等方面差异很大。构建了机电一体化系统的功能结构,提出、阐述了机电一体化系统的若干基本特性和诸特性间的关系,以及机电一体化系统设计的若干原理,从而为进一步提出系统设计模型和方法奠定了基础。 阐述了机电一体化系统逻辑结构,提出了基于机电单元的机电一体化系统方案设计过程模型及三子系统设计方法 认为机电一体化系统本质上是现代机械系统。从功能出发可将机电一体化系统划分为控制和执行两大功能模块。机电一体化系统具有单元级和系统级逻辑结构。提出基于机电单元的机电一体化系统方案设计过程模型,以及三个子系统的设计
机电一体化系统应用实例论文
题 目:传感器在机电一体化系统中的应用及发展的研究论文要求:1、了解传感器在机电一体化系统中的作用及地位2、机电一体化系统中常用传感器的类型、特点、结构及用途等3、如何为机电一体化系统选择传感器(举例说明)4、机电一体化系统中常用传感器的发展与思考相关知识:本课题要求学生综合《传感器技术》《机电一体化技术》《控制电机》等相关知识进行编写。字数6000以上。
发展“机电一体化”的思路和对策 主题词:机电一体化、对策 一、机电一体化技术发展历程及其趋势 自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,"机电一体化"技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意 (一)"机电一体化"的发展历程 数控机床的问世,写下了"机电一体化"历史的第一页; 微电子技术为"机电一体化''带来勃勃生机; 可编程序控制器、"电力电子"等的发展为"机电一体化"提供了坚强基础; 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使"机电一体化"跃上新台阶(二)"机电一体化"发展趋势 光机电一体化一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统光机电一体化是机电产品发展的重要趋势 自律分配系统化——柔性化未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗余度”,有较强的“柔性”,能较好地应付突发事件,被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中,各个子系统是相互独立工作的,子系统为总系统服务,同时具有本身的“自律性”,可根据不同的环境条件作出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息,在总的前提下,具体“行动”是可以改变的。这样,既明显地增加了系统的适应能力(柔性),又不因某一子系统的故障而影响整个系统。 全息系统化——智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显,智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。除此之外,其系统的层次结构,也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。 “生物一软件”化—仿生物系统化。今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大,并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定,但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物:当控制系统(大脑)停止工作时,生物便“死亡”,而当控制系统(大脑)工作时,生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体,但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物——软件”或“生物系统”,而生物的特点是硬 件(肌体)——软件(大脑)一体,不可分割。看来,机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋,但有一段漫长的道路要走。 微型机电化——微型化。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时,就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”,机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起,体积很小,并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。 三、典型的机电一体化产品 机电一体化产品分系统(整机)和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有:数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD/CAM系统等。典型的机电一体化元、部件有:电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。这些典型的机电一体化产品的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略。 四、北京发展“机电一体化”而临的形势和任务 机电一体化工作主要包括两个层次:一是用微电子技术改造传统产业,其目的是节能、节材,提高工效,提高产品质量,把传统工业的技术进步提高一步;二是开发自动化、数字化、智能化机电产品,促进产品的更新换代。 前者是面上的工作,普及工作;后者是提高工作,深层次工作。 (一)北京“机电一体化”工作面临的形势 北京用微电子技术改造传统工业的工作量大而广,有难度 (1)在700余家北京市属工业系统的企业中,有60%以上的企业用微电子技术改造机床设备、工业窑炉、风机电泵、生产过程的任务还未完成需要量的一半。 (2)北京工业系统还有2000余台机床设备亟需用微电子技术进行改造;在已改造的近6500台机床设备中,大约有15%需进一步改造。 (3)北京工业系统尚有近250座工业炉窑亟需用电子信息技术进行改造;且610座已改造过的工业炉窑也很有进一步应用模糊技术进行二次改造的必要。 (4)北京工业系统CAD应用还有较大差距。目前,北京工业品设计,CAD应用率仅17%(而美、日等国已超过85%;国内先进地区也超过了30%);CAD的覆盖率才达到11%(而全国CAD应用工程领导小组指出,“八五”期间大中型企业要达到35%,中小型骨干企业要达到15%—20%;到“九五”时,按国务委员宋健的要求,基本上要甩掉绘图板)。 (5)北京工业系统共有改造价值的各种风机电泵装机容量50万千瓦,尚49万多千瓦用变调速技术进行改造的任务,占总任务量的5%左右。 (6)工业是全市能源消耗大户。1992年,北京工业系统占全市能耗总量的5%。而北京是一个能源严重缺乏的城市,1992年北京工业系统万元产值能耗折合标煤为47吨,比上海的57吨高57%,比天津的15吨高14%,比先进的工业化国家高近9倍。因此,北京工业系统节能降耗的任务非常重,而电力电子技术是节能降耗的王牌。 北京用机电一体化技术加速产品更新换代,提高市场占有率的呼声高,有压力。北京市的工业产品大约有3万种,每年约开发试制新产品3000种,更新周期很长。由于更新换代速度跟不上市场变化的需要,影响了北京工业产品的竞争能力。 1993年,北京市工业系统生产的机电一体化产品约837种,在当年生产的产品品种总数中仅占8%左右。其中:机械局系统主要产品约1200种,机电一体化产品不到150种机电一体化产品所占比例仅4%强;仪器仪表总公司系统主要产品350种,机电一体化产品210种,机电一体化产品所占比例为60%;轻工系统主要产品总数为649种,机电一体化、智能化产品15种,机电一体化、智能化产品所占比例约3%;汽车工业总公司系统平均每辆汽车的总成本为5万元,每辆汽车平均装用电子产品的费用约300元,不是总成本的1%;与国外约28%的先进水平相差甚远;与国内先进水平相差一半左右。 北京用机电一体化产品取代技术含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、扰民产品的责任重,有意义。在北京工业系统中,能耗、耗水大户,对环境污染严重的企业还占相当大的比重,且不少地处城区和近郊区。近年来北京的工业结构、产品结构虽然几经调整,但由于多种原因,成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题,有企业的“故土难离”“死守故业”问题,但不可否认也有优化不出理想的产业,优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了
机电一体化技术及其应用研究摘 要 讨论了机电一体化技术对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用,并说明其在钢铁工业中的应用以及发展趋势。 关键词 机电一体化 技术 应用1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合,其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展,其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。1 数字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础,如不断发展的数控机床和机器人;而计算机网络的迅速崛起,为数字化设计与制造铺平了道路,如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。2 智能化 即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能,设置智能I/O接口和智能工艺数据库,会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展,为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。3 模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元;具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样,在产品开发设计时,可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。4 网络化 由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品,现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能,利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统,使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处,因此,机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。5 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人,如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要,机电一体化产品除了完善的性能外,还要求在色彩、造型等方面与环境相协调,使用这些产品,对人来说还是一种艺术享受,如家用机器人的最高境界就是人机一体化。6 微型化 微型化是精细加工技术发展的必然,也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems,简称MEMS)是指可批量制作的,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路,直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针,1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来,国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展,开发出各种MEMS器件和系统,如各种微型传感器(压力传感器、微加速度计、微触觉传感器),各种微构件(微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等)。7 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合,又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率,应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次,使系统功能分散,并使各部分协调而又安全地运转,然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来,使其性能最优、功能最强。8 带源化 是指机电一体化产品自身带有能源,如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能,因而对于运动的机电一体化产品,自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。9 绿色化 科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化,在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以,人们呼唤保护环境,回归自然,实现可持续发展,绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求,机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境,产品寿命结束时,产品可分解和再生利用。2 机电一体化技术在钢铁企业中应用 在钢铁企业中,机电一体化系统是以微处理机为核心,把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来,采用组装合并方式,为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件,增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面:1 智能化控制技术(IC) 由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点,传统的控制技术遇到了难以克服的困难,因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等,智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面,如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢---连铸---轧钢综合调度系统、冷连轧等。2 分布式控制系统(DCS) 分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展,分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制,而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能,成为一种测、控、管一体化的综合系统。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散,故障影响面小,而且系统具有连锁保护功能,采用了系统故障人工手动控制操作措施,使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比,其功能更强,具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。3 开放式控制系统(OCS) 开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持,按此标准设计的系统,可以实现不同厂家产品的兼容和互换,且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联,实现控制与经营、管理、决策的集成,通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联,实现测量与控制一体化。4 计算机集成制造系统(CIMS) 钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体,用以实现从原料进厂,生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化,但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理,难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产,质优价廉,及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存,加速资金周转,实现生产、经营、管理整体优化,关键就是加强管理,获取必须的经济效益,提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。5 现场总线技术(FBT) 现场总线技术(Fied Bus Technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术(如4~20mA,DC直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表,如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化PLC(Programmable Logic Controller)和现场就地控制站等的发展。6 交流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力电子技术和微电子技术的发展,交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性,电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动,数字技术的发展,使复杂的矢量控制技术实用化得以实现,交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎,应用不断扩大。参考文献1 杨自厚. 人工智能技术及其在钢铁工业中的应用[J].冶金自动化,1994(5)2 唐立新钢铁工业CIMS特点和体系结构的研究[J].冶金自动化,1996(4) 3 唐怀斌. 工业控制的进展与趋势 [J].自动化与仪器仪表,1996(4) 4 王俊普. 智能控制[M]. 合肥:中国科学技术大学出版社,1996 5 林行辛. 钢铁工业自动化的进展与展望[J].河北冶金,1998(1)6 殷际英. 光机电一体化实用技术[M].北京:化学工业出版社,20037 芮延年. 机电一体化系统设计[M]. 北京:机械工业出版社,2004.电机功率转换的原理引言: 电机调速实质的探讨,是关系到近代交流调速发展的重要理论问题。随着近代变频调速矢量控制及直接转矩控制等调速控制理论的提出和实践,很多有关文献和论著都把调速的转矩控制确认为调速的普遍规律,并提出调速的实质和关键在于电磁转矩控制。然而,这种观点尚缺乏理论和实践的证明,值得商榷。 本文根据电机功率转换的普遍原理,提出并证明恒转矩调速的实质在于电机的轴功率控制,转速调节是功率控制的响应,其关键为如何通过电功率控制轴功率。 一、功率控制与转矩控制 根据机电能量转换原理,凡电动机都可划分为主磁极和电枢两个功能部分。主磁极的作用是建立主磁场,电枢则是与磁场相互作用将电磁功率转换为轴功率。 直流电动机的主磁极和电枢不仅结构鲜明,而且功能独立,无疑符合以上定义。而交流(异步)电动机通常以定子、转子划分构成,需加说明。 根据所述电枢定义,异步机的轴功率产生于转子,因此,异步机真正的电枢是转子。问题在于定子,一方面定子励磁产生主磁场,故定子是主磁极。另一方面,定子又通过电磁感应为电枢(转子)输送电磁功率,却不产生轴功率,因此定子又具有电枢的部分特征,这里我们把它称为伪电枢。定子的这种复合功能,是异步机区别于直流机的主要特征。 从电枢输出角度观察,电动机的轴功率与电磁转矩机械转速的关系为: PM=MΩ (1) 或 Ω=PM/M (2) 公式(2)除了给出了电机转速与轴功率和电磁转矩间的量值关系以外,同时表明,电机转速最终只能通过轴功率或电磁转矩两种控制获得调节,前者简称功率控制,后者简称转矩控制。 功率控制 功率控制是以轴功率PM为调速主控量, 作用对象必然是电枢或伪电枢。电磁转矩在调速稳态时,取决于负载转矩的大小。 即 M=Mfz (3) 当负载转矩一经为客观工况所确定之后,电磁转矩就唯一地被决定了,因此电磁转矩不仅与调速控制无关,而且不能随意改变其量值。 电磁转矩对转速的作用表现在调速的过渡过程,转矩的变化是转速响应滞后的结果,此时,功率控制造成电磁转矩响应。 设电机调速前的稳态转速为Ω1,轴功率为PM1,调速后的稳态转速为Ω2,相应的轴功率变为PM2。 由于电磁转矩: M=PM/Ω (4) 故调速时,电磁转矩变为: M=PM2/Ω 由于受惯性的作用,在t=0的调速瞬时Ω=Ω1,故 M=PM2/Ω1 t=0 此时的电磁转矩将与原来的电磁转矩M1=PM1/Ω1不等,转矩平衡被破坏并产生动态转矩,电机转速在动态转矩作用下开始由Ω1向Ω2过渡,其变化规律为: Ω1=(Ω1-Ω2)e-t/T+Ω2 (5) 电磁转矩则为:M=PM2/(Ω1-Ω2)e-t/T+Ω2 随着时间增大,动态转矩减小,直至电磁转矩与新的负载转矩平衡,即: M=PM2/Ω2=Mfz, 转速稳定在Ω2不变,电机调速结束。 上述的调速过程可以由图1的框图说明。图1 功率控制的调速流程 功率控制作用的是电枢,主磁场或主磁通量保持不变,根据电机理论,电机的额定电磁转矩正比于主磁通量,受限于电枢的最大载流量。因此功率控制调速时,电机的额定电磁转矩输出能力不变,属于恒转矩调速。 转矩控制 根据公式(2),电机转速在轴输出功率不变的前提下,与电磁转矩成反比。由于受电磁转矩以额定转矩为上限的约束,转矩控制实际上只能在额定转矩以下实现,因此属于恒功率调速。 电磁转矩的独立控制方法主要依据转矩公式: M=CMΦmIS (直流机) (6) 或 M=CMΦmI2COSφ2 (交流机) (7) 受控的物理量为主磁通Φm,由于主磁通量Φm产生于主磁极,因此转矩控制实际上是磁场控制,作用对象为主磁极。转矩控制调速同样要保证稳态时的转矩平衡,即: M=Mfz 由于调速稳态时,电磁转矩发生了变化,因此要求负载转矩适应于电磁转矩变化,即要求负载跟踪电机。 转矩控制实际是弱磁调速,主要用于额定转速以上的调速。鉴于本文重点讨论的是功率控制,故不赘述。 二、功率控制的方法与性能 电机调速的轴功率控制只能通过电功率间接控制来实现。以异步机为例,图2是其等效三端口网络。 图异步机的等效网络 其中电枢(转子)除产生轴功率输出外,还产生以感应电压u2和电流i2为参量的电功率响应。由于该功率与转差率成正比,故称转差功率,其端口简称Ps口。 如果电机转子为笼型,其绕组呈短路状,Ps口为封闭不可控的。反之为绕线型,Ps口则是开启可控的, 转子可以通过Ps口输出或输入电功率。由此可见,异步机的功率控制调速有两种方式,一种是通过伪电枢间接对电枢实现轴功率控制;另一种是通过Ps口直接控制电枢轴功率。 前者主要适用于笼型异步机,后者则适用于绕线型异步机。 定子伪电枢功率控制。 图异步机定子功率控制调速 作为伪电枢,定子向电枢(转子)传输的电磁功率: Pem=P1-△P1 (8) 电枢的轴功率则为: PM=Pem-△P2 (9) 故 PM=P1-(△P1+△P2) (10) 可见,控制伪电枢的输入功率P1或增大其损耗△P1就可以控制电枢的轴功率,后者显然是低效率、高损耗的调速,不宜推荐。 控制P1调速的唯一方法是调压━━变频, 即所谓的变频调速。由于: P1=m1U1I1COSφ1 (11) 故对于电压源供电调节端电压U1是控制功率P1的必须手段。问题的关键是为什么不能单纯调压,而必须辅以变频?这是定子除了伪电枢的功能之外,还同时兼主磁极之故。 前已叙及,功率控制的要点有: ① 保持主磁通量不变 ② 作用对象是电枢或伪电枢 ③ 控制目标是轴功率 如果单纯调压而频率不变,定子的主磁极功能就要受到严重影响。根据电机理论,做为主磁极,定子的主磁通量: Φm=E/44W1kr1f1 =KE1/f1 ≈KU1/f1 (12) 恒频调压的结果,主磁通Φm将随U1下降而减小,形成了前述的转矩控制。更主要的是此时不但未能控制功率P1,反而增大了电机损耗,与目的绝然相悖。 设负载为恒转矩性质,由转矩平衡方程,电磁转矩: M=Mfz=const 又 M=CMΦmI1COSφ1 =CMΦmI2COSφ2 (13) 设功率因数不变,定转子电流I1、I2将随主磁通Φm下降而正比增大,其结果功率P1不变,但定转子损耗: △P1=m1I 12 r1 △P2=m2I 222 r1 将按电流的平方律增大。根据式(10),轴功率控制虽能实现,却属低效率高损耗的调速。 为此,异步机定子的功率控制调速,必须要将定子的主磁极和伪电枢两种功能游离开。针对同一定子绕组,一方面使主磁极产生的磁场保持稳定,同时又要控制其向电枢传递的电磁功率。 于是变频调速建立了一条重要原则,就是调压变频,且保证V/F(压频比)为常数,这样就确保了上述控制要求的实现。顺便指出,近代变频调速的矢量控制,实际上就是遵循这一原理。矢量控制的核心思想,是把磁场与转矩游离开,分别加以控制,认为调速的根本在于转矩,而事实上游离的却是磁场和电磁功率,虽然结果无误,但理论上必须加以澄清。 转子功率控制 对于绕线转子异步机的调速,可以利用转差功率端口━Ps口直接控制轴功率。方法是由Ps口移出或注入转差功率。需要指出: ① 所述的转差功率应区别经典电机学中的转子损耗转差功率,为此将后者称为转子损耗功率,记以△P2。 ② 转差功率有电能与热能之分,分别记以Pes和Prs,两者性质不同,对调速的影响也不同。 图异步机转子功率控制调速 当在转子的Ps口引入电转差功率Pes时,转子的轴功率: PM=(Pem±Pes)-△P2 (14) 式中的Pem为定子向转子传输的电磁功率,电转差功率的负号表示从Ps口移出,正号表示从Ps口注入。Pes属电功率,故与电磁功率相合成,结果使轴功率PM发生变化,电机转速得到相应调节。 电转差功率调速的典型实例是串级调速和双馈调速,前者的电转差功率为负,流向为从转子移出,故实现的是额定转速以下的调速。后者的电转差功率可以双向流动,既可以移出,又可以注入,因此可以实现低同步和超同步两种调速。 当Ps口引入的是热转差功率Prs时, 转子的轴功率则为: PM=Pem-(△P2+Prs) (15) 显然热转差功率的引入,增大了电枢(转子)的损耗,轴功率随Prs的增大而减小,其典型例子是异步机转子串电阻调速。 三、功率控制的理想空载转速,效率与机械特性 根据电机学,电动机的理想空载转速主要取决于电枢的电磁功率,因有: Ω0=Pem/M (16) 由于电磁转矩为负载所决定,理想空载转速Ω0就决定于某一负载条件下电磁功率的大小。 功率控制调速的电枢功率可以综合表达为: PM=∑Pem-∑p2 (17) 相应的转速: PM/M=∑Pem/M-∑p2/M (18) Ω=Ω0-△Ω (19) 其中Ω0=∑Pem/M为功率控制调速的理想空载转速,因此调节电枢的电磁功率可以改变电机的理想空载转速。换言之,电机的理想空载转速取决于电枢的电磁功率。又,△Ω=∑p2/M 为电机的转速降。由此表明增大电枢损耗,可以增加电机转速降。 电机调速的效率表达为: η=PM/(P1-∑pi) =PM/(Pem-△P2) 因此,在一定的轴功率PM输出条件下,控制电磁功率的调速是高效率的节能型调速,而控制损耗功率的调速必然是低效率的耗能型调速。 公式(18)同时刻画出了功率控制调速的机械特性,当连续改变电磁功率∑Pem时,如果损耗功率不变,电机的理想空载转速随∑Pem连续变化,其机械特性为一族平行的曲线。而增大损耗,电磁功率不变时,电机理想空载转速不变,改变的只是转速降,其机械特性为一族汇交型曲线。如图5给出了两种调速的定性曲线。 图5 电磁功率调速特性 转速降调速特性 综上所述,可以得出以下结论: ① 电磁功率控制调节的是理想空载转速,损耗功率控制调节的是转速降。 ② 电磁功率控制是高效率节能型的调速,其机械特性必为平行曲线族。损耗功率控制属低效率耗能调速,其机械特性必为汇交型曲线族。 四、异步机调速的分类与方法 与按n= 60f1/p·(1-S)表达式不同,根据本文所述的电机调速功率控制理论,异步机调速可分类表示如下: 性质/方案 控制点/变量 方法 要点 五、结论 电机调速的基本原理有两种,一为轴功率控制,二是转矩控制。转矩控制实际是磁场控制,适于恒功率调整。 轴功率控制的作用对象是电枢或伪电枢, 并最终只能通过电功率控制来实现。其中,电磁功率调节的是理想空载转速,损耗功率改变的是转速降。前者为高效节能型,后者为低效耗能型,两者的机械特性亦由此决定。 轴功率控制的调速具有恒转矩特性,电磁转矩的变化是转速响应滞后所造成的,调速稳态时,电磁转矩只决定于负载,与控制无关。 变频调速和电转差功率控制调速同属电磁功率控制调速,两者性能一致,并无本质差别。
化产品的高新技术企业开绿灯;尽力为开发、生产机电一体化产品调配好资源要素等。 增大支持力度,在技术政策上,要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展,对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰;大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造,对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造,对有关技术开发、应用项目优先立项、优先支持,对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人员进行表彰奖励等。 在经济政策上,要多给机电一体化科研攻关课题、开发应用项目利用科技专项基金和科技三项费用的机会;银行发设贷款要多向机电一体化技术改进、生产合资和机电一体化产业规模化建设项目上倾斜;成立“机电一体化”发展基金,支持机电一体化生产发展等。 (四)突出发展重点,兼顾“两个层次” 机电一体化产业复盖面非常广,而我们的财力、人力和物力是有限的,因此我们在抓机电一体化产业发展时不能面面俱到、平铺直叙,而应分清主次,大胆取舍 ,有所为,有所不为。要注意抓两个层次上的工作。第一个层次是“面上”的工作,即用电子信息技术对传统产业进行改造,在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子(计算机)装置,使“机械”和“电子”技术在浅层次上结合。第二个层次是“提高”工作,即在新产品设计之初,就把“机械”与“电子”统一起来进行考虑,使“机械”与“电子”密不可分,深度结合,生产出来的新产品起码正做到机电一体化。 我们认为,北京“机电一体化”发展,当务之急,重中之重是: 抓紧开发生产GTO、GTR、VDMOS等新型电力电子器件及其应用装置——交流变频调速器、逆变焊机、高频电子镇流器等,用电力电子技术进行的节能、节材为主要目的的技术改造; 抓紧推广应用经济型数控系统,改造机床设备;开发生产低、中档数控系统; 抓紧开发、生产中小型PLC,用PLC进行生产过程控制; 抓紧组织生产多色胶印机、中英文打字机、电子出版系统、中高调频X射线疹疗设备、心脑病人监护设备、30万千瓦汽轮发电机组、模糊控制器、汽车电子高压开关、高频电子点火器等产品。同时要注意用变频调速技术、电力拖动技术、模糊技术、PLC等改造供暖、供水设备,进行高层建设的现代化管理,解决交通难、出行难问题……
机电一体化应用实例论文题目
机电一体化产品概念设计理论现状与展望摘 要: 探讨了机电一体化产品概念设计理论与方法对产品创新设计的重要性,分析了国内外不同学科背景的学者从不同角度进行研究的现状国外学者以电子学及控制理论为研究出发点,建立了一些概念设计操作平台国内学者以现代机构学为研究出发点,研究以运动执行功能为主功能的机电一体化产品概念设计,其设计理论与方法,更具有实用性,更有利于计算机辅助概念设计并指出了机电一体化产品概念设计理论与方法的发展方向关键词: 机电一体化;概念设计;系统设计机电一体化(Mechatronics)一词,最早起源于日本,是由机械学“mechanics”与电子学“electronics”结合而成的拼缀词,意思为机械电子学,在我国则称之为机电一体化自提出机电一体化(Mechatronics)这一概念以来,机电一体化经历了30多年的发展,其内涵随科技的发展不断更新,不断丰富特别是人类进入21世机电一体化产品的输出柔性、工作性能及可靠性等方面提出了越来越高的要求而相关学科,如AI技术、计算机技术、传感技术、网络技术、信息技术等的发展,为机电一体化系统开辟了更加广阔的应用前景尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的发展,使产品结构发生了革命性的变化随着信息、传感等技术与传统机械产品的融合,传统机械产品正向着智能化、网络化、模块化、柔性化、微型化、自动化等机电一体化新阶段迈进机电一体化技术已成为一门新兴的交叉学科技术,它涉及到机械制造技术、信息处理技术、传感器技术、伺服驱动技术、接口技术、自动控制技术等关键技术技术的更新,带动机电一体化产品向更高层次方向发展,以满足人们不断丰富和发展的物质、文化和精神上的需求机电一体化技术在21世纪机械产品的设计和开发中将发挥重要作用,其产品是机电一体化技术的载体和体现者,通过机电一体化产品来实现和反映当今的机电一体化技术的发展水平因此,作为机电一体化产品的设计师,不但要掌握先进的机电一体化技术,而且更重要地是掌握如何在产品设计中充分展现现代机电一体化技术的最新成果机电一体化系统所具有的学科交叉性、多技术性、集成性、融合性、复杂性给产品设计师提出了更高的要求[1,2]1 建立机电一体化产品概念设计理论与方法的意义设计方法对于指导产品设计具有重要的作用苏联学者阿切尔康的巨著《机械零件设计》指导了几代人的设计工作,使机械设计理论化、规范化美国学者铁木辛科的巨著《材料力学》也影响了几代人,奠定了强度设计的基础设计理论对于设计的指导作用已为世人所公认最优化原理、智能化原理、柔性化原理、网络化原理、可靠性原理等是从系统的观点和运筹学的角度,针对某项具体指标完成产品局部设计环节的设计理论和方法由于机电一体化产品设计的复杂性决定,单独应用这些设计理论虽可以对机电一体化产品的原始创新起到一定的作用,但也易于达到设计极限[3-5]概念设计是产品设计的重要阶段,决定了产品设计质量的60%~70% 因而,要建立机电一体化产品的设计理论,必须首先建立机电一体化产品概念设计的理论、方法基于优良的概念设计方案才能够得到性能优异的机电一体化产品因此,建立机电一体化产品的概念设计理论体系是非常必要的[6,7]概念设计思想受到各国学者的重视,相继出现了多种用于概念设计阶段的设计理论,如公理化设计理论、TRIZ设计理论、QFD理论等这些理论对工程领域的创新设计起到了巨大的推动作用,其成就为世人所关注但这些设计理论多集中在一般的机械工程领域,或者由多个学科简单组合的工程产品设计由于机电一体化系统的学科交叉性、集成性、融合性及复杂性等特点,现有的机械产品的概念设计理论不适用于机电一体化产品的概念设计,必须结合机电一体化系统的自身特点,建立一套系统的、完整的概念设计理论和方法,指导机电一体化产品的创新设计因此认为,机电一体化产品发展到21世纪,应该为其建立系统科学的设计理论和方法了同时,相关学科的设计理论也为机电一体化建立奠定了必要的理论基础[8,9]
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创新设计类1T卷扬机的设计6-C618数控车床的主传动系统设计CA6140车床经济型数控改装设计 CG2-150型仿型切割机的设计PLC控制自动送水系统设计JK5型垂直提升机设计 T6112镗床液压系统设计 Φ1200熟料圆锥式破碎机播种机的设计步进电机控制电路应用设计 21层电梯的控制 ( 电机的选择 人性化控制、舒适设计)垂直提升机2吨的设计 糕点切片机 垂直提升机(JM20吨)的设计 桥式起重机20t 设计及控制直线热矿条筛的设计直线振动输送机的设计轻型平动搬运机械手的设计(改进)取料机液压系统的设计双齿辊破碎机的设计送丝机的设计DQL斗轮堆取料机液压系统设计改造 CG2-150型仿型切割机的设计车床的部分改造 C616车床的横向伺服进给单元改造 C650卧式普通车床PLC电气改造 6-C618数控车床的主传动系统设计C616车床的横向伺服进给单元改造CA6140车床经济型数控改装设计PLC控制类C650卧式普通车床PLC电气改造PLC对XA6132型铣床的电气改造 PLC锅炉燃烧自动控制系统 M7475B型磨床的电气控制的PLC改造 T68型卧式镗床的PLC控制 印刷机的自动化(或无人)控制M7475B型磨床的电气控制的PLC改造PLC对XA6132型铣床的电气改造T68型卧式镗床的PLC控制制造、工艺设计类柴油机飞轮专用钻模 包括设备的选择车床整体式箱体的加工 设备选择 典型零件的数控铣床铣削编程与操作设计 其他单片机对步进电机的控制 T6112镗床液压系统设计单色胶印机的改进倒档齿轮自动焊 锅炉燃烧的自动控制(包括料的自动输送) DQL斗轮堆取料机液压系统设计改造LM型立磨液压力的监控系统基于PRO/E的二级减速器的设计及仿真基于PRO/E的绞肉机的设计及仿真基于PRO/E的齿轮轴的设计及齿轮油泵的装配基于PRO/E的齿轮油泵的三维设计
机电一体化应用实例论文
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浅析机电一体化技术的现状和发展趋势-电子机械-论文网20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入了机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面对机电/thesis/2005/html20K2007-10-8-百度快照发展“机电一体化”的思路和对策-电子机械-论文网(二)北京“机电一体化”工作的任务北京在机电一体化方面的任务可以概括为两句话:一句话是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业;另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品,促进机电产品的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为/thesis/2003/html23K2007-10-8-百度快照煤矿机电运输隐患排查-电子机械-论文网煤矿机电运输是矿井生产环节的重要组成部分,它贯穿了矿井的各个生产环节,战线长,涉及面广,特殊工种多,技术性强。机电3、建立大型机电设备安装验收管理制度。为进一步规范大型机电设备安装、改造、验收管理工作,强化大型机电设备安装、改造/thesis/2007/html16K2007-10-8-百度快照
慢慢接触智能问答,对它没有一个系统的认识,这篇文章主要整理智能问题的发展历史和研究现状 问答系统的目标: 给定一个问题, 能够得到简短、精确的答案 系统定义: 一个能回答任意自然语言形式问题的自动机。
机电一体化技术的应用与发展前景摘要:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。关键词:机械工业;机电一体化;数控;模块化现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。一、机电一体化的核心技术机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手。(一)机械本体技术机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。(二)传感技术传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。(三)信息处理技术机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。(四)驱动技术电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。(五)接口技术为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。(六)软件技术软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。二、机电一体化技术的主要应用领域(一)数控机床数控机床及相应的数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在:1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多CPU、多主总线的体系结构。2、开放性设计,即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。3、WOP技术和智能化。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、大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强了CNC系统的控制功能。5、能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床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,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。6、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。7、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。(二)计算机集成制造系统(CIMS)CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。(三)柔性制造系统(FMS)柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。(四)工业机器人第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;第3代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。三、机电一体化技术的发展前景纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向,机电一体化将朝着以下几个方向发展。(一)智能化智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一,也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。(二)系统化系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除RS232等常用通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。(三)微型化微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3,并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。(四)模块化模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。(五)网络化网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。(六)绿色化工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少,生态环境受到严重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。综上所述,机电一体化是众多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革,使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。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、李运华机电控制[M]北京航空航天大学出版社,2、芮延年机电一体化系统设计[M]北京机械工业出版社,3、王中杰,余章雄,柴天佑智能控制综述[J]基础自动化,2006(6)4、章浩,张西良,周士冲机电一体化技术的发展与应用[J]农机化研究,2006(7)5、梁俊彦,李玉翔机电一体化技术的发展及应用[J]科技资讯,2007(9)
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