【正文】 機電一體化技術及其應用研究摘 要 討論了機電一體化技術對于改變整個機械制造業(yè)面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業(yè)中的應用以及發(fā)展趨勢。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診 模塊化由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現(xiàn)場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發(fā)展。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。 帶源化是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中主要應用于以下幾個方面： 智能化控制技術(IC)由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點，傳統(tǒng)的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。利用計算機對生產過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。DCS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高?！伴_放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設計的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優(yōu)價廉，及時交貨。采用現(xiàn)場總線技術取代現(xiàn)行的信號傳輸技術(如4～20mA，DC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。隨著電力電子技術和微電子技術的發(fā)展，交流調速技術的發(fā)展非常迅速。參考文獻楊自厚． 人工智能技術及其在鋼鐵工業(yè)中的應用[J]．冶金自動化，1994（5）[J]．冶金自動化，1996（4）唐懷斌． 工業(yè)控制的進展與趨勢 [J]．自動化與儀器儀表，1996（4）王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中國科學技術大學出版社，1996林行辛． 鋼鐵工業(yè)自動化的進展與展望[J]．河北冶金，1998（1）6殷際英． 光機電一體化實用技術[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2003芮延年． 機電一體化系統(tǒng)設計[M]． 北京：機械工業(yè)出版社，2004．電機功率轉換的原理引言：電機調速實質的探討，是關系到近代交流調速發(fā)展的重要理論問題。一、功率控制與轉矩控制根據(jù)機電能量轉換原理，凡電動機都可劃分為主磁極和電樞兩個功能部分。根據(jù)所述電樞定義，異步機的軸功率產生于轉子，因此，異步機真正的電樞是轉子。從電樞輸出角度觀察，電動機的軸功率與電磁轉矩機械轉速的關系為：PM＝MΩ(1)或 Ω＝PM／M（2）公式（2）除了給出了電機轉速與軸功率和電磁轉矩間的量值關系以外，同時表明，電機轉速最終只能通過軸功率或電磁轉矩兩種控制獲得調節(jié)，前者簡稱功率控制，后者簡稱轉矩控制。電磁轉矩對轉速的作用表現(xiàn)在調速的過渡過程，轉矩的變化是轉速響應滯后的結果，此時，功率控制造成電磁轉矩響應。圖1 功率控制的調速流程功率控制作用的是電樞，主磁場或主磁通量保持不變，根據(jù)電機理論，電機的額定電磁轉矩正比于主磁通量，受限于電樞的最大載流量。電磁轉矩的獨立控制方法主要依據(jù)轉矩公式：M＝CMΦmIS（直流機）(6)或 M＝CMΦmI2COSφ2（交流機）(7)受控的物理量為主磁通Φm，由于主磁通量Φm產生于主磁極，因此轉矩控制實際上是磁場控制，作用對象為主磁極。二、功率控制的方法與性能電機調速的軸功率控制只能通過電功率間接控制來實現(xiàn)。如果電機轉子為籠型，其繞組呈短路狀，Ps口為封閉不可控的。問題的關鍵是為什么不能單純調壓，而必須輔以變頻？這是定子除了偽電樞的功能之外，還同時兼主磁極之故。設負載為恒轉矩性質，由轉矩平衡方程，電磁轉矩：M＝Mfz＝const又 M＝CMΦmI1COSφ1＝CMΦmI2COSφ2(13)設功率因數(shù)不變，定轉子電流II2將隨主磁通Φm下降而正比增大，其結果功率P1不變，但定轉子損耗：△P1＝m1I 12 r1△P2＝m2I 222 r1將按電流的平方律增大。于是變頻調速建立了一條重要原則，就是調壓變頻，且保證V／F（壓頻比）為常數(shù)，這樣就確保了上述控制要求的實現(xiàn)。方法是由Ps口移出或注入轉差功率。Pes）－△P2（14）式中的Pem為定子向轉子傳輸?shù)碾姶殴β?，電轉差功率的負號表示從Ps口移出，正號表示從Ps口注入。當Ps口引入的是熱轉差功率Prs時，轉子的軸功率則為：PM＝Pem－（△P2＋Prs）(15)顯然熱轉差功率的引入，增大了電樞（轉子）的損耗，軸功率隨Prs的增大而減小，其典型例子是異步機轉子串電阻調速。又，△Ω＝∑p2／M 為電機的轉速降。而增大損耗，電磁功率不變時，電機理想空載轉速不變，改變的只是轉速降，其機械特性為一族匯交型曲線。損耗功率控制屬低效率耗能調速，其機械特性必為匯交型曲線族。，并最終只能通過電功率控制來實現(xiàn)。，兩者性能一致，并無本質差別。機電一體化最早出現(xiàn)在1971年日本雜志《機械設計》的副刊上，隨著機電一體化技術的快速發(fā)展，機電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應用。先進的機械制造業(yè)是以信息為主導，采用先進生產模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術和先進組織管理形式的全新的機械制造業(yè)，其特征是全球化、網絡化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調的綠色制造。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經典的機械理論與工藝應借助于計算機輔助技術，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術。傳感檢測技術是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。階段模型階段，所有的系統(tǒng)組件都能夠被最優(yōu)化； 在仿真計算的幫助下，可以測試和分析這些組件的 宜春學院成人高等教育畢業(yè)設計（論文）適用性；監(jiān)測響應頻率； 對模型進行分析。這樣就就可以測試和檢驗該系統(tǒng)有關參數(shù)波動的魯棒性，功率儲備及連續(xù)運行的特征。成功的測試之后，就會建立一個原型。機械本體（結構組成要素）是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結構，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。執(zhí)行機構（運動組成要素）；根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動作和功能。而兩個信號強弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間，也必須通過接口耦合后，才能匹配。對于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含了知識獲得、推理機制以及自學習功能等知識驅動功能。宜春學院成人高等教育畢業(yè)設計（論文）二、機電一體化技術的應用 在現(xiàn)代機械制造業(yè)中的應用傳統(tǒng)機械制造業(yè)是建立在規(guī)模經濟的基礎上，靠企業(yè)規(guī)模、生產批量、產品結構和重復性來獲得競爭優(yōu)勢的，它強調資源的有效利用，以低成本獲得高質量和高效率，其生產盈利是靠機器取代人力，靠復雜的專業(yè)加工取代人的技能來獲取的。 在飲料行業(yè)中的應用機電一體化技術是當今發(fā)展最快、應用前景最為廣泛的技術之一。 在鋼鐵企業(yè)中的應用計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現(xiàn)從原料進廠，生產加工到產品發(fā)貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。微控制器及其發(fā)展奠定了機電產品數(shù)字化的基礎，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數(shù)字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用。模塊化是一項重要而艱巨的工程。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。網絡技術的興起和飛速發(fā)展給科學技術、工業(yè)生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。現(xiàn)場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(tǒng)(puter integrated appliance system, CIAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。微機電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。科學技術的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。結束語隨著機電一體化技術的發(fā)展，各種產品與裝置實現(xiàn)了機電一體化，有利實現(xiàn)整體優(yōu)化，提高產品質量和生產效率，縮短開發(fā)新產品的生產準備周期，加速科技成果向商品轉化，有利推動傳統(tǒng)產業(yè)發(fā)生深刻變革，同時，隨著新產品的研發(fā)及高精密等設備的發(fā)展，要求新一代機電一體化技術、產品及系統(tǒng)朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量化、微型化方向發(fā)展，從而為國家?guī)砀蟮慕洕б媾c社會效益。學分學績制充分調動了老師教學積極性和學生學習的積極性，充分體現(xiàn)了“以人為本”的理念，讓學生掌握了學習的主動權。此外，卷二成績還包括學生日常表現(xiàn)、平時成績、單元測驗成績、期中考試成績、實踐課程成績等組成，卷二成績決定學生的學績分數(shù)。卷一由學校教務處統(tǒng)一根據(jù)題庫組織命題工作，命題突出該課程的基本知識和基本技能，學生通過卷一考試即可取得該課程規(guī)定的相應學分；卷二由任課教師自主命題，主要考察學生對知識的靈活運用能力，題目注重實踐性、應用性，有利于培養(yǎng)學生對知識的實際應用。主干課程：高等數(shù)學、大學英語、工程力學、電工與電子、機械制圖、機械設計基礎、機械制造基礎*、電機與電氣控制*、液壓傳動與控制技術*、可編程控制器及應用*、特種加工技術、公差配合與技術測量、機械制造工藝與夾具、數(shù)控加工工藝、AUTOCAD、CAD/CAM技術、制圖員培訓、典型數(shù)控系統(tǒng)與應用、數(shù)控加工英語、金屬工藝學、沖壓與塑壓成形設備、沖壓工藝與模具設計。機電一體化已是當今世界及未來機械工業(yè)技術和產品發(fā)展的主要趨向，也是我國機械工業(yè)發(fā)展的必由之路。就業(yè)去向：在機械設計、制造與裝備行業(yè)、模具制造業(yè)，輕工、家用電器、電子制造業(yè)從事設計、制造、技術改造、產品營銷、設備管理與維護等工作，也可以進行專升本、考研深造、自主創(chuàng)業(yè)等?，F(xiàn)為青島濱海學院機電工程學院教師。韓先征，教授。2007年赴德國參加中德高職師資培訓項目。2011年指導學生參加全國職業(yè)院校技能大賽“零部件設計與加工”項目的比賽，獲得“三等獎”。在國家級刊物上發(fā)表教學與科研論文十余篇；主編教材八本，其中兩本為“十一五”國家級規(guī)劃教材?，F(xiàn)為數(shù)控技術專業(yè)帶頭人、山東省特色專業(yè)負責人、院級優(yōu)秀教學團隊負責人，院級訓教名師。主要講授《材料力學》、《理論力學》、《液壓傳動》、《工程力學》、《機械設計基礎》等主修課程。付珍，工學碩士，講師，畢業(yè)于山東科技大學，研究方向先進制造、工藝裝備及其自動化，參與項目“可控液粘行星減速器的研發(fā)與設計”，發(fā)表論文“Magnetic Bearing and Its New applications”、“Technology of Magnetic Flywheel Energy Storage”、《礦井深度指示器應用及發(fā)展現(xiàn)狀》，榮獲“科研活動獎”稱號。現(xiàn)任機電工程學院教師，主講課程有《機械設計基礎》、《工業(yè)工程專業(yè)英語》等?，F(xiàn)任機電工程學院教師，近幾年發(fā)表了多篇學術論文。教學設施：金相實驗室:擁有金相顯微鏡、金相顯微攝影儀、XJP6A金相顯微鏡（電腦型）、Q2金相試樣切割機、M2金相試樣預磨機、P2型金相試樣拋光機、XQ2B型金相試樣鑲樣機等較為先進的設備，其他低值耐用小型儀器設備有電吹風、試樣、侵蝕劑、砂紙、箱式電爐等。本實驗室的建立為學生提供了一個良好的實驗環(huán)境，使學生在動手能力，應用知識能力很好地得到鍛煉的同時，能有機會了解材料領域中較為先進的研究方法。它滿足在校本?？茖W生對進行液壓傳動課程的實驗教學要求。力學實驗室作為基礎實驗室，主要承擔機械專業(yè)的《材料力學》和《工程力學》等課程的實驗教學任務。第二，驗證已建立的理論。機械原理實驗室是機械類專業(yè)的基礎實驗室，擁有機械原理綜合示教柜、范成法齒輪加工儀、動平衡機、漸開線齒輪及相關測量工具等設備。實驗室配備有電梯模型、機械手、自動化分檢裝置、立體倉庫。按照實驗教學大綱的要求，它可滿足電工學、電路分析、模擬電子學、數(shù)字電路等課程的實驗教學需要。精雕機實驗室配有睿雕280精雕機、羅蘭三維實體掃描儀。主要用于學習歐姆 龍可編程控制器的程序設計及應用，可直觀地進行可編程控制器的基本指令練習，承擔《可編程控制器原理及應用》、《電氣控制與PLC》等課程的實驗和實訓及畢業(yè)設計、課程設計的教學任務。該實訓基地配置了較為全面的機械基礎相關實驗儀器設備，可同時容納200人進行機械加工實習和機械基礎實習。利用實訓基地可以培養(yǎng)學生對各種機床的操作能力，完成生產實習教學任務，同時為將來就業(yè)打下良好的基礎。該實驗室可以進行熱處理的各種常規(guī)實驗及理論教學；還可以進各種熱處理常規(guī)工藝的操作如：退火，正火，淬火，回火，調質等；還可以進行洛氏、布氏硬度檢測。熱處理實驗室主要承擔《機械制造基礎》這門課程的實驗教