机电一体化智能控制

机电一体化智能控制

徐强

内蒙古蒙泰集团

摘要：机电一体化源于机械技术与电子技术的紧密结合，它最初由西方国家传入中国内地。目前，已广泛应用于我国自动化生中产中。展望机电一体化未来的发展前景，机电的智能化是一个不可逆转的趋势。智能化设备能够满足多个行业的生产需求，大大提高生产效率，是21世纪机电一体化发展的一个最重要的方向，具有非常高的价值。

关键词：机电一体化；技术现状；智能化趋势

1.机电一体化概述

在国外，称“机电一体化”为Mechatronics，也就是意味着机械技术和电子技术的有机结合[1]。其基础就是深度结合微型计算机和机械电子技术，对一些群体技术加以综合应用，诸如微电子技术、机械技术、信息技术、传感测试技术等。立足于系统理论，按照两大目标来研究各组成要素之间的关系，这里的目标分别是指系统功能目标和优化组织结构目标，这对整个系统的有机结合和综合集成能起到重要的促进作用，并且受控于有序信息流，这主要是来源于系统程序和微电子电路的。

2．机电一体化主流技术

2.1自动控制技术

电力行业运行人员在发现电压越限时，凭经验进行简单的调整，不但劳动强度大，而且不能及时发现电压和功率因数越限，造成电压质量的降低，同时不利于降低网损。建立了电网机电一体化的主体框架，运用实时网络灵敏度分析技术，提出以电压为核心的控制区域，对各物理参数进行周期性或随机性的自动测量，并显示、打印记录的结果供操作人员观测；对间接测量的参数和指标进行计算、存储、分析判断和处理，并将信息反馈到控制中心，制订新的对策。

2.2传感与检测技术

机电一体化产品中，传感器作为感受器官，将各种内、外部信息通过相应的信号检测装置反馈给控制及信息处理装置。传感器检测的精度、灵敏度和可靠性将直接影响到机电一体化的性能。传感器的发展对于促进信息和仪器仪表行业的发展起到关键作用：（1）采用高性能光电传感器（包括：红外、紫外）、光纤传感器、磁传感器、声传感器、力学量传感器、温度传感器控制电网输出情况；（2）新型阵列传感器（如：接触力阵列传感器）、多维传感器（如：多维位置传感器、多维力传感器等）、复合型（非简单组合）传感器等实现全面化的电网情况检测。将所测得的各种参量如位移、位置、速度、加速度、力、温度、酸度和其他形式的信号等转换为统一规格的电信号输入到信息处理系统中，并由此产生出相应的控制信号以决定执行机构的运动形式和动作幅度。

2.3执行与驱动技术

电网系统的执行部件在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能好坏决定着整个产品的性能，因而是机电一体化产品中重要的组成部分。执行系统所执行的驱动技术，能够实现电子控制，检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。

3.机电一体化发展进程

3.1微电子技术发展

我国对于机电一体化的研究起始于上个世纪八十年代，同西方国家相比，发展较晚，并且尚未形成科学合理的引导机制。在机电一体化发展之前，我国的集成电子技术刚刚起步，至今半个世纪之久，形成了较为完善的理论体系和实践经验。微电子技术中包括对产品的设计、生产制造以及对产品的再加工为一体的体系结构。21世纪是电子时代，现代化的微电子技术发展基础是我国对于集成电路的研究和完善，形成较为科学全面的系统。同以往的传统技术工艺相比，现代化微电子技术广泛应用在各个行业领域，诸如数控机床的发展汽车制造业的电子技术应用，促进了汽车制造行业的革命创新。我国目前汽车制造行业技术水准已经逐步赶超西方国家，达到国际汽车制造的标准，形成现代化汽车制造产业创新。

3.2数控机床发展

数控机床技术起源较早，是在上个世纪中期的美国诞生，同我国建国时间相差无几、尽管数控机床技术在上个世纪中期就已经在美国诞生，但是由于当时历史局限性和技术条件的限制，并未能广泛应用在各个行业领域。直到上个世纪七八十年代，全球经济呈稳步发展趋势，世界各国之间的经济往来愈加密切，数控机床技术的突出作用才逐渐被各个行业发现，并投入大量资金予以建设。由此，数控机床技术才真正的得到发展，并呈现快速增长态势，应用在各个领域上。

3.3可编程序控制器应用

上个世纪六十年代末期可编程控制器首次尝试应用在工业生产控制方面，尽管技术还不够成熟，但为可编程控制器发展完善提供了实践经验和理论基础。随后，美国在此基础上创新研发了一种更为完善的编程控制器，在汽车制造行业进行应用研究。其自身显著的优势被逐步开发，对其设计研究投入大量资金，在汽车行业得到广泛应用。针对汽车行业应用的典型事例，其他行业争相将其应用在工业生产领域，极大的推动产业结构升级。

3.4信息技术等新技术的结合

随着社会的发展和科学技术的进步，各种创新技术不断涌现，信息技术以及激光等技术以其自身独有特质受到各个行业领域的追捧，并广泛将其应用在生产中。光电技术作为时代前沿创新技术的代表，其融合了多种技术为一体，应用在不同的行业领域。

4.机电一体化的智能化趋势

4.1智能化

作为21世纪机电一体化技术的重要发展方向，智能化主要是基于控制理论，将人工智能、计算机科学和运筹学等新的思想和方法吸收进来，通过对人类智能的模拟，促使其具有判断推理、逻辑思维等能力[2]，从而实现更加高远的控制目标。机电一体化的研究中愈发重视人工智能，其中一项重要应用就是机器人和数控机床的智能化。

4.2网络化

上世纪90年代，网络技术是计算机技术等方面的一大突出成就。一旦将机电一体化新产品研制出来，必然会因为其具有独到的功能和可靠的质量，而快速畅销全球。由于现场总线和局域网技术，如今面临的一大趋势就是家用电器网络化，借助家庭网络（homenet）来连接各种家用电器，促使以计算机为中心的计算机集成家电系统的形成。

4.3微型化

微型化最早是在上世纪80年代末兴起的，是指机电一体化将会趋向微型机器和微观领域发展。在国外其被称作是微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品[3]，其发展逐步趋向微米和纳米级。由于存在体积小、运动灵活、耗能少等优势，微机电一体化产品在军事和生物医疗等诸多方面存在的优势都是无法取代的。

4.4绿色化

机电一体化产品的绿色化指的主要是在使用的过程中不会对生态环境产生污染，一旦以后报废也可以再次回收利用。绿色产品在其整个的生命过程中，不违背环保以及人类健康的要求，基本不会危害生态环境，具有很高的资源利用率。进行绿色机电一体化产品的设计，发展前途十分远大。

4.5系统化

系统化的表现特征就在于系统体系结构的变化，将会向采用开放式和模式化的总线结构发展。可对系统进行灵活组态，随意的进行剪裁、组合，并力求促使多子系统协调控制和综合管理得以实现。一方面是怎样才能为机电一体化产品赋予人的情感、智能和人性，这是非常重要的，尤其是对家用机器人，其中人机一体化就是比较高层境界。还有一层含义就是对生物机理的模仿，将不同的机电一体化产品不断研制出来。

结语

总之，随着电机控制的研宄发展与科学技术的进步，数字化已经成为电机控制保护的重要发展方向和趋势。进行机电一体化电机控制前景展望分析，不仅是顺应电机控制的数字化发展趋势，而且对于提高机电一体化电机控制水平也有着积极作用和意义。

参考文献：

[1]刘泽波.机电一体化技术的现状及发展趋势[J].电子世界，2013，05（12）：103.

[2]那凤华.工程施工机械中的机电一体化探讨[J].中华民居（下旬刊），2014，23（07）：161-162.