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機電一體化在船閘工程中應(yīng)用
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機電一體化在船閘工程中應(yīng)用【1】
【摘 要】本文筆者簡要分析了機電一體化的概念，結(jié)合船閘工程的特點，提出了一些看法，以期對今后類似工程中機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，有一定的借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】船閘工程，機電一體化，機械;前景
1 概述
隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機控制技術(shù)與電氣控制技術(shù)結(jié)合起來，機電一體化自此進入了智能化和電子自動化的時代，機電一體化技術(shù)取得了前所未有的發(fā)展。
而由于建立在智能化控制系統(tǒng)上的機電一體化，極大的提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率，使得原本人工化的加工過程轉(zhuǎn)為“無人”生產(chǎn)線，并結(jié)合計算機強大的計算能力，以網(wǎng)絡(luò)信息傳遞和集成化電子終端，實現(xiàn)動態(tài)化控制，形成了自動化的生產(chǎn)線。
2 船閘工程中的機電一體化
船閘工程的建設(shè)十分復(fù)雜，尤為突出的特點就是作業(yè)強度大、環(huán)境影響大、人為因素對質(zhì)量影響大等。
而機電一體化的發(fā)展使得流程化的作業(yè)技術(shù)推廣到了工程機械上，利用機電一體化的技術(shù)移植，將多種作業(yè)功能不同設(shè)備組合在一起，從而構(gòu)建船閘施工的移動的“流水線”，這也是機電一體化在工程施工方面的重要貢獻。
船閘工程中的機電一體化實現(xiàn)的主要方式就是利用工程機械制造和電子控制系統(tǒng)相融合的思路，打造可在施工中自行作業(yè)、自行檢測的智能化施工機械。
從某個方面看，船閘工程的機電一體化更像是對工程機械的自動化改造，并將某個施工工藝結(jié)合在一起，使之利用一組工程機械完成某些施工工藝。
同時隨著控制模塊、微處理器技術(shù)的提高，尤其是一些工程機械的控制方式的電子化智能化轉(zhuǎn)變，推動了機電一體化在工程作業(yè)機械中的結(jié)合，使之成為適應(yīng)船閘施工的自動化，智能化機械，以此實現(xiàn)了施工的機電一體化。
下面就施工機械機電一體化的應(yīng)用作簡要介紹：
(1)電子控制系統(tǒng)實現(xiàn)機械自檢。
機電一體化的一個突出優(yōu)勢就是可以實現(xiàn)機械設(shè)備的自我檢測，這就給工程機械的運行帶來動態(tài)化的監(jiān)控模式，并以此實現(xiàn)對工程機械的合理操作，提前發(fā)現(xiàn)問題并予以解決。
突出的功能就是在設(shè)備運行中對設(shè)備的發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電子系統(tǒng)等進行全面的動態(tài)化監(jiān)控，這里要的是電子技術(shù)中數(shù)據(jù)傳感的原理，這也是機電一體化在工程機械中應(yīng)用的最佳實例。
這個監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控和信息處理、報警系統(tǒng)組成，一旦工程機械在作業(yè)中發(fā)生機械性工作或者工作異常就會向控制人員發(fā)出警報，并指明故障位置，幫助檢修人員進行核實和調(diào)整，避免更大的事故出現(xiàn)而影響施工作業(yè)。
(2)機電一體化的應(yīng)用提高了作業(yè)的精度。
隨著我省航道等級不斷提高，對質(zhì)量的要求也不斷提高，因此一些施工工藝在人為的操作下很難滿足設(shè)計的高標(biāo)準(zhǔn)，而利用儀器反復(fù)檢測也相當(dāng)?shù)暮馁M人力和物力，因此需要一種技術(shù)提高作業(yè)的精度，還可以隨時檢測問題。
這時機電一體化就成功的解決了這樣的問題，首先，機電一體技術(shù)可以設(shè)定機械的作業(yè)模式，而且這種模式一旦確定，在各自機械的配合下，就會形成一個固定的作業(yè)順序和標(biāo)準(zhǔn)，而且不會輕易的發(fā)生變化，這樣保證了船閘施工的精確性。
同時由于機械自動作業(yè)可以同參數(shù)的調(diào)整提高施工精度，這種精度的設(shè)定是可以看見的，因此可以實現(xiàn)高精度持續(xù)作業(yè)。
另外，在施工中利用傳感器與電子控制技術(shù)的結(jié)合，可以在施工的同時對施工的成果進行及時的檢測，這樣既可以確保施工成果的質(zhì)量，而且一旦出現(xiàn)問題也可以就地解決，而無需等待后期檢測的結(jié)果出來后再進行補救，提高了施工的效率。
(3)機電一體化可以降低工程施工的能源消耗。
傳統(tǒng)的工程機械在使用中往往是通過人的操作來調(diào)整工作的輸出功率，而這種調(diào)整是粗獷性的調(diào)整，就簡單的換擋或者轉(zhuǎn)速變化，可以選擇的變換工況很少，這樣就制約了對能源消耗的控制。
在這樣的基礎(chǔ)上，一些機械生產(chǎn)廠商利用電子控制技術(shù)有效的降低了挖掘機的工作效率，使其工作中的燃油使用效率提高了一倍還多，所以機電一體化對降低能源消耗和提高工作效率是行之有效的。
(4)機電一體化可實現(xiàn)施工的自動化。
機電一體化在工程中的應(yīng)用不僅僅局限在對某種機械的改造和工藝精度的提高上，而是向著某一施工工藝的自動化作業(yè)方向發(fā)展。
即利用一臺機械的電子化控制來實現(xiàn)對一組機械的電子化控制，并使得這一組機械有機的結(jié)合起來，來完成某些施工作業(yè)。
3 機電一體化技術(shù)在船閘施工中的應(yīng)用前景
(1)系統(tǒng)的智能化程度將提高。
智能化控制是機電一體化發(fā)展目標(biāo)，即利用電子技術(shù)和機械控制技術(shù)實現(xiàn)機械的智能化的運行。
所謂智能化就是機械可以在不同的情況下利用預(yù)先設(shè)計好的工況分析系統(tǒng)對當(dāng)前的工況進行評估，并作出簡單的運行模式的變化，這就是智能化的基本需求。
而隨著模擬智能、模糊數(shù)學(xué)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展和結(jié)合，將推動機電一體化向智能化邁進，最終是對機械設(shè)備的智能化改造，并使之在施工中利用簡單的運行動作調(diào)整適應(yīng)復(fù)雜工況作業(yè)。
(2)模塊化作業(yè)。
機電一體化在工程中的應(yīng)用前景廣闊還包括了其控制和操作模式的簡化，即智能模塊化控制的實現(xiàn)。
這種模塊化的操作和實施就是利用某些固定的程序化模塊與特定機械設(shè)備組合相配合，以此進行特定工況下的作業(yè)，如在某個工段采用固定的速度、作業(yè)形式等，這樣在該標(biāo)段就可進行無干擾的作業(yè)，同時在自動檢測系統(tǒng)的輔助下，可以將施工過程完全交給機械來完成。
(3)對環(huán)保的貢獻將不可估量。
前面提到了利用機電一體化可以降低工程機械的能耗，在未來的機電一體發(fā)展中將進一步提高其對節(jié)能環(huán)保的貢獻。
機械的高度智能化將帶來機械的多功能化，即利用較少數(shù)量的智能化施工機械就可以完成大量的工程量，這無疑是對資源的最大節(jié)約。
同時高效的機械作業(yè)也減少了對環(huán)境的破壞，如減少機械存放的場地、減少人員生活對環(huán)境的影響等。
4 結(jié)語
本文對機電一體化以及其應(yīng)用前景和機電一體化技術(shù)在船閘工程方面的應(yīng)用加以分析，簡要的介紹船閘工程機電一體化的運用。
參考文獻：
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[2]芮延年.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京： 機械工業(yè)出版社，2004.
機電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用【2】
[摘要]伴隨著科學(xué)的不斷進步與發(fā)展，機電一體化系統(tǒng)已不斷深入并得以廣泛應(yīng)用，但是隨著系統(tǒng)控制的環(huán)境、對象等外部因素的復(fù)雜化，智能控制在機電一體化的應(yīng)用中越來越廣泛，并在機電一體化系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。
智能控制則是在這種背景下研究出來的一種新技術(shù)，其能夠顯著改善一體化控制中的許多缺陷，保證了整個一體化控制系統(tǒng)的順利運行。
文章詳細闡述了智能控制的相關(guān)問題，并重點研究了智能控制對數(shù)控技術(shù)的影響
[關(guān)鍵詞]機電一體化;系統(tǒng);智能控制
我國的機電一體化技術(shù)越來越成熟，在工業(yè)與農(nóng)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
但在實際的生活中，很多機電一體化應(yīng)用中的農(nóng)業(yè)與工業(yè)對象具有多層次、不確定性、非線性等特征，給機電一體化的發(fā)展帶來了很大的難題。
智能控制系統(tǒng)的出現(xiàn)及應(yīng)用，為機電一體化的長遠發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。
本文將從智能系統(tǒng)與機電一體化的角度出發(fā)，著眼兩者的融合應(yīng)用，研究機電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用。
一、關(guān)于機電一體化的概述
1.1 機電一體化的含義
所謂機電一體化，又稱機械電子學(xué)，是指將電工電子技術(shù)、信息技術(shù)、接口技術(shù)、機械技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號變換技術(shù)等多支技術(shù)進行有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實際生產(chǎn)生活中去的一項綜合性的技術(shù)。
1.2 機電一體化的基本內(nèi)容與組成要素及原則
機電一體化的基本內(nèi)容包括以下幾個方面：一是機械技術(shù)，二是計算機與信息技術(shù)，三是系統(tǒng)技術(shù)，四是自動控制技術(shù)，五是傳感檢測技術(shù)，六是伺服傳動技術(shù)。
機電一體化的組成要素包括：一是結(jié)構(gòu)組成要素;二是運動組成要素;三是感知組成要素;四是職能組成要素。
機電一體化的四大原則包括：一是結(jié)構(gòu)耦合;二是運動傳遞;三是信息控制;四是能量轉(zhuǎn)換。
二、關(guān)于智能控制
2.1 智能控制的含義
所謂智能控制，就是指在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)控制目標(biāo)的自動控制技術(shù)，是用計算機模擬人類智能的一個重要領(lǐng)域，主要面向比傳統(tǒng)控制更為復(fù)雜、多樣的控制任務(wù)和控制目的，為當(dāng)今社會的發(fā)展帶來了更為廣泛的適應(yīng)空間，解決了傳統(tǒng)控制無法實現(xiàn)的復(fù)雜系統(tǒng)的控制。
傳統(tǒng)的控制只是智能控制中的一個組成部分，是智能控制最底層的階段。
智能控制是由多個學(xué)科相互交叉所形成的學(xué)科，它的理論基礎(chǔ)包括信息論、自動控制論、運籌學(xué)及人工智能等內(nèi)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層控制，即組織級;二是智能控制器具有非線性特性;三是智能控制具有變結(jié)構(gòu)特點;四是智能控制器具有總體自尋優(yōu)特性;五是智能控制系統(tǒng)應(yīng)能滿足多樣性目標(biāo)的高性能要求;六是智能控制是一門邊緣交叉學(xué)科;七是智能控制是一個新興的研究領(lǐng)域。
2.3 智能控制的類型
一是集成或者混合(復(fù)合)控制;二是分級遞階控制系統(tǒng);三是專家控制系統(tǒng)(Expert System);四是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng);五是學(xué)習(xí)控制系統(tǒng);六是進化計算與遺傳算法;七是組合智能控制方法等。
2.4 智能控制發(fā)展的趨勢
智能控制系統(tǒng)具有極強的學(xué)習(xí)功能、組織功能及適應(yīng)性功能，其在機電一體化方面的廣泛應(yīng)用是當(dāng)前智能控制的一大發(fā)展趨勢。
遺傳算法、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用在機電一體化系統(tǒng)中的最常見的四種技術(shù)，它們之間存在著相互依存、相輔相成的關(guān)系。
近年來，智能控制技術(shù)在國內(nèi)外已有了較大的發(fā)展，己進入工程化，實用化的階段。
但作為一門新興的理論技術(shù)，它還處在一個發(fā)展時期。
然而，隨著人工智能技術(shù)，計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制必將迎來它的發(fā)展新時期。
三、智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用
從20世紀90年代后期，機電一體化技術(shù)向智能控制發(fā)展，開辟了機電一體化技術(shù)發(fā)展的新篇章。
機電一體化的未來發(fā)展必將是以智能化作為主要方向，智能控制的優(yōu)劣直接決定機電一體化系統(tǒng)的整體水平。
3.1 智能控制在機械制造過程中的應(yīng)用
機械制造是機電一體化系統(tǒng)中的重要組成部分，當(dāng)前最先進的機械制造技術(shù)就是將智能
控制技術(shù)與計算機輔助技術(shù)有機結(jié)合，向智能機械制造技術(shù)的方向發(fā)展。
其最終目標(biāo)是利用先進的計算機技術(shù)取代一部分腦力勞動，從而模擬人類制造機械的活動。
同時，智能控制技術(shù)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計算的方法對機械制造的現(xiàn)狀進行動態(tài)地模擬，通過傳感器融合技術(shù)將采集的信息進行預(yù)處理，從而修改控制模式中的參數(shù)數(shù)據(jù)。
智能控制在機械制造中的應(yīng)用領(lǐng)域包括：機械故障智能診斷、機械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控與檢測、智能傳感器及智能學(xué)習(xí)等。
3.2 智能控制在數(shù)控領(lǐng)域中的應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的機電一體化技術(shù)的發(fā)展對數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求，不僅需要完成很多的智能功能，還需要擴展、模擬、延伸等新的智能功能，從而使得數(shù)控技術(shù)可以實現(xiàn)智能編程、智能監(jiān)控、建立智能數(shù)據(jù)庫等目標(biāo)，運用智能控制技術(shù)可以實現(xiàn)這些目標(biāo)。
比如說，利用專家系統(tǒng)可以數(shù)控領(lǐng)域中難以確定算法與結(jié)構(gòu)不明確的一些問題進行綜合處理，再運用推理規(guī)則將數(shù)控現(xiàn)場的一些數(shù)控故障信息進行推理，從而獲得維修數(shù)控機械的一些指導(dǎo)性建議。
3.3 智能控制在機器人領(lǐng)域中的應(yīng)用
機器人所具有非線性、強耦合、時變性的特征主要體現(xiàn)在動力系統(tǒng)中，在控制參數(shù)的系統(tǒng)中機器人具有多任務(wù)及多邊變性的特征，這些特征適合智能控制技術(shù)的應(yīng)用。
當(dāng)前智能控制技術(shù)在機器人領(lǐng)域中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是機器人手臂姿態(tài)及動作的智能控制;二是機器人在多傳感器信息融合與視覺處理方面的智能控制;三是機器人在行走路徑與行走軌跡跟蹤方面的智能控制;四是通過專家控制系統(tǒng)對機器人的運動環(huán)境進行定位、監(jiān)測、建模及規(guī)劃控制等方面的探究。
3.4 智能控制在建筑工程中的應(yīng)用
智能控制在建筑工程中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是智能控制在建筑物照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，它主要通過通信與計算機控制的聯(lián)網(wǎng)，對每一個時段的照明系統(tǒng)進行控制，主要表現(xiàn)在對照明時間、照明系統(tǒng)的節(jié)能、照明邏輯方面的智能控制;二是對建筑物內(nèi)的空調(diào)進行智能控制，通過比例積分調(diào)節(jié)器閉環(huán)的方式對空調(diào)在夏季與冬季使用時的模式進行設(shè)置，可以智能地調(diào)節(jié)空調(diào)的風(fēng)閥，在確保建筑內(nèi)空氣質(zhì)量的同時，減少能量的浪費。
3.5 智能控制在機電一體化中的效果
機電一體化是推動工業(yè)現(xiàn)代化的重要技術(shù)。
“智能化”作為當(dāng)代科技的趨勢所在，因此智能控制在機電一體化中的作用不可估量，智能控制應(yīng)用于機電一體化中有以下幾點作用：優(yōu)化效能：多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)運用的是模塊化設(shè)計的思路和方式，有著較為廣闊的功能涉及面，裁剪性也非常好。
如果是群控系統(tǒng)，對于相同的群控系統(tǒng)完全可以借助各種操作流程，進而保證系統(tǒng)的調(diào)整能夠符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求;提高精度：精度對于數(shù)控機床而言是衡量機電一體化制造技術(shù)的重要指標(biāo)，直接影響著產(chǎn)品加工成品率的高低。
與舊的設(shè)備相比，智能數(shù)控系統(tǒng)融合了高速CPU芯片、多CPU控制系統(tǒng)、RISC芯片與交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，促使機床的精度得以大大的提高;程序控制：操作程序是系統(tǒng)運行的主要指令，根據(jù)加工產(chǎn)品的尺寸、精度來編制操作程序才能使產(chǎn)品加工后達到智能效果;改進加工：智能控制方式的運用可以縮短加工時間、優(yōu)化操作流程。
實現(xiàn)了復(fù)合加工的效果，數(shù)控機床通過智能控制滿足了多軸、多控制加工的需要，可以有效地減少人工操作次數(shù)，加工程序得到了優(yōu)化和改進。
參考文獻
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