機電一體化技術定義匯總十篇

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在電力系統中，線路整定是一項復雜的系統工程，它涉及到各個元件之間的保護和協調配合。隨著近年來電網規模的不斷擴大，線路布置的日益復雜，電力系統線路保護和整定計算也顯得越來越繁瑣。通過近年來的不斷深入研究，線路整定計算自動化程度有了巨大的變化和有效的提高，但是還未曾全面良好的從整定計算人員的復雜計算工作中脫離出來。因此，目前的線路保護和整定計算還是一項復雜的繼電保護工作，在工作中具有著工作環境復雜，程序較多，考慮到的因素多和耗費時間長的特點。

一、線路整定計算一體化結構

繼電保護在電力系統中有著重要的作用與意義。在電力系統中，線路由于受到自然地、人為的或者設備自身故障等因素造成的某處發生故障，這就需要繼電保護裝置能夠快速及時的運行，并針對這些故障采取隔離、切除、警告的措施來保持配電系統的連續性、可靠性和穩定性，同時能夠保證工作人員人身安全、設備安全等。電力線路繼電保護整定計算是最為復雜和繁瑣的整定計算工作之一，在這項工作之中首先要考慮工程項目周圍環境因素、工作程序影響和時間的開銷問題。因此在這個過程中就需要廣大工作人員不斷采用新的科學技術手段去分析和整合，從而減輕工作人員的工作壓力和負擔，提高工作效率。

二、保護整定計算中存在問題

在一般的線路整定計算過程中，整定計算具有著定制計算偏重于靈敏性，對用戶變電所線路選擇難以保證輸電要求和選擇重合閘的質量無法保證的缺陷，這些不完善的設備和缺陷主要表現在以下幾個方面：

1、先進技術應用的不夠合理

沒有實現線路保護整定計算全過程的自動化。目前的線路保護整定計算軟件通常只完成了線路零序電流保護、相間距離保護和接地距離保護的整定計算。線路保護裝置中其他整定項目的整定，如啟動量、控制字等，仍然需要用戶通過一定的計算工具完成；整定計算軟件的整定結果仍然需要用戶手工輸入到定值通知單中；通知單已經執行的線路保護新定值仍然需要用戶手工錄入到線路保護整定計算軟件中，作為保護的當前運行定值。這種工作模式需要用戶進行大量的手工轉換工作，加重了整定計算人員的工作負擔。

2、計算方式方面

在零序電流保護、相間距離保護、接地距離保護的整定中，沒有考慮實際線路保護裝置中這些保護的配置情況。隨著微機保護的發展和國外保護的引進，許多線路保護裝置都配置了兩段式零序保護、反時限零序保護、四段式距離保護等比較特殊的保護。為了提高整定計算工作的效率，提高整定計算結果的正確性和合理性，有必要研制新的線路保護整定計算軟件，實現線路保護整定計算全過程的自動化，從根本上將整定計算人員從繁雜的計算工作中解放出來。

三、線路保護整定計算一體化系統結構

線路保護整定計算一體化系統整體結構線路保護整定計算一體化系統由4個子系統構成。系統管理子系統實現電力系統一、二次參數的建立和管理功能。階段式保護整定計算子系統實現面向線路保護裝置的零序電流保護、相間距離保護和接地距離保護的整定計算功能。保護裝置整定計算子系統實現所有線路保護裝置各個整定項目的整定計算功能。定值通知單管理子系統實現所有線路保護裝置定值通知單的管理功能。

一套系統化的線路保護裝置通常都是采用多種不同的工作原理構成的保護系統和保護裝置，而在線路整定保護一體化系統結構中，所需要的整定計算方法和方式都是通過階段性保護來完善和控制的。在這種保護系統中，是由于上下兩級之間存在著配合和整定復雜的狀態，這也就造成了保護之間相互復雜和反復強調的曲面。在目前的高頻保護系統中，具有著一套系統化的計算管理模式，只要在電網系統中滿足運行變化的限度，便可以進行系統、精確和高效的計算方式。

四、線路保護整定計算的擴展性

隨著近年來科學技術的飛速發展，微機技術、信息技術、數字技術和電子技術廣泛的應用在電力系統中，這就促使各種新型號、新結構和新材料的線路保護裝置的不斷推出和迅速發展，為電力系統的安全可靠發展提供了必然依據，也為電力系統整定計算質量的提高指明了發展方向。新的線路保護裝置與已有保護裝置相比，無論是整定項目的數目內容，還是基本整定原則之中都存在較大差別。因此，每增加一種新裝置都必須針對該裝置定義其包含的數據內容編制其對應的整定計算代碼，才能夠在整定計算系統中對該裝置進行數據管理和整定計算。但是如果每新增一種保護裝置都必須對整個整定計算系統的代碼進行修改和編譯，則程序維護的工作量非常大，既要靈活添加各種新增保護裝置，又要減小程序維護的工作量最理想的解決方案，就是實現新增保護裝置的插件式升級為了實現新增保護裝置的插件式升級。在線路保護整定計算一體化系統中采用了建立統一的保護裝置數學模型和統一的保護裝置接口函數的方法。

五、整定原則

1、階段式保護整定計算原則

階段式保護主要指零序電流保護、相間距離保護和接地距離保護。階段式保護的上、下級保護間存在相互的配合關系，其整定計算比較復雜需要較多的人工干預。通常，階段式保護的整定計算單獨進行不與線路保護裝置同時進行。但是在實際電力系統中，不同的線路保護裝置配置的階段式保護的段數性質，投退情況都不相同，在完全不考慮保護裝置實際情況的階段式保護整定是不正確不合理的。

2、數據結構整定計算原則

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中圖分類號：X773 文章編號：1009-2374（2016）16-0085-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.16.041

1 項目背景

定州電廠一期煙氣脫硫工程由川崎公司供貨。采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，吸收塔設置三層噴淋層，并設置增壓風機及GGH。兩套脫硫裝置可處理#1、#2兩臺爐的全部煙氣。原設計按照FGD入口SO2濃度為1576mg/Nm3（標態、干基、6%氧）時，脫硫效率95%設計。目前，定州電廠實際來煤與設計煤質較為接近，實測#1、#2機組FGD出口SO2濃度分別為51mg/Nm3及76mg/Nm3。因此，定州電廠目前的脫硫設施可達到95%的脫硫設計效率，但尚不滿足國華電力集團的綠色發電低于35mg/Nm3的SO2排放標準要求。

為貫徹神華集團提出的“1245”能源發展戰略，國華公司于2015年02月《國華電力高品質綠色發電計劃》（2015版國華電環[2015]1號），對2015年的綠色發電改造做出了具體的部署和要求，其中對地處京津冀腹地的定州電廠一期兩臺機組提出了更高的綠色發電改造要求，即：煙塵≤1mg/Nm3，SO2和氮氧化物達到燃機排放標準的一半（SO2≤17.5mg/Nm3，NOX≤50mg/Nm3）。

經過系列考察，基于對脫硫、除塵的環保要求，保證長期的環保需求，定州電廠最終確定采用單塔一體化脫硫除塵技術。

2 工程概況

圖1 原有煙氣系統示意圖

定州電廠一期工程兩臺機組分別于2004年4月及9月投運發電。一期煙氣脫硫工程由川崎公司供貨。采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，吸收塔設置三層噴淋層，并設置增壓風機及GGH。兩套脫硫裝置可處理#1、#2兩臺爐的全部煙氣。原設計按照FGD入口SO2濃度為1576mg/Nm3（標態、干基、6%氧）時，脫硫效率95%設計。

原脫硫系統采用單塔處理一臺600MW機組鍋爐的煙氣。待處理的煙氣從吸收塔底部從下向上與噴淋的石灰石漿液逆向接觸。吸收塔下部為反應池，反應池設有側進式攪拌器或脈沖設備，以保持固體顆粒懸浮；在吸收塔的頂部設有兩級除霧器，用來除去出口煙氣中的霧珠，使離開吸收塔的脫硫煙氣中含水量降低至75mg/Nm3以下；吸收塔設置3臺漿液循環泵，以保證氣液兩相充分接觸，提高SO2的吸收效率。設置2臺氧化風機，1運1備，將空氣送入反應池，將漿液中未氧化的HSO3-和SO32-氧化成SO42-，達到使漿液充分氧化的目的。設2臺石膏漿液排出泵，1運1備，將氧化后生成的石膏從吸收塔排出，進入石膏脫水系統。

目前，定州電廠實際來煤與設計煤質較為接近，實測FGD出口SO2濃度如下：

因此，定州電廠目前的脫硫設施可達到95%的脫硫設計效率，但尚不滿足國華電力集團的綠色發電低于

35mg/Nm3的SO2排放標準要求。

3 改造技術方案

煙氣系統改造改造后，取消增壓風機，相應的煙氣阻力由兩臺50%容量引風機克服。原來的兩臺靜葉可調軸流引風機更換為雙級動葉調節軸流式引風機。

吸收塔后增加一臺濕式電除塵器，吸收塔出口凈煙氣經濕式電除塵器除塵后進入“主煙道”，然后從煙囪排出。旁路擋板門及其配套系統全部拆除。

原有脫硫塔為折返塔，本次改造對吸收塔地改造內容簡述如下：（1）拆除原吸收塔內件，包括隔板、噴淋層支撐梁、導流裝置等；（2）拆除原入口、出口煙道并進行封堵；（3）在入口煙道與最低一層噴淋層之間增加旋匯耦合器（湍流器）一套，噴淋層四層、在最上頂層噴淋層上部增加管束式除塵裝置一套等其他內件；（4）拆除原先塔內噴槍氧化方式，增加新的噴槍式氧化裝置一套；（5）改造原吸收塔平臺、爬梯及管口、人孔安裝孔等；（6）拆除原有4臺流量為8000m3/h的循環泵，設置4臺流量為9000m3/h的循環泵，揚程為23.1/24.9/26.7/27.6m；（7）改造后吸收塔噴淋區直徑為17.6m，漿池直徑為17.6m，操作液位為7.0m；（8）本項目氧化空氣系統采用噴槍式。拆除原有氧化風機，并將新的氧化風機布置在原有位置，即出口煙道下部。每臺機組設置兩臺氧化風機，一運一備。氧化風機采用離心風機，風機流量Q=8250Nm3/h，揚程為76kPa；（9）拆除原有石膏排出泵，并將新泵布置在原有位置。每塔設置兩臺石膏排出泵，一運一備。石膏排出泵采用臥式離心泵，流量Q=170m3/h，揚程為65m。

4 改造技術特點

4.1 高效旋匯耦合脫硫除塵技術

引風機出口煙氣進入吸收塔，經過高效旋匯耦合裝置，利用流體動力學原理，形成強大的可控湍流空間，使氣液固三相充分接觸，提高傳質效率，同時液氣比比同類技術低30%，實現第一步的高效脫硫和除塵。

煙氣與噴淋漿液旋轉劇烈接觸，漿液液面快速更新，傳質和傳熱效果迅速，具有脫硫作用，同時煙氣被漿液洗滌，具有除塵效果高脫硫、除塵效率。

經過湍流器后促使吸收塔內煙氣均布，有效避免了空塔噴淋氣流分布不均、噴淋層失效的問題。煙氣快速降溫，增強噴淋層的吸收效果。湍流塔液氣比遠低于空塔噴淋塔，雖然湍流器會增加阻力使引風機的電耗增加，由于漿液循環量大幅降低，脫硫系統綜合電耗比空塔噴淋低8%～20%。

穩定性強，煙氣進入吸收塔后，在湍流器中由層流變成湍流，氣液固充分接觸。煙氣湍流上升，反而系統不易結垢。湍流塔更適合煤質硫含量寬泛波動的機組，保證脫硫效率，可靠性高。

4.2 高效節能噴淋技術

優化噴淋層結構，改變噴嘴布置方式，提高單層漿液覆蓋率達到300%以上，增大化學吸收反應所需表面積，完成第二步的洗滌，煙氣經高效旋匯耦合裝置和高效節能噴淋裝置2次洗滌反應，兩次脫硫效率的疊加，可實現煙氣中二氧化硫降低至35mg/Nm3以下。

設計了防壁流裝置，避免氣液短路。

4.3 離心管束式除塵技術

除霧器是依靠煙氣中液滴的慣性作用和重力作用為工作原理。設計流速一般選定在3.5～5.5m/s之間。折返式除霧器的工作原理及運行流速決定了無法除去細小液滴，無法捕悉粒徑小于15μm的細小液滴，即使多層屋脊式除霧器也實現不了出口塵濃度5mg/Nm3。而目前控制脫硫塔出口5mg/Nm3的塵排放濃度就是控制對細小粉塵和

經高效脫硫及初步除塵后的煙氣向上經離心管束式除塵裝置進一步完成高效除塵除霧過程，離心管束式除塵裝置由分離器、增速器、導流環、匯流環及管束等構成。

煙氣在一級分離器作用下使氣流高速旋轉，液滴在壁面形成一定厚度的動態液膜，煙氣攜帶的細顆粒灰塵及液滴持續被液膜捕獲吸收，連續旋轉上升的煙氣經增速器調整后再經二級分離器去除微細顆粒物及液滴。同時在增速器和分離器葉片表面形成較厚的液膜，會在高速氣流的作用下發生“散水”現象，大量的大液滴從葉片表面被拋灑出來，穿過液滴層的細小液滴被捕獲，大液滴變大后被筒壁液膜捕獲吸收，實現對細小霧滴的脫除。最后經過匯流環排出，實現煙塵低于5mg/Nm3超凈脫除。

由上面的圖片可以看到單塔一體化脫硫除塵技術對微細顆粒物的捕集效果顯著，對粉塵、酸霧、氣溶膠、PM2.5等多污染物進行協同治理的能力高。

5 應用效果

改造后，經河北省環境監測中心站進行了性能測試，在各污染物治理設施正常運行的情況下，1號煙塵≤1mg/Nm3，SO2≤17.5mg/Nm3，達到了超凈排放，這使1號機組成為京津冀區域內又一臺實現“近零排放”的600兆瓦等級燃煤機組。

6 結語

濕法脫硫是我國的主流工藝，同時經過多年的運行，脫硫裝置和設備損壞嚴重，可利用率低。多種因素的影響迫使電廠必須對原有脫硫裝置進行增容改造，但是很多電廠卻面臨著改造工期短、改造現場空間有限、成本等很多客觀條件的限制，所以選擇一款煙氣治理技術產品需要有長遠的眼光，不能僅局限于當下的問題，還要充分地考慮這些都能很好地適應我國未來越來越嚴峻的環保趨勢。而以單塔一體化脫硫除塵在定州電廠的成功應用，為目前主流燃煤機組的環保改造提供了一個新的選擇。

參考文獻

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伴隨著中國社會主義科學技術及市場經濟快速發展，有關機電一體化系統的建造也進入了一個快速成長的黃金階段，機電一體化的技能也逐步老練成熟。由于相關系統所處外部環境在不斷變化，在機電一體化的系統中開始廣泛使用智能系統，其在機電一體化技術的成長過程別是在現時期有著舉足輕重的地位，同時也將進一步促進機電一體出現飛躍的發展。本文從機電一體化及智能系統的視點動身，將這兩部分進行融合，剖析研究機電一體化體系中智能操控的使用。需注意的是，雖然中國機電一體化系統在農業領域及工業領域中起著舉足輕重的作用，但其在實際工程過程中面臨的對象存在不確定性、多層次及非線性等特點，從而給該系統的發展造成了很多阻礙。伴隨著智能控制系統的使用給該系統帶來了良好的外部環境，有利于其科學發展。所以在機電一體化系統中智能控制逐步受到各領域的關注重視，對其進行相關分析研究是需要的。

1機電一體化系統的概述及定義

1.1機電一體化系統的含義

機電一體化系統又被稱作機械電子學，其具體內容是由多種技能進行有機結合，且在實際工作生活中進行歸納綜合應用的一種綜合性技能。其所有機融合的多種技術主要包括以下幾種：信號改換技能、傳感器技能、電工電子技能、接口技能、信息技能、微電子技能及機械技能等。

1.2機電一體化系統的基本內容原則要求組成要素

該系統的基本內容主要包括6個環節，即：a)計算機與信息技能；b)自動操控技能；c)機械技能；d)系統技能；e)伺服傳動技能；f)傳感檢查技能。機電一體化系統的基本原則要求主要包括4個方面，即：a)能量變換；b)構造耦合；c)構造耦合；d)運動傳遞。機電一體化系統的基本構成要素主要包括4個方面，即：a)感知構成要素；b)結構構成要素；c)運動構成要素；d)功能構成要素[1]。

2機電一體化在煤礦機械上的應用和前景

2.1煤礦機械

增加機電一體化技術含量，提高煤礦企業生產能力。機電一體化可把有關煤炭生產的各種機械與技能科學的進行有機結合，同時將其在煤炭企業生產過程中進行綜合應用。這些機械與技能有很多種，主要包括：微電子技能、傳感器技能、信息變換技能、電子電工、接口技能等。在煤礦機械上的應用機電一體化可依據煤炭企業生產關鍵點及技能要求對相應機械設備進行設計，或對某些技術技能進行改革完善。同時，應用機電一體化還可借助智能化的操控系統從而不斷增加機電一體化技術含量，有效提高煤礦企業生產能力。

2.2有效提高煤礦企業實際的生產效益

機電一體化本身具有很多特性，采煤機械具備良好的牽引能力便是其中之一。在煤礦的采煤過程中，采煤機行走時可為其提供較大的牽引力，幫助其有效攻克移動前進過程中遇到的阻力，同時還可在采煤機變頻降速時進行有效制動。在煤礦機械上的應用機電一體化可把煤礦企業的能量、物流及信息融為一體，從而進一步提升整個煤礦企業實際的生產能力，有利于煤礦企業在不久的將來走向高效、安全及可持續發展道路[2]。

3智能控制的概述及定義

3.1智能控制的含義

智能控制其本質指的是在沒有人進行干預的狀況下，可自主自立地驅動相關智能機械做到對目標進行有效操控的一類自動操控技能。其是借助計算機進行人類智能擬的一類重要范疇，主要針對比以往傳統控制更加復雜多樣的操控任務和目的，給目前中國社會各大領域的發展提供了更加廣泛的適應空間，同時有效解決了傳統操控不能完成的復雜體系的操控。以往傳統的操控僅歸屬于智能操控的一個簡單環節，是智能操控最底層的組成部分。智能操控的理論基礎有很多，如主動操控論、信息論、人工智能及運籌學等。其屬于一項由多種學科彼此相互穿插所構成的學科。

3.2智能控制的基本特征

智能控制的基本特征主要包括以下7個方面，即：a)其具有組織性特點，核心主要是由高層來進行有效控制的；b)智能操控具有變構造特色；c)其智能控制器具備非線性的特點；d)智能操控系統可達到多樣性方針的高性能要求；e)智能操控系統具備總體自尋優的特點；f)智能操控系統屬于一種新興的研討課題；g)智能操控系統歸屬于一種邊緣交叉的學科。

3.3智能控制的基本類型

智能控制的基本類型主要包括以下7個方面，即：a)專家操控體系（ExpertSystem）；b)進化核算與遺傳算法；c)人工神經網絡操控體系；d)組合智能操控辦法；e)分級遞階操控體系；f)復合（混合）或集成操控；g)學習操控體系。

3.4智能控制的發展趨勢

這些年，智能操控技能在世界上很多國家都取得了較大的發展，甚至很多已進入實用化及工程化的時期。不過智能操控技能作為一種新式的理論技能，目前依然處于發展階段。但伴隨著計算機技能及人工智能技能的快速成長，智能操控也一定會在不久的將來走進一個屬于它的新時期。機電一體化系統中往往會應用很多技能，其中最常用的便是神經網絡、專家體系及遺傳算法等相關技能，這些技能彼此之間相輔相成、相互依存。而目前機電一體化方面未來的主要發展趨勢便是廣泛使用智能控制系統，因為其具備很多良好的特性，有利于機電一體化健康發展，如其具備極強的適應性、組織及學習功能等[3]。

4智能控制在機電一體化系統中的應用

自20世紀90年代后期開始，機電一體化系統開始往智能控制方向發展，從而打開了機電一體化系統應用智能控制的新時代，該系統將來發展的主要方向一定是以智能化為主，其將直接影響到機電一體化系統的全體水平。

4.1智能控制在機電一體化系統機械制造過程中的應用

機電一體化系統中包括很多環節，其中機械制造便是重要的環節之一，把計算機輔佐技能和智能操控技能進行有機融合的技術便是目前最領先的機械制作技能，往智能控制方向發展，借助科學的計算機技能來代替部分腦力勞動，來模仿人們有關機械制作的行動，這是其最終的意圖目標。同時，智能操控技能可借助神經網絡體系的核算方式來動態模擬制作機械的詳細過程。對所搜集到的數據經過傳感器融合技能來進行預處理，然后操控修正模式中的有關參數數據。智能操控在機械制作中的應用環節有很多，其中主要包含以下幾種：智能學習、智能監控與檢查、智能診斷機械故障及智能傳感器等。

4.2智能控制在機電一體化系統數控領域中的應用

伴隨著中國社會主義科學技術的快速發展，各大領域對機電一體化系統的數控技能也逐漸有著越來越高的要求標準，不但需要其實現很多智能功能，還需要其具有模仿、延伸及拓展等新的智能功能，從而促使其數控技能完成智能監控、建立智能數據庫及智能編程等意圖，在機電一體化系統中的科學應用智能操控技能就可完成這些任務。例如借助專家系統能綜合解決數控領域里的很多問題，如難以確定及結構不明確的算法等；使用推理規則可有效推理數控現場的部分數控故障熟悉信息，得到某些指導性建議從而有利于數控機械的維修等。

4.3智能控制在機電一體化系統機器人領域中的應用

機器人在動力系統中存在很多自身的特點，如時變性、強耦合及非線性等，而多邊變性及多任務性是機器人在控制參數的系統容易體現的特征。這些特點有利于智能操控技能的使用。現在機電一體化系統機器人領域中使用智能操控技能主要體現在下面四大環節：a)機器人在視覺處理及多傳感器信息融合這兩方面能實現智能操控；b)可智能控制機器人的手臂動作及相關姿態；c)經過專家操控體系可科學定位、建模、計劃及監測機器人所處的運動環境，從而進行相關的控制及探究；d)可以智能控制跟蹤機器人的行走軌跡及走路等。

4.4智能控制在機電一體化系統建筑工程中的應用

智能控制在機電一體化系統建筑工程中的使用主要體現在以下兩個環節，即：a)能智能操控建筑物內的空調，例如能智能控制有關空調的風閥，不僅能有效保證建筑內空氣質量，還能大幅度減少浪費能量的現象發生；同時還可經過比例積分來對其閉環方法進行調整，從而有效設置在冬季和夏季時空調的使用模式；b)可經過計算機聯網和通信實現智能操控所有照明系統，如智能操控照明體系的節能、照明時刻及照明邏輯等。

4.5智能控制在煤礦機電一體化系統中的應用

煤礦機械所處工作環境一般情況下比較惡劣，往往都是在井下進行作業，從而導致煤礦機械容易被惡劣的環境侵襲，同時還可能會遭受各種采煤沖擊及振動的干擾。由此可知，井下作業具有某種程度的危險性，同時還需要煤礦機械能適應各種環境并達到高產的要求。而應用智能控制技術就可將井下作業的危險性大幅度降低，從而在某種程度上確保其安全性。

5結語

由20世紀90年代后期以來，機電一體化系統已逐步開始往智能控制方向發展。針對智能控制在機電一體化系統中的應用做了詳細講解，闡述了有關機電一體化系統的概述定義、原則要求、基本內容及組成要素等。介紹了智能操控的概述及定義、基本類型、發展趨勢及基本特征。在機電一體化系統中很多領域都可使用智能控制系統，如：煤礦機電、機器人領域、數控領域、統建筑工程及機械制造過程等。

作者:龐海龍 單位:同煤集團機電管理處

參考文獻：

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第一章 緒論

1.1概述

進入80年代以來，關于機電一體化技術的研究和應用已成為全球性的課題，可以說，從軍事到經濟、從生產到生活、從簡單的日用消費品生產到復雜的社會生產和管理系統.機電一體化技術幾乎達到無所不在、無孔不入的地步。然而，“什么是機電一體化？”，‘呼機電一體化技術都包括那些特征？”，“機電一體化技術在各應用領域中的發展狀況如何？”等問題卻很難令人回答，這一方面是因為機電一體化技術的研究不斷向深度持續發展，所采用的技術手段越來越先進，無法通過定義來界定其發展潛力；另一方面是因為機電一體化技術的應用領域不斷向戶度持續發展，也無法通過定義來界定其應用范圍。

第二章機電一體化技術發展

機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。

2.1數字化。微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數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。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

2.2智能化。即要求機電產品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數據庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經網絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發展，為機電一體化技術發展開辟了廣闊天地。

2.3模塊化。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、動力接口、環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。如研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發出新的產品。

2.4網絡化。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現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，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展。

2.5？人性化。機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

第三章 機電一體化技術在鋼鐵企業中應用

在鋼鐵企業中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件，增強系統控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業中主要應用于以下幾個方面：

3.1智能化控制技術（IC）。由于鋼鐵工業具有大型化、高速化和連續化的特點，傳統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。智能控制技術主要包括專家系統、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，如高爐控制系統、電爐和連鑄車間、軋鋼系統、煉鋼―――連鑄―――軋鋼綜合調度系統、冷連軋等。

3.2分布式控制系統（DCS）。分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發展，分布式控制系統的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優化、生產過程實時調度、生產計劃統計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統。DCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。DCS是監視集中控制分散，故障影響面小，而且系統具有連鎖保護功能，采用了系統故障人工手動控制操作措施，使系統可靠性高。分布式控制系統與集中型控制系統相比，其功能更強，具有更高的安全性，是當前大型機電一體化系統的主要潮流。

篇（5）

引言：顧名思義機電一體化應用型人才就是畢業之后立刻就能就職參加工作。能做到這一點的大學生大多是品學兼優，能力素質也很強的學生。

另外他們的為人處世能力也不錯。這些都是現代企業所需要的。所以，高職機電一體化專業應用型人才的培養是必要的。下文就針對相關問題進行探討，主要是高職教育關于機電一體化應用型人才的定義和能力要求以及機電一體化應用型人才培養的具體做法

一、高職教育關于機電一體化應用型人才的定義和能力要求

（1）機電一體化應用型人才的定義

應用型人才對當地經濟發展有著至關重要的作用。學校為了培養更多的應用型人才應該積極改革教學模式，對應用型人才進行詳細定義，并進行專門性的相關培養課程。機電一體化應用型人才主要負責工程策劃部分，這關乎整個工程能否順利進展和完成，要求對工程整體把握能力要強，所以不容小覷，必須重視起來。另外必須有較強的創新能力，提高整個工程的技術性指數，而不是毫無特色的模板套用，這樣既沒有心意，也不符合社會發展需求。機電一體化應用型人才還時常參與工程現場施工工作，這就使得對其實際操作能力要求也很強。

（2）機電一體化應用型人才的能力要求

機電一體化應用型人才顯然看重的他們的應用能力，簡單來說就是，學生不僅得有必備的理論知識儲備，還得有超強的實踐操作能力，另外創新思維也必不可少，交際能力當然也很重要，因為免不了要進行團隊合作。針對以上分析我們進行專項訓練，首先對于理論知識來說，數控技術自己計算機操作知識必須熟練掌握。接下來關于實際操作能力的培養就需要高職學校努力為學生爭取和提供了。而創新式邏輯思維能力需要自我培養，積極思考。關于交際能力也需要加強語言科目的學習，不光是漢語，也包括外語。不管是哪一方面能力的培養都需要學生盡心盡力，及時與老師和同學交流分享，共同探討。

二、機電一體化應用型人才培養的具體做法

（1）理論知識的學習

高職學校對學生所學理論只是的合理選擇對于學生能力培養起著至關重要的作用。主要需要考慮兩個方面，首先是學生的自身情況，理論知識的選擇必須適應學生，不然只能是背道而馳，學生學習積極性被打擊，反而起到反面作用。另外要考慮社會企業的需求和發展趨勢，因為高職學校培養學生就是為了讓學生順利就業，提高市場競爭力，所以要充分考慮社會問題，并盡力為學生提供更多鍛煉自己的平臺和機會。高職學校可以適當改革教學模式，把理論與實踐有機結合培養應用型人才。

（2）注重實踐操作

理論知識的教授只起到一個幫助學生加強理解的作用，這是最基本的。另外最重要的是開展一些實際操作活動，調動學生的學習熱情，在實踐中應用理論知識，把理論知識和實踐操作有機結合，提升學生自身的綜合素質能力。除此之外，這也符合的社會對人才的需求，達到應用型人才的標準。這樣學生的社會競爭力度一定能得到提高，就業率也會上漲。

（3）培養學生的綜合素質能力

機電一體化專業的市場需求量大，高職學校應該貫徹創新式教學模式，與社會企業聯手合作，為學生提供實習機會，切實了解工作進程。此外，學校還可以邀請一些相關專業人士去學校開講座，向學生普及相關知識，鼓勵學生，激發學生的學習熱情。高職學校在對學生進行訓練是可以參照專業企業的規章管理制度，讓學生提前適應工作模式，開展進工實習項目，鍛煉學生的綜合素質能力。在日常教學中大力鼓動學生積極創新，提倡特立獨行，培養學生的創新思維能力。

小結：機電一體化應用型人才包括技術專人和能力專人以及策劃專人，但不論是哪一種類型對學生的各方面能力要求都很高，包括基礎的理論知識儲備，還有創新思維能力以及交際能力，此外最重要的就是實踐操作能力。高職學校應該根據機電一體化專業特點以及社會發展趨勢對學生進行教學模式改革，把理論知識與實踐操作有機結合，培養學生的綜合素質能力，幫助他們適應社會需求，提高學生就業率，也為推動社會發展做出貢獻。

【參考文獻】

[1]中國國家教育部高職教育培訓司.中德機電一體化高職高專培訓教程[M].2010.10

篇（6）

2基于MCD機電一體化產品概念設計的可操作性

科學技術的發展推動了機電一體化的進行，也為工程信息技術行業的發展創造了有利的條件。在機械生產、加工、制造等行業中，機電一體化的形成和應用，使其發生了翻天覆地的變化，機電一體化主要是將主功能、動力功能、處理功能等有效的結合在一起，并引入電子信息技術，實現電子設計、軟件、設備等的結合。當前的機電一體化并沒有形成一個統一的定義，這主要是因為機電一體化自身具有復雜性，涉及到很多領域的知識、技術等，MCD機電一體化，主要是機電一體化方案，在產品的設計中，應用MCD機電一體化系統，結合機械工程、電子技術、計算機技術等，形成科學性、復雜性、融合性等特點為一體的產品設計系統，充分的利用它的功能，完成產品概念設計。為了研究基于MCD機電一體化產品概念設計的可操作性，我們針對產品的MCD機電一體化概念設計的內涵進行分析。概念設計是產品設計中最復雜、重要的部分，是實現從無到有、從模糊到清晰的一個過程，在信息技術、智能技術等的支持和應用下，概念設計取得了新的發展成果。應用MCD機電一體化進行產品概念設計，主要分為產品概念設計的規劃、概念設計、詳細設計、改進設計等，不同的環節中，有不同的子模塊組成部分，例如在概念設計中，分為功能設計、原理設計、功能分析等等。將MCD機電一體化應用于產品概念設計中，需要借助各種信息庫確定MCD機電一體化方案，然后進行產品概念設計。MCD機電一體化系統的交換頻率非常高，抗干擾能力強，在進行產品概念設計中，系統誤差小，結構功能非常強，將其應用在產品概念設計中，可以保證產品設計的實用性、可靠性、穩定性、規范性、經濟性，同時也有安全性和可操作性。為了研究研究MCD機電一體化在產品概念設計中的可操作性，我們以其在傳感器概念設計中的應用進行分析。在進行產品概念設計時，先進行系統的劃分，對傳感器的功能、性能等進行分析，然后檢驗傳感器子系統的傳感器的功能載體，了解傳感器的類型和用途，最后采用MCD機電一體化中的信息處理系統，對傳感器設計中的相關信息進行處理和控制，完成信息的分析、處理之后，進行MCD機電一體化產品概念設計。互感器等產品的MCD機電一體化設計制造，是一個復雜的過程，其中包含了很多的子系統和子環節，每一個過程都比較的繁瑣，稍有差錯和偏差，就會造成設計制造的失敗，而且產品的設計需要很長的時間，設計制造中使用的材料價格很高，所以在產品的概念設計中，如果出現差錯，就會造成嚴重的損失。在使用MCD機電一體化進行產品概念設計中，一定要對產品的概念設計理論、方法、方案等進行仔細的審核。概念設計是中最為重要的是方案設計，要確定MCD機電一體化產品方案，需要將前面的各項工作的理論等加入其中形成一個邏輯思維，在計算機技術、網絡技術等的支持下，基于MCD機電一體化的產品概念設計，具有可行性。

篇（7）

機電一體化最早出現在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展，現在的機電一體化技術，是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。它不是上述技術的簡單拼湊，而是從系統的觀點出發，合理配置各功能單元，使得整個系統具有高質量，高可靠性的特點。

機械工程技術由純技術發展到機械電氣化，仍屬傳統機械，其主要功能依然是代替和放大的體力但是發展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦撲許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調節與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延仲，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質區別。現代化的自動生產設備幾乎可以說都是機電一體化的設備。

1.機電一體化的發展過程

機電一體化經歷了長期的產生于發展過程，大致分為三個階段：

萌芽階段：20世紀60年代以前為萌芽階段。由于電子技術發展迅速，人們逐步使用電子技術的初步成果完善機械產品的性能。特別是第二次世界大戰后，機械產品與電子技術的結合使得許多性能優良的產品出現，對戰后經濟的恢復和技術的進步起到了積極的作用。

蓬勃發展階段：20世紀70年代至20世紀80年代是蓬勃發展階段。在這一階段，人們主動地利用新技術的巨大成果創造新的機電一體化產品。應該特別指出的是，日本在推動機電一體化技術的發展方面起了主導作用。日本政府于1971年3月頒布了《特定電子工業與特定機械工業振興臨時措施法》，要求企業界“應特別注意促進為機械配備電子計算機和其他電子設備，從而實現控制的自動化和機械產品的其他功能”。這一時期，計算機技術、控制技術、通信技術的發展，為基點一體化的發展奠定了技術基礎。

智能化階段：從20世紀90年代開始至今稱為智能化階段。機電一體化技術向智能化新階段邁進。人工智能技術及網絡技術等領域取得的巨大進步，為機電一體化技術開辟了發展的新天地。大量的智能化機械產品不斷涌現。出現了“模糊控制”和“混沌控制”等新概念。

機電一體化的目的是使系統高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使產品結構向輕薄短小巧化方向發展，不斷滿足人們的生活多樣化需求和生產的省力化、自動化需求。因此，機電一體化的研究方法并不是拼拼湊湊的“混合”設計法，應該從系統的角度出發，采用現代設計分析方法，充分發揮邊緣學科技術的優勢。

2.機電一體化發展的共性關鍵技術

機電一體化發展所采用微電子技術必須解決一些共性關鍵技術。這些技術包括檢測傳感技術、信息處理技術、伺服驅動技術、自動控制技術、精密機械技術及系統總體技術等。各部分所包括的內容如下：

檢測傳感技術：檢測傳感器的檢測對象有位移、壓力、溫度、速度、加速度、流量等物理量，其檢測精度的高低直接影響機電一體化產品的性能好壞。檢測傳感技術的主要難點在于提高可靠性、精度和靈敏度。

信息處理技術：信息處理技術包括信息的輸入、變換、運算、次數和輸出技術。信息處理是否及時正確，直接影響機電一體化產品的質量和效率，因而成為機電一體化產品的關鍵技術。在信息處理技術方面存在的問題有減輕重量、提高處理速度、提高可靠性和抗干擾能力以及標準化、提高操作性及便于維修保養等。

自動控制技術：自動控制技術包括高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷、校正、補償、再現、檢索等技術。其技術難點是現代控制理論的工程化與實用化，以及優化控制模型的建立等。

伺服驅動技術：伺服驅動技術主要是指執行元件中的一些技術問題。伺服驅動包括電動、氣動、液動等各種類型。希望之星元件滿足小型、重量輕和輸出功率大等三個方面的要求，以及提高對環境的適應性和可靠性。

精密機械技術：機電一體化產品對精密機械提出的新要求有：減輕重量、縮小體積、提高精度、提高剛度、改善動態性能等。

系統總體技術：系統總體技術是以中國從整體目標出發，用系統的觀點和方法，將總體分解成若干功能單元，找出能完成各個功能的技術方案，再把功能和技術方案組合成方案組進行分析、評價和優選的綜合應用技術。機電一體化產品要求系統的協調性很好，否則即使各個部分的性能、可靠性都很好，性能和產品也很難保證正常運行。

3.機電一體化發展趨勢

隨著科技的發展和經濟的進步，對機電一體化技術提出了許多新的和更高的要求，出現了新的概念。如數控技術、CNC、FMS、CIMS及機器人等都被一致認為是典型的機電一體化技術、產品及系統。機電一體化的發展趨勢有以下幾點：

高性能化：高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。新一代CNC系統就是以此“四高”為滿足生產急需和人誕生的。可實現告訴數據傳遞，在相當高的分辨率情況下，系統仍有高速度，此外其效率也非常高。

智能化：人工智能的研究日益得到重視，其中機器人與數控機床的智能化就是重要應用。智能機器人通過視覺，觸覺和聽覺等各類傳感器檢測工作狀態，根據實際變化過程反饋信息并作出判斷與決定。數控機床智能化，使用各類傳感器對切削加工前后和加工過程中的各種參數進行監測，并通過計算機系統做出判斷，自動對異常現象進行調整和補償。

此外，機電一體化發展趨勢還有系統化，輕量化及微型化等

參考文獻：

[1]機電一體化技術的發展及應用，梁俊彥

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中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）17-0062-03

在機電一體化的發展過程中，傳感檢測技術扮演著重要的角色，一方面是實現機電系統的自動控制；另一方面也是自動調節的關鍵技術，在一定程度上講，對于機電自動化系統質量的提升，產生了重要的影響。對于一個自動化系統，要保證整個系統的正常工作，就需要應用傳感檢測技術對系統的各個方面的參數進行相關檢查。因此，本文對有關機電傳感檢測技術進行探討，具有十分重要的現實意義，不足之處，敬請指正。

1 傳感器與機電一體化的介紹及聯系

1.1 傳感器

傳感器是機器在工作過程中，通過按照固定規律將一種量轉換成同種或者不同種量值并且傳輸出去的工具。傳感器與我們人的器官有相同之處，同時在人類的器官之上進行了延伸，具有更多的優點。在如今信息化日益發達的社會里，人們常常應用傳感器對許多信息參數進行檢測，例如力、壓力、溫度、濕度、流量、速度、生物量等等。以完成人類無法完成的許多問題，促進人類的生產力的發展。

1.2 機電一體化

對于機電一體化的定義，國際上之前有很多種說法，但是被國際上首次承認的關于機電一體化的定義是來自日本機械振興協會經濟研究所的。他們給出的機電一體化定義為：“機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機融合而成的系統總稱。”從以上的定義可以看出，機電一體化技術對于諸如機械制造技術、人工智能技術、微電子技術、測試技術等很多方面都有涉及。

1.3 傳感器與機電一體化之間的關系

在機電一體化的過程中，傳感器技術扮演著十分重要的作用。傳感器技術對于機電一體化系統正常運行的控制至關重要，同時還能為機電一體化在不同程度上傳輸運行相關的信息。傳感器在機電一體化的具體操作中，主要對系統本身、作業環境與操作對象等進行檢測。由此可知，為了提升機電一體化系統的工作效率，除克服外部環境與系統自身的影響外，還要保證快速獲得運行所需信息。因此，想要完成機電一體化的工作效率高水平運作，對于能夠完成信息的快速、精準處理的傳感器技術是不可缺少的。在一定程度上，機電一體化水平對自動化水平的提高有著巨大的推動作用，而傳感器檢測技術發展水平高度對機電一體化技術中的自動功能又起到了關鍵的作用。由此可知，掌握越高的傳感器技術，就會擁有越高的自動化水平。

2 機電傳感檢測技術的應用

2.1 傳感檢測技術在機器人中的應用

在科技快速發展的今天，作為自動化產物的代表――機器人，在傳感器技術的加入，使其在自動化方面得到了很大的突破。從而使機器人能夠在工作中保持高自動化程度，操作快速準確，成功率高。在機器人運作時，傳感器檢測探知機器人自身以及操作對象的實時狀態，通過分析后對位置、速度、加速度等信息處理。

2.2 傳感檢測技術在機械加工中的應用

2.2.1 傳感檢測技術在切削過程中的應用。傳感器在切削過程中主要起到檢測金屬切割、切削過程效率的提高以及加工成本控制的作用。傳感器通過對相關參數進行檢測，然后對切削中的切削力以及振動的實時變化做到有效的識別及反應，相關參數例如切削過程中的電機功率、切削力以及切削振動等。

2.2.2 傳感檢測技術在機床運行過程中的應用。傳感器在機床運行中主要通過對驅動系統、回轉系統、軸承及溫度和安全性的監測與控制等實時追蹤檢測，檢測結果的主要體現參數有機床運行參數、故障時間參數、液流量參數、加工精準度參數以及工件粗糙度參數等。

2.2.3 傳感檢測技術在工件加工過程中的應用。在工程和研究中，傳感器最初的、最廣泛的應用是對工件加工過程中的檢測。最初傳感檢測技術只對工件加工的質量進行檢測控制，到20世紀80年代，傳感檢測技術才在工件的安裝位置與識別上應用。即檢測工件與被加工件是否同一，檢測工件的安裝位置與實際要求是否一致，對于這些識別與檢測功能，我國現今仍不能完成得很好，因此我們在這方面仍需加大研究力度。

2.2.4 傳感檢測技術在砂輪上的應用。對工件的加工，主要是切削和磨削兩種方法。磨削的主要工具是砂輪，砂輪工作一定時間后，磨損加劇，甚至會出現破損的情況，這樣在磨削過程中就不能保證加工質量和精度，甚至不能保證工件的完整，即砂輪失效。出現砂輪失效主要是機床出現故障不能在第一時間被解決，這樣不僅不能保證工件的質量精度，嚴重的還會發生危險事故，危害生命安全，因此對機床故障第一時間檢測出來十分重要，這恰是傳感檢測技術需要完成的功能。

2.3 傳感檢測技術在汽車行業中的應用

近幾年，汽車行業在中國得到了前所未有的發展，相比于傳統汽車，現代汽車的電氣系統和裝置是發展最快、最大的。而在這里面傳感器擁有主導地位，在電子控制系統和裝置上，基本每一輛現代汽車上都裝了很多的傳感器，如汽車安全氣囊裝置、ABS、安全報警裝置、驅動防滑系統以及各種娛樂設備等。由于傳感器的加入，使現代汽車在駕駛性能、安全性能、舒適性能以及娛樂性能等都得到了前所未有的提升。同時，現代汽車的控制系統也由全自動化控制的方式代替了原來的機械式控制方式。

2.4 傳感檢測技術在數控機床上的應用

利用數字信號控制機床工作的數控技術就是數控機床的工作過程。具體的說，就是通過數字信號的方式將機床刀具的運行軌跡記錄下來，通過處理系統處理數字信號，然后發出指令信號，控制機床刀具與加工工件做相對運動，從而完成加工過程。在數控加工的整個過程中，就是通過傳感器檢測技術對加工過程進行實時檢測的。

3 傳感檢測技術的發展方向

之前我們對傳感器檢測技術的研究主要是不斷地提高檢測的精度、可靠性和靈敏度，提高傳感器的性價比，縮小體積同時加大檢測范圍等等。今后，我們還需要尋找新方向，繼續探求傳感檢測技術的新發展。

3.1 研究新型傳感器

3.1.1 研究傳感器的新材料。在研究新型傳感器過程中加入新型材料，如人工皮膚傳感器、壓電傳感器等等。未來正在研究的新型材料還有精細陶瓷、非晶半導體以及形狀記憶合金等都將對傳感檢測技術起到巨大的推動作用。

3.1.2 研究傳感器的新加工技術。隨著傳感器的發展，傳感器的體積越來越小，所以研究新加工技術對于傳感器的發展至關重要，如光刻、擴散還有各項異性腐蝕等新技術。

3.1.3 研究傳感器的新原理。近年來出現的一項比較突出的新技術，利用光導纖維的性能制造傳感器，其對于體積減小和可靠性提高的光測系統很有效果。現在還有紅外探測器、約瑟夫效應傳感器以及磁敏傳感器等新型傳感器。

3.2 研究智能化的傳感檢測技術

傳感檢測技術正在向智能化方向迅速發展，能夠自動協調工作的智能化儀表將傳感檢測技術的智能化提到了一個更高的水平。

3.3 研究傳感器的復合功能

這種復合傳感器具有同時檢測多種物理參量的復合檢測功能，像力、力矩復合傳感器、視聽復合傳感器等，這類復合傳感器將多種信息融合，對機電一體化系統起到了巨大的推進作用。

4 結語

未來，隨著電子信息技術以及數據分析算法的繼續向

前發展，傳感器的發展一定會向智能化、系統化的方向發展。雖然目前我國在研制傳感器和傳感檢測技術的應用上已取得了一定的成就，但與外國相比，仍然有很大的差距。因此，我們應努力加大傳感檢測技術的研究，加強對未來傳感檢測技術的發展方向的把握，我們必將取得巨大的發展。

參考文獻

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中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 06-0100-01

目前，我國在傳感器上的研制與傳感檢測技術的應用已經有所成就，但是與外國的很多先進技術還具有很大的差距。機電一體化是現代科技發展下的產物，它在各個領域都有所應用，并且起著非常大的作用。本文主要介紹傳感器與檢測技術的基本概念，和傳感器檢測技術在機電一體化系統中的具體應用及發展趨勢。

一、傳感器與機電一體化的介紹及聯系

（一）傳感器的概念

在工程作業中，能按照固定規律將一種量轉換成同種或者不同種量值并且傳輸出去的工具，我們稱它為傳感器。傳感器和人類的器官有相同點，并且在人類器官上有所延伸。在信息化的社會中，人們通常也利用傳感器檢測力、壓力、速度、溫度、流量、濕度、生物量以及更多的非電量信息來促進生產力的發展。

（二）機電一體化的簡介

日本機械振興協會經濟研究所對機電一體化提出的解釋在國際上被首次認可，也可以說是機電一體化的初步定義，“機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機融合而成的系統總稱”。從它的定義上能看出，機電一體化技術涉及到了很多方面，例如，機械制造技術、測試技術、人工智能技術、微電子技術等等。

（三）傳感器與機電一體化的聯系

傳感器技術在機電一體化中起到非常關鍵的作用，它不僅能控制機電一體化系統的正常運作，還能在各種程度上為機電一體化提供相關運作的信息。在具體的操作上，傳感器主要的作用是檢測機電一體化系統自身、操作對象以及作業環境。從此可以看出，克服種種自身與環境帶來的影響，并且能夠準備，快捷的獲取到所需的信息，才能使機電一體化系統的工作效率提高。所以，沒有傳感器對信息精確、快速的處理，就沒有機電一體化的高水平工作效率。機電一體化在某種程度上帶動了自動化技術的發展，而傳感器技術水平的高低，很大程度上影響著機電一體化的自動功能，傳感器技術水平越高，自動化水平就越高。

二、傳感檢測技術在機電一體化中的具體應用

（一）機器人需要傳感器

機器人是自動化科技的代表產物，它的自動化程度在某些方面實現了很大的突破。它之所以具備良好自動化功能，在操作中能夠準確無誤，其中主要原因是傳感器的作用。傳感器在機器人內部感知到自身、外部或者操作對象的狀態，從而對信息進行處理，比如，速度、加速度、方向、位置等等。

（二）機械加工過程的傳感檢測技術。

1.切削過程和機床運行過程中的傳感技術應用

切削過程中，傳感器的主要作用是對提高切削過程的效率、制造成本和對金屬材料的切割的檢測。傳感器通過對切削力、切削過程振動、切削過程的聲音發射和切削過程中電機的功率等傳感參數的檢測，來對切削過程中的切削力、振動的變化進行有效的辨識。在機床的運行方面，傳感器的主要是對驅動系統、溫度的監測與控制、軸承和回轉系統以及安全性進行跟蹤檢測，其檢測結果具體有機床故障停留時間、工件的粗糙程度、加工過程中的準確度和精度、液的流量和機床的運行狀態等傳感參數。

2.工件加工過程的傳感

對工件的過程監視是傳感器在工程與研究中最早的應用，同時在此中也是應用最廣泛的，但在很早的時候傳感器技術在工件制作的過程中只起到對質量的監控，直到20世紀80年代，傳感器才同時應用在工件的識別和安裝位置上。主要表現在檢測用來加工工件的工作過程是否符合工件加工的標準程序、即將被加工的工件是否是當前要求被加工的工件、工件所安裝的具置是否是當前工件要求安裝的位置。

（三）傳感器在數控機床上的應用

數控機床的主要工作過程是利用數控技術中的數字信號對機床的工作過程進行控制，也就是說將刀具的具體運行過程與路線以數字信號的形式記錄下來，然后經過系統的識別發出信號，使機床上的工件與刀具產生相對運動，從而加工出達到標準的零件。

三、傳感檢測技術的地位和作用

傳感檢測技術不僅是機電一體化中不可缺少的技術，也是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。在很大程度上傳感器的檢測技術影響著自動化系統的質量。在一個自動化系統中，只有利用傳感器的檢測技術對各方面參數進行檢查，才能使整個自動化系統正常的工作。在科技高速發展的今天，不論是生活中還是生產中都能利用到檢測傳感技術。例如，部分儀器設備、辦公設備、家電中的計算機繼承制造系統、CNC機床、大型發電機等等。在國防事業和裝備武器上，傳感檢測技術同樣有著重要的作用。可以看出，傳感檢測技術在提高生產設備和系統安全經濟運行監控檢測手段、控制產品質量等方面都推動了社會生產力和科學技術的發展。總的來說，無論從宇宙到陸地，從陸地到海洋，從頂尖技術到基礎知識，從復雜的大型自動化設備到社會中每個細節，傳感檢測技術都扮演著重要的角色。

四、我國傳感器技術的發展方向

精度的發展：在原有的基礎上研究出更加具有靈敏度、準確度、靈活性的傳感器；可靠性的發展。傳感器的抗溫度性能、抗壓力性能、抗干擾性能都是影響傳感器可靠性的關鍵因素，所以我們應該注重這些因素，增強傳感器的可靠性；微型化發展：努力開發出更好的材料與技術使傳感器微型化的理想成為現實；節能性發展：傳感器的工作是建立在電源的基礎上的，既耗費能源又費時費力。所以我們應該努力研制出不靠電源的傳感器。

總之，雖說目前我國在傳感器上的研制與傳感檢測技術的應用已經有所成就，但是與外國的很多先進技術還具有很大的差距。所以，我們應該從研究手法和設備上做出提高，從而使傳感器與檢測技術在整體的運用上有所增強。

篇（10）

2機電一體化系統異地設計多能量域集成仿真技術解析

結合早期設計經驗分析,有關產品功能需求與工作原理需要得到進一步重視,所以在設計計算期間應該針對系統內部組件形態加以簡化,包括線性近似、阻尼剛性影響忽略等。目前設計精確度不斷提升,有關CAD、行為、配置模型逐步完善;現實中系統中組件主要采用實際模型搭配,其間有必要針對系統實際性能指標加以預測。因為非線性、時變、離散等實際情況都要考慮在內,涉及傳遞函數形式開始不再適用,數值求解便成為唯一出路。需要特別注意的是,透過產品模型中推導出如果所有組件的行為模型都已知,則根據系統的配置模型,利用Mapple等工具包可以進行符號求解。但由于整個開發項目參與者之間存在競爭合作并重關系,這便導致系統組件行為模型的形式多樣性,包括HDL、XML等可執行代碼及其他MDL等。這時可將系統組件模型進行封裝,通過提供封裝器的標準API接口,可以開發出各種系統組件模型的封裝器。利用封裝器可以實現基于配置的多能量域集成聚臺仿真改造。在此基礎上,如果利用CORBA/JAVA/XML/Web技術,則可實現機電一體化系統異地設計的分聚臺仿真目標。此外,基于XML的多能量域集成產品建模機電一體化系統異地設計的演化過程對組件的可演化性提出了很高的要求。就是在設計的早期階段,強調組件的功能需求及性能、結構與形狀方面的約束,此時主要定義復合組件的接口、配置模型、附加的約束;而在設計的后期階段,強調組件在系統中的裝配關系、端口連結關系以及組件內部各能量域內的行為屬性參數件是否滿足設計需求,此時需要詳細定義組件的端口模型、配置模型、行為模型、幾何模型、關聯模型、約束模型。需要特別注意的是,整個開發項目中,任何參與者之間都存在競爭、合作關系,這便令行為組件模型樣式更加豐富多樣,如XML、可執行代碼等,此時技術人員可考慮進行組件模型封裝處理,并透過封裝器標準化API接口實現配置多能量域集成聚合仿真操作目標。