計算機在機械和電子控制產業領域的廣泛應用
摘 要： 概括說明機械電子控制產業發展的情況，重點介紹計算機技術在機械電子控制產業領域以及工業生產製造和人們日常生活中的廣泛應用。
關鍵詞： 計算機技術 機電一體化 生產應用
0 引言
現代科學技術的發展極大地推動了機械工業領域的變革，同時給相關生產產業帶來了巨大的影響，提高了生產水平和技術。隨著各種技術之間相融合的發展，以計算機電子技術、機械技術為核心的機電控制領域將給工業及科研等領域帶來更多的實際應用。
1 計算機技術與機電控制技術的發展概況
1.1 計算機控制理論的形成與技術的發展
忽略數字訊號的量化效應，可以將計算機控制系統看成取樣控制系統，在這一系統中，將其中連續的環節離散化，則整個系統又可看成由不同的離散系統構成。計算機控制理論的發展主要是將取樣理論、差分方程、變換理論、狀態空間理論和系統辨識自適應控制等理論綜合應用到控制技術中，使計算機控制系統有了初步發展。對於結構複雜、時變的非線性系統，控制系統則融入了魯棒控制、模糊控制、預測控制等多種新型理論，逐步形成了工業過程控制系統的一個新方向。
自世界第一臺電子計算機問世後，計算機首先被用來自動檢測化工生產過程的過程參量並進行相關的資料處理，同時也研究了計算機的開環控制。到二十世紀六十年代，出現了用於過程控制的計算機，實現了直接數字控制。後經集中式計算機控制系統發展到現在的以微處理器為核心的分層式控制系統控制，通過計算機對生產過程進行集中監視、操作和管理控制等。伴隨著計算機處理器等技術的發展，計算機控制技術也隨之發生相應的變革，最終應用到工業生產中並對其產生巨大影響。
1.2 機械和電子控制技術的發展和現狀
在生產、科研等諸多領域裡，有大量的物理量需要按某種變化規律進行控制。在二十世紀三十年代之前，工業生產多處於手工操作的狀態。最初採用基地式儀表控制壓力溫度等在一恆定範圍內，初步有了對工業生產的機械控制實踐。隨著電子技術的迅速發展和計算機控制系統的出現，直接實現了工業生產中各參量和過程的數字控制。計算機的微型化使控制技術更加智慧化，同時將機械、電子、計算機技術和控制技術有機結合的機電一體化技術也得到迅猛發展，且越來越被廣泛的應用到各生產領域。目前主要形成並應用的機電控制技術主要有PID控制，PID是經典控制理論的代表，它吸收了智慧控制思想並利用計算機的優勢，形成了自適應PID和非線性PID等更利於控制的變種PID控制器。另外還有模糊控制FLC、變結構控制等，均隨著計算機領域的發展在不斷地拓寬。
2 機電一體化的發展及在工業上的廣泛應用
2.1 機電一體化的簡介和生產應用
機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、資訊處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及計算機軟體系統集合起來所構成的系統總稱，綜合運用機械技術、微電子技術、計算機技術、電力電子技術等對各生產領域的控制過程進行監督操作。它主要應用領域有數控機床，通過相應的數控技術，在工業操作上結構、功能、操作精度上都有明顯的提高。採用多CPU和多主線的體系結構，豐富了數控功能，也提高了生產效率。
柔性製造系統的應用是計算機技術和製造系統在機電控制工業的應用，是計算機化的製造系統。它主要由計算機、數控機床、自動化倉庫等組成。在工業上，它可以隨機地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力範圍內的任何工件，更適用於多品種，小批量等的離散零件的批量生產。
交流傳動技術的發展也是隨著電子技術和計算機技術的發展在工業上有了重要的應用，尤其是在鋼鐵工業中，使複雜的向量控制技術得以實現，無論是大容量電機還是小容量電機現均可使同步電機或者非同步電機實現可逆滑調速。也使交流傳動系統在軋鋼生產中得到廣泛的應用。
可程式設計控制器PLC是集計算機技術和自動控制化技術於一體的新型控制系統。這一系統解決了工業控制系統中大量開關控制的問題，逐漸取代了耗能多、故障率高的繼電器控制系統。隨著PLC技術的進步，其應用領域更是不斷擴大，可採集儲存資料，還可對控制系統進行監控。PLC能編制各種各樣的控制演算法程式，完成閉環控制。這種過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。此外，隨著工廠網路自動化的發展，PLC可實現通訊及聯網功能，更有助於工業生產的控制過程的監控。如今，PLC技術已經被廣泛應用於冶金、石油、化工、建材、機械製造、電力、汽車、輕工、環保以及文化娛樂等各行各業。
2.2 計算機在機械和電子控制產業的應用例項
計算機技術和機械電子控制技術一體化的有機結合，不斷使相關的新技術應用到更多的領域中去，這些應用到的領域已經不再侷限於工業的生產，更多技術是切身關係到我們日常的工作和生活。下面舉幾個具體例項來介紹計算機技術和機電控制相結合的實際應用。
PLC實現了機械手移動工件的控制過程。隨著世界經濟和技術的發展，人類活動的範圍不斷擴大，機器人的應用正迅速向社會生產和生活的各個領域擴充套件，並從製造領域轉向非製造領域，各種各樣的機器人產品隨之出現。隨著機器人的生產和大量應用，很多領域，許多單一、重複的機械工作由機器人也稱機械手來完成。工業機器人是一種能進行自動控制的、可重複程式設計的、多功能的、多自由度的、多用途的操作機，廣泛採用工業機器人，不僅可提高產品的質量與產量，而且對保障人身安全，改善勞動環境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節約原材料消耗以及降低生產成本有重要意義。與計算機及網路技術相結合應用的工業機器人的廣泛使用正在日益改變著人類的生產和生活方式。
農業方面，機械作業過程中駕駛室內的儀表盤正迅速由電子監視儀表取代並逐步由單一引數顯示方式向智慧化資訊顯示終端過渡，以此來改善人機互動介面。這種智慧化顯示終端又被稱為虛擬化儀器顯示終端Virtual Display Terminal，它代表了當代儀器與控制裝置發展的主流方向。它可通過螢幕任意選擇顯示機組中不同部分的終端資訊，在螢幕上按操作者的需求，呼叫資料庫資訊，顯示資料、圖形、語音等多媒體資訊。另外，還可以將資料資訊動態存入類似信用卡尺寸大小的高密度智慧化資料儲存卡，將農業作業過程的資料資訊通過智慧卡帶回辦公室，由計算機應用高階軟體進行處理。也可以將管理者的決策和操作指令通過智慧卡傳送到拖拉機上的智慧控制終端，實現自動控制農機的操作。
PLC在自動售貨機中的應用。自動售貨機通過顧客選擇商品開關，投入的硬幣值由PLC驅動數碼管顯示，經過光感測器識別，通過判斷，進行下一步操作，經過PLC的系統控制和訊號輸出完成售賣過程。計算機技術和機電自動控制在自動售貨機中的這項應用極大方便了人們的生活，也使PLC的應用更加廣泛。
交通訊號燈系統也是微機軟體應用到電子控制系統中的典型例項。通過主要應用PLC技術控制十字路口的訊號燈動作。準確無誤的完成訊號燈的變燈動作來控制時間，這項應用更是極大方便了人們日常生活工作的出行。
電腦橫機中計算機技術的應用給機械編織行業帶來了巨大的變革。現在的電腦橫機是一種涉及到計算機、機械、電子、控制等諸多領域的複雜系統。電腦橫機的編織是一個極其複雜的過程，最初的橫機是手動橫機，只能勝任比較簡單的編織過程。隨著計算機技術應用到電腦橫機中，通過電腦的自動控制，設計人員可對編織花型進行數字化設計，通過計算機數字直接控制機械的退圈、墊沙、脫圈、彎沙等相應的機械編織動作，由計算機指令控制系統完成整個設計的編織，極大地提高了工業生產效率。
與機電一體化相關的技術還有很多，並且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，以機械技術、微電子技術的有機結合為主體的機電一體化技術是機械工業發展的必然趨勢。
3 總結
在機械生產領域，電子技術和計算機技術的融入發展，機電一體化的形成是機械工業中的重要變革。通過不斷髮展的計算機技術，使機電一體化相關的技術在諸多領域中得到了廣泛的應用。
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