机电一体化在船闸工程中应用

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机电一体化在船闸工程中应用【1】

【摘要】本文笔者简要分析了机电一体化的概念，结合船闸工程的特点，提出了一些看法，以期对今后类似工程中机电一体化技术的应用，有一定的借鉴意义。

【关键词】船闸工程，机电一体化，机械;前景

1 概述

随着我国科学技术的不断发展，计算机控制技术与电气控制技术结合起来，机电一体化自此进入了智能化和电子自动化的时代，机电一体化技术取得了前所未有的发展。

而由于建立在智能化控制系统上的机电一体化，极大的提高了工业生产的效率，使得原本人工化的加工过程转为无人生产线，并结合计算机强大的计算能力，以网络信息传递和集成化电子终端，实现动态化控制，形成了自动化的生产线。

2 船闸工程中的机电一体化

船闸工程的建设十分复杂，尤为突出的特点就是作业强度大、环境影响大、人为因素对质量影响大等。

而机电一体化的发展使得流程化的作业技术推广到了工程机械上，利用机电一体化的技术移植，将多种作业功能不同设备组合在一起，从而构建船闸施工的移动的流水线，这也是机电一体化在工程施工方面的重要贡献。

船闸工程中的机电一体化实现的主要方式就是利用工程机械制造和电子控制系统相融合的思路，打造可在施工中自行作业、自行检测的智能化施工机械。

从某个方面看，船闸工程的机电一体化更像是对工程机械的自动化改造，并将某个施工工艺结合在一起，使之利用一组工程机械完成某些施工工艺。

同时随着控制模块、微处理器技术的提高，尤其是一些工程机械的控制方式的电子化智能化转变，推动了机电一体化在工程作业机械中的结合，使之成为适应船闸施工的自动化，智能化机械，以此实现了施工的机电一体化。

下面就施工机械机电一体化的应用作简要介绍：

(1)电子控制系统实现机械自检。

机电一体化的一个突出优势就是可以实现机械设备的自我检测，这就给工程机械的运行带来动态化的监控模式，并以此实现对工程机械的合理操作，提前发现问题并予以解决。

突出的功能就是在设备运行中对设备的发动机、传动系统、液压系统、电子系统等进行全面的动态化监控，这里要的是电子技术中数据传感的原理，这也是机电一体化在工程机械中应用的最佳实例。

这个监控系统由监控和信息处理、报警系统组成，一旦工程机械在作业中发生机械性工作或者工作异常就会向控制人员发出警报，并指明故障位置，帮助检修人员进行核实和调整，避免更大的事故出现而影响施工作业。

(2)机电一体化的应用提高了作业的精度。

随着我省航道等级不断提高，对质量的要求也不断提高，因此一些施工工艺在人为的操作下很难满足设计的高标准，而利用仪器反复检测也相当的耗费人力和物力，因此需要一种技术提高作业的精度，还可以随时检测问题。

这时机电一体化就成功的解决了这样的问题，首先，机电一体技术可以设定机械的作业模式，而且这种模式一旦确定，在各自机械的配合下，就会形成一个固定的作业顺序和标准，而且不会轻易的发生变化，这样保证了船闸施工的精确性。

同时由于机械自动作业可以同参数的调整提高施工精度，这种精度的设定是可以看见的，因此可以实现高精度持续作业。

另外，在施工中利用传感器与电子控制技术的结合，可以在施工的同时对施工的成果进行及时的检测，这样既可以确保施工成果的质量，而且一旦出现问题也可以就地解决，而无需等待后期检测的结果出来后再进行补救，提高了施工的效率。

(3)机电一体化可以降低工程施工的能源消耗。

传统的工程机械在使用中往往是通过人的操作来调整工作的输出功率，而这种调整是粗犷性的调整，就简单的换挡或者转速变化，可以选择的变换工况很少，这样就制约了对能源消耗的控制。

在这样的基础上，一些机械生产厂商利用电子控制技术有效的降低了挖掘机的工作效率，使其工作中的燃油使用效率提高了一倍还多，所以机电一体化对降低能源消耗和提高工作效率是行之有效的。

(4)机电一体化可实现施工的自动化。

机电一体化在工程中的应用不仅仅局限在对某种机械的改造和工艺精度的提高上，而是向着某一施工工艺的自动化作业方向发展。

即利用一台机械的电子化控制来实现对一组机械的电子化控制，并使得这一组机械有机的结合起来，来完成某些施工作业。

3 机电一体化技术在船闸施工中的应用前景

(1)系统的智能化程度将提高。

智能化控制是机电一体化发展目标，即利用电子技术和机械控制技术实现机械的智能化的运行。

所谓智能化就是机械可以在不同的情况下利用预先设计好的工况分析系统对当前的工况进行评估，并作出简单的运行模式的变化，这就是智能化的基本需求。

而随着模拟智能、模糊数学、计算机技术、传感技术等学科的发展和结合，将推动机电一体化向智能化迈进，最终是对机械设备的智能化改造，并使之在施工中利用简单的运行动作调整适应复杂工况作业。

(2)模块化作业。

机电一体化在工程中的应用前景广阔还包括了其控制和操作模式的简化，即智能模块化控制的实现。

这种模块化的操作和实施就是利用某些固定的程序化模块与特定机械设备组合相配合，以此进行特定工况下的作业，如在某个工段采用固定的速度、作业形式等，这样在该标段就可进行无干扰的作业，同时在自动检测系统的辅助下，可以将施工过程完全交给机械来完成。

(3)对环保的贡献将不可估量。

前面提到了利用机电一体化可以降低工程机械的能耗，在未来的机电一体发展中将进一步提高其对节能环保的贡献。

机械的高度智能化将带来机械的多功能化，即利用较少数量的智能化施工机械就可以完成大量的工程量，这无疑是对资源的最大节约。

同时高效的机械作业也减少了对环境的破坏，如减少机械存放的场地、减少人员生活对环境的影响等。

4 结语

本文对机电一体化以及其应用前景和机电一体化技术在船闸工程方面的应用加以分析，简要的介绍船闸工程机电一体化的运用。

参考文献：

[1]殷际英.光机电一体化实用技术[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

机电一体化系统中智能控制的应用【2】

[摘要]伴随着科学的不断进步与发展，机电一体化系统已不断深入并得以广泛应用，但是随着系统控制的环境、对象等外部因素的复杂化，智能控制在机电一体化的应用中越来越广泛，并在机电一体化系统中发挥重要的作用。

智能控制则是在这种背景下研究出来的一种新技术，其能够显著改善一体化控制中的许多缺陷，保证了整个一体化控制系统的顺利运行。

文章详细阐述了智能控制的相关问题，并重点研究了智能控制对数控技术的影响

[关键词]机电一体化;系统;智能控制

我国的机电一体化技术越来越成熟，在工业与农业的发展中发挥着至关重要的作用。

但在实际的生活中，很多机电一体化应用中的农业与工业对象具有多层次、不确定性、非线性等特征，给机电一体化的发展带来了很大的难题。

智能控制系统的出现及应用，为机电一体化的长远发展创造了良好的外部环境。

本文将从智能系统与机电一体化的角度出发，着眼两者的融合应用，研究机电一体化系统中智能控制的应用。

一、关于机电一体化的概述

1.1 机电一体化的含义

所谓机电一体化，又称机械电子学，是指将电工电子技术、信息技术、接口技术、机械技术、微电子技术、传感器技术、信号变换技术等多支技术进行有机地结合，并综合应用到实际生产生活中去的一项综合性的技术。

1.2 机电一体化的基本内容与组成要素及原则

机电一体化的基本内容包括以下几个方面：一是机械技术，二是计算机与信息技术，三是系统技术，四是自动控制技术，五是传感检测技术，六是伺服传动技术。

机电一体化的组成要素包括：一是结构组成要素;二是运动组成要素;三是感知组成要素;四是职能组成要素。

机电一体化的四大原则包括：一是结构耦合;二是运动传递;三是信息控制;四是能量转换。

二、关于智能控制

2.1 智能控制的含义

所谓智能控制，就是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术，是用计算机模拟人类智能的一个重要领域，主要面向比传统控制更为复杂、多样的控制任务和控制目的，为当今社会的发展带来了更为广泛的适应空间，解决了传统控制无法实现的复杂系统的控制。

传统的控制只是智能控制中的一个组成部分，是智能控制最底层的阶段。

智能控制是由多个学科相互交叉所形成的学科，它的理论基础包括信息论、自动控制论、运筹学及人工智能等内容。

2.2 智能控制的特征

智能控制具有以下特征：一是智能控制的核心在高层控制，即组织级;二是智能控制器具有非线性特性;三是智能控制具有变结构特点;四是智能控制器具有总体自寻优特性;五是智能控制系统应能满足多样性目标的高性能要求;六是智能控制是一门边缘交叉学科;七是智能控制是一个新兴的研究领域。

2.3 智能控制的类型

一是集成或者混合(复合)控制;二是分级递阶控制系统;三是专家控制系统(Expert System);四是人工神经网络控制系统;五是学习控制系统;六是进化计算与遗传算法;七是组合智能控制方法等。

2.4 智能控制发展的趋势

智能控制系统具有极强的学习功能、组织功能及适应性功能，其在机电一体化方面的广泛应用是当前智能控制的一大发展趋势。

遗传算法、专家系统及神经网络是应用在机电一体化系统中的最常见的四种技术，它们之间存在着相互依存、相辅相成的关系。

近年来，智能控制技术在国内外已有了较大的发展，己进入工程化，实用化的阶段。

但作为一门新兴的理论技术，它还处在一个发展时期。

然而，随着人工智能技术，计算机技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时期。

三、智能控制在机电一体化系统中的应用

从20世纪90年代后期，机电一体化技术向智能控制发展，开辟了机电一体化技术发展的新篇章。

机电一体化的未来发展必将是以智能化作为主要方向，智能控制的优劣直接决定机电一体化系统的整体水平。

3.1 智能控制在机械制造过程中的应用

机械制造是机电一体化系统中的重要组成部分，当前最先进的机械制造技术就是将智能

控制技术与计算机辅助技术有机结合，向智能机械制造技术的方向发展。

其最终目标是利用先进的计算机技术取代一部分脑力劳动，从而模拟人类制造机械的活动。

同时，智能控制技术利用神经网络系统计算的方法对机械制造的现状进行动态地模拟，通过传感器融合技术将采集的信息进行预处理，从而修改控制模式中的参数数据。

智能控制在机械制造中的应用领域包括：机械故障智能诊断、机械制造系统的智能监控与检测、智能传感器及智能学习等。

3.2 智能控制在数控领域中的应用

随着科学技术的发展，我国的机电一体化技术的发展对数控技术提出了更高的要求，不仅需要完成很多的智能功能，还需要扩展、模拟、延伸等新的智能功能，从而使得数控技术可以实现智能编程、智能监控、建立智能数据库等目标，运用智能控制技术可以实现这些目标。

比如说，利用专家系统可以数控领域中难以确定算法与结构不明确的一些问题进行综合处理，再运用推理规则将数控现场的一些数控故障信息进行推理，从而获得维修数控机械的一些指导性建议。

3.3 智能控制在机器人领域中的应用

机器人所具有非线性、强耦合、时变性的特征主要体现在动力系统中，在控制参数的系统中机器人具有多任务及多边变性的特征，这些特征适合智能控制技术的应用。

当前智能控制技术在机器人领域中的应用主要表现在以下几个方面：一是机器人手臂姿态及动作的智能控制;二是机器人在多传感器信息融合与视觉处理方面的智能控制;三是机器人在行走路径与行走轨迹跟踪方面的智能控制;四是通过专家控制系统对机器人的运动环境进行定位、监测、建模及规划控制等方面的探究。

3.4 智能控制在建筑工程中的应用

智能控制在建筑工程中的应用主要表现在以下几个方面：一是智能控制在建筑物照明系统中的应用，它主要通过通信与计算机控制的联网，对每一个时段的照明系统进行控制，主要表现在对照明时间、照明系统的节能、照明逻辑方面的智能控制;二是对建筑物内的空调进行智能控制，通过比例积分调节器闭环的方式对空调在夏季与冬季使用时的模式进行设置，可以智能地调节空调的风阀，在确保建筑内空气质量的同时，减少能量的浪费。

3.5 智能控制在机电一体化中的效果

机电一体化是推动工业现代化的重要技术。

智能化作为当代科技的趋势所在，因此智能控制在机电一体化中的作用不可估量，智能控制应用于机电一体化中有以下几点作用：优化效能：多数数控系统运用的是模块化设计的思路和方式，有着较为广阔的功能涉及面，裁剪性也非常好。

如果是群控系统，对于相同的群控系统完全可以借助各种操作流程，进而保证系统的调整能够符合相关标准和要求;提高精度：精度对于数控机床而言是衡量机电一体化制造技术的重要指标，直接影响着产品加工成品率的高低。

与旧的设备相比，智能数控系统融合了高速CPU芯片、多CPU控制系统、RISC芯片与交流数字伺服系统，促使机床的精度得以大大的提高;程序控制：操作程序是系统运行的主要指令，根据加工产品的尺寸、精度来编制操作程序才能使产品加工后达到智能效果;改进加工：智能控制方式的运用可以缩短加工时间、优化操作流程。

实现了复合加工的效果，数控机床通过智能控制满足了多轴、多控制加工的需要，可以有效地减少人工操作次数，加工程序得到了优化和改进。

参考文献

[1]董勇，谢士敏，机电一体化系统中智能控制的应用体会[J]，数字技术与应用，2011，(10)

[2]刘祥斌，智能控制在机电一体化系统中的应用[J]煤炭技术，2011，(7)

机电一体化在船闸工程中应用