机电控制技术发展历史和研究现状课件

机电控制技术发展历史和研究现状1机电控制技术发展历史和研究现状1机电控制技术机电控制技术机电系统工程实质上是从系统的观点出发，应用机械、电子、信息等有关技术，对电子器件和机械装置进行有机的组合与统一，实现机电系统的整体优化。机电工程技术已不是机械与电子技术的简单叠加，而是机械系统与电子系统、信息系统有机结合起来而形成的一种新的高层次的综合系统。2机电控制技术2机电控制技术的内容机电控制技术的内容机电控制技术主要解决机电系统的控制问题，研究机电系统工程中控制部分的工程实现方法3机电控制技术的内容机电控制技术主要解决机电系统的控制问题，机电控制技术的发机电控制技术的发展概况展概况随着社会生产力的发展，机电系统工程及其相应的理论、技术愈来愈呈现出两个显著的特性：一、系统科学性 即涉及系统理论和系统工程 的方法越来越多；二、学科综合性或技术集成性 即机电系统工程和机电一体化技术绝非单一学科知识所能够支撑，而是依赖于多门学科知识的有机结合。机电控制的发展经历了：随着相关技术的发展，机电控制技术将向着智能化、网络化、一体化方向发展。典型的系统如数控加工中心、数控机床、工业机器人、物料自动传输与识别系统等，以及以这些系统为基础而组成的更大更复杂的系统如柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）等现代制造系统。4机电控制技术的发展概况随着社会生产力的发展，机电系统工程及数控机床控制系统数控机床控制系统数控机床用途本机床属三座标数控铣床，选配适用可靠数控系统，能完成铣、镗、钻等切削运动，可在没有模具的情况下完成凸轮、样板、模具等形状复杂零件的加工。结构特点1、主轴采用无级调速。2、进给系统由交流伺服电机驱动。3、滑动面优质贴塑与淬硬磨削导轨配合，具有良好耐磨性及伺服性。4、配有主轴快换螺母换刀装置。5、根据需要可加配第四轴。5数控机床控制系统数控机床用途本机床属三座标数控铣驻极体传声器自动化组装系统PP-R管材生产线6驻极体传声器自动化组装系统PP-R管材生产线6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。7智能化控制技术(IC)7分布式控制系统(CS)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。CS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。CS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。8分布式控制系统(CS)8开放式控制系统(OCS)开放控制系统(OpenControlSystem)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。9开放式控制系统(OCS)9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。10计算机集成制造系统(CIMS)10现场总线技术(BT)现场总线技术(ieBusTechnology)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420mA，C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CS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(ProgrammableLogicController)和现场就地控制站等的发展。11现场总线技术(BT)11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。12交流传动技术12国内机电一体化发展现状国内机电一体化发展现状我国从20世纪80年代初开始进行机电一体化的研究和应用，国务院成立了机电一体化领导小组并将其列为“863计划”。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响，许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作。虽然目前国内机电一体化技术与日本、欧美等先进国家相比仍有一定差距6，但随着新技术革命的迅猛发展，我国加大了机电一体化技术的研究力度，并将其确定为国家高技术重点研究领域，给予优先支持，并取得了一定的成绩。13国内机电一体化发展现状13（1）数控技术方面。我国数控技术起步于1958年，在“九五”末期,国产数控机床的国内市场占有率达50%,配国产数控系统(普及型)也达到了10%。纵观我国数控技术近50年的发展历程,特别是经过4个5年计划的攻关,总体来看取得了很好成绩。目前,已具有年产数控系统3000多套、主轴与进给装置5000多套的生产能力。近十年来,普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m,精密级加工中心则从35m,提高到11.5m,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)7。14（1）数控技术方面。我国数控技术起步于1958年，在（2）工业机器人方面。我国1986年将机器人的研究开发列入国家科技计划,现已掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统和软件编程技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人的关键元器件,并进入实用化阶段，开发出弧焊、点焊、喷漆、装配、搬运、注塑、冲压及能前后行走、爬墙、水下作业的多种机器人。目前，国内相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化制造技术，解决了工业机器人控制、驱动系统的设计技术，机器人软件的设计和编程等关键技术，还掌握弧焊、点焊及大型机器人自动生产线（工作站）与周边配套设备的开发和制备技术。现在，我国从事机器人研发的单位有200多家，专门从事机器人产业开发的企业有50家以上，中国市场上总共拥有近万台工业机器人，其中完全国产的工业机器人（行业内规模比较大的前三家工业机器人企业）行业集中度占30%左右。15（2）工业机器人方面。我国1986年将机器人的研究开发列入国（3）计算机集成制造系统方面。我国经过多年的理论和技术准备,CIMS已经有了较快发展。目前,已在清华大学建成国家CIMS工程研究中心,在著名高校和研究单位建立了7个CIMS单元技术实验室和8个CIMS培训中心9。2000年,全国已有20多个省市、10多个行业、200多家不同规模和类型的企业通过实施CIMS应用示范工程,取得了巨大的经济效益。当前,CIMS的进一步试点推广应用已经扩展到机械、电子、航空、航天、轻工、纺织、冶金、石油化工等诸多领域,正得到各行各业越来越多的关注和投入。16（3）计算机集成制造系统方面。我国经过多年的理论和技术准备,机器人录像17机器人录像17机电一体化的实验室18机电一体化的实验室18数控编程19数控编程19机电一体化的应用前景和新认识机电一体化的应用前景和新认识上述机电一体化发展趋势表明,机电一体的应用前景十分广泛。研究机电一体化,可望在以下方面取得成果。(1)进行产品创新设计,推进产品设计的智能化、自动化和快速化,提高产品开发能力。(2)开展机电一体化系统的设计,使机械设备具有更高的柔性。20机电一体化的应用前景和新认识20(3)设计和研制各种性能优良、稳定高效的机器人和机电一体化设备,实现工业生产和各种作业的柔性化和自动化。(4)创造适合各种特殊场合及工作条件的机电一体化设备。机电一体化的发展,使人们对于机械工业有了新的认识,认为机电一体化设备和传统的机械设备有几点明显区别:由于增加了信息处理和控制的计算机,机电集成和融合成了新一代机器的重要标志;在整体上使机器更具有系统性、柔性、日趋智能化;在技术上是融合多种技术为一体的一门新兴交叉学科。21(3)设计和研制各种性能优良、稳定高效的机器21结语结语机电一体化已经从单纯研究机械技术、微电子技术、信息技术、材料技术等发展成为一门有机融合各项技术的一个整体。机电一体化是一门应用性很强的技术学科,必将有力促进机电产品的创新和开发,在高科技和经济发展中起重要作用。22结语22