計算機在機械和電子控制產業的運用

　　概括說明機械電子控制產業發展的情況，重點介紹計算機技術在機械電子控制產業領域以及工業生產制造和人們日常生活中的廣泛應用。

　　《安徽電子信息職業技術學院學報》(雙月刊)創刊于2002年 ， 本刊是安徽電子信息職業技術學院主辦的擁有素質教育等十幾個欄目的綜合性學術期刊，注重學術研究上的開拓創新，對學術上的新觀點、新理論、特別觀注。主要讀者對象為高等院校和職業學校的師生及有關科研院校、企業、事業單位的管理人員和科技人員。

　　0 引言

　　現代科學技術的發展極大地推動了機械工業領域的變革，同時給相關生產產業帶來了巨大的影響，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展概況

　　1.1 計算機控制理論的形成與技術的發展

　　忽略數字信號的量化效應，可以將計算機控制系統看成采樣控制系統，在這一系統中，將其中連續的環節離散化，則整個系統又可看成由不同的離散系統構成。計算機控制理論的發展主要是將采樣理論、差分方程、變換理論、狀態空間理論和系統辨識自適應控制等理論綜合應用到控制技術中，使計算機控制系統有了初步發展。對于結構復雜、時變的非線性系統，控制系統則融入了魯棒控制、模糊控制、預測控制等多種新型理論，逐步形成了工業過程控制系統的一個新方向。

　　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控制。到二十世紀六十年代，出現了用于過程控制的計算機，實現了直接數字控制。后經集中式計算機控制系統發展到現在的以微處理器為核心的分層式控制系統控制，通過計算機對生產過程進行集中監視、操作和管理控制等。伴隨著計算機處理器等技術的發展，計算機控制技術也隨之發生相應的變革，最終應用到工業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展和現狀

　　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律進行控制。在二十世紀三十年代之前，工業生產多處于手工操作的狀態。最初采用基地式儀表控制壓力溫度等在一恒定范圍內，初步有了對工業生產的機械控制實踐。隨著電子技術的迅速發展和計算機控制系統的出現，直接實現了工業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展在不斷地拓寬。

　　2 機電一體化的發展及在工業上的廣泛應用

　　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集合起來所構成的系統總稱，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。

　　柔性制造系統的應用是計算機技術和制造系統在機電控制工業的應用，是計算機化的制造系統。它主要由計算機、數控機床、自動化倉庫等組成。在工業上，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。

　　交流傳動技術的發展也是隨著電子技術和計算機技術的發展在工業上有了重要的應用，尤其是在鋼鐵工業中，使復雜的矢量控制技術得以實現，無論是大容量電機還是小容量電機現均可使同步電機或者異步電機實現可逆滑調速。也使交流傳動系統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。這一系統解決了工業控制系統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。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，還可對控制系統進行監控。PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。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展，PLC可實現通信及聯網功能，更有助于工業生產的控制過程的監控。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、環保以及文化娛樂等各行各業。

　　2.2 計算機在機械和電子控制產業的應用實例

　　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。