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摘 要：机械电子与自动控制相结合是制造业发展的趋势,简要阐述现代机电控制系统的主要组成部分,并与当前的最新科技发展相结合进行分析.
关 键 词：机械电子；自动控制；最新科技
0引言
在现代机械工程控制中,机电一体化控制已成为当前的主流.机械技术、电力电子技术、信息技术和自动控制技术的结合进一步提高了生产效率,促进了制造业发展.机电一体化产品小到玩具,大到机器人,机电一体化产品几乎已经设计社会的各个方面,给人们的生产生活带来了极大便利.
1机电系统的感知器件
任何机电系统都需要从外界获取信息,类似于人的五官,传感器是获取信息的源头.传感器种类繁多,性能各异,针对不同的控制系统,需要对传感器作出不同的选择.
传感器简介：
传感器是机电控制的基础,是系统对外感知的基本器件,没有传感器就没有外界信号的准确输入.传感器将感知量转换成另一种便于测量和输出的物理量,其中主要以电学量为主,从而大大降低信号分析的难度.
传感器一般由敏感元件和转换元件两大部分组成.传感器作为一个完整的器件,绝大部分都是把转换电路及必要的辅助电源单元与敏感元件、转换元件一起做成一体化的器件.传感器通过敏感元件进行控制信息的收集,通过转换元件进行信号数据的转换.可以说没有传感器就没有检测和控制系统.以现在的智能手机为例,重力感应器,加速传感器,光线传感器,距离传感器,三轴陀螺仪都是传感器技术的实际应用,在传感器技术和接口技术,信息技术的支持下,智能手机才能实现真正的智能.从广义上来讲,智能手机就是一个没有机械输出的小型而复杂的机电一体化系统.
2机电系统驱动器及执行器
机电系统在对外的感知下,经过处理单元之后需要通过驱动执行机构进行输出,从而真正意义上实现机电系统的各项功能.
2.1继电器
继电器在机电系统中应用非常广泛,从本质上讲继电器就是利用弱电控制强电的开关.在电路中实现电动机或其它动力装置的启动、调速、停止,完成生产工艺对机械动作的要求和保护（自动和手动）.
继电器按照原理主要分为电磁继电器、固态继电器、时间继电器、温度继电器等.其控制机理是当系统输入的某信号达到某一定值时,能使输出回路的被控制量跳跃式地由零变化到一定值（或由一定值突跳到零）.
2.2电磁阀
电磁阀是一种通过电力方式对机电系统的内部气路、水路、油路进行通断或控制流量的器件.在液压和气压系统中,基本都有电磁阀的使用.
电磁阀由电磁线圈和磁芯组成,包含一个或多个孔,通过控制线圈的通断电带动磁芯的运转,使气流、水流流过或被切断,从而达到换向的目的.电磁阀从原理上分为三大类,直动式、分布直动式和先导式.
2.3电机
电机在现代机电系统中常常作为机械能的终端输出设备,配合相应设计的机械结构,可以达到转动,平动,摆动等输出.电机种类很多,关于电机本身已形成电机学这门学科来进行专门研究.
常见的电机主要有直流电机、步进电机和伺服电机等.直流电机输出或输入为直流电能,能实现直流电能和机械能的相互转化.步进电机将电脉冲转化为角位移,当其收到一个脉冲信号,即将转过固定角度.通过控制脉冲个数从而控制角位移量,因此步进电机的调速比直流电机更为精确.
3机电系统控制中心单元
控制单元是机电系统的核心,负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析,根据信息处理结果,按照一定的程度和节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的地进行运转.
3.1单片机
单片机是将CPU、RAM、ROM、I/O接口等单元集成到一块硅片上构成的微型计算机系统,它在的控制单元中可以说是最小的,但是其重要性却是其他控制单元无法比拟的.
单片机数量庞大,小到计算器,大到各种精密控制系统,它实际已成为世界上数量最多的处理器.单片机的学习和开发充满无穷的魅力,造就了一批智能化控制的技术人才.由于单片机的超低功耗、其强大的处理能力以及丰富的片上模块和方便高效的开发环境,它已经成功吸引了人们对单片机的发展和开发,单片机的功能甚至在逐步逼近传统的计算机,目前已经发展到32位300M的高速单片机,可以预见单片机的发展前景是无可估量的.
3.2PLC
PLC是可编程逻辑控制器的简称,它是利用计算机原理为顺序控制专门设计的、通用的、使用方便的装置.
PLC采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.PLC及其有关的设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计.
PLC通用性强,控制程序可变,使用方便,在工业自动化中控制中已成为主流.同时其编程简单容易掌握,通过对技术人员进行短期的培训就能够很快学会梯形图编制控制程序.由于PLC采用了软件存储逻辑取代继电器控制系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等器件的接线逻辑,因此使控制柜的设计安装接线工作量大大减少.另外PLC体积小、重量轻、功耗低和抗干扰能力强,因此是实现机电系统控制的理想控制设备.
3.3ARM
ARM处理器及其技术的应用几乎已经深入到各个领域,成为嵌入式系统微处理家庭中极其重要的一员,而其在机电系统控制领域的应用只是其很小的一部分.在移动通信领域超过85%的无线通信设备都采用了ARM技术.
ARM处理器有相当多的技术优势,采用哈佛结构的ARM9处理器执行效率较早期的ARM7处理器效率更高.ARM处理器体积小、功耗低、低成本、高性能,寻址方式灵活简单,执行效率高,在工业控制领域已经占据很大份额.从全球来看,ARM公司本身并不生产芯片,但是世界上各大半导体生产商都从ARM公司购买其CPU架构.然后各生产商自行设计电路用于不同功能的使用.就机电控制领域而言器ARM结构和移动通信领域的ARM结构本没有显著的差异,但是其电路却大相径庭.由于ARM的诸多优势,ARM在机电控制领域的使用非常广泛.
4自动控制系统
控制理论的诞生大大推动了工程的发展,特别是在机械和电子领域,两者结合并诞生了现在的机电一体化系统,随着光电技术,信息技术的发展,各学科愈来愈呈现交叉发展的趋势,目前的光机电一体化技术就是在这样的背景下产生的.
自动控制指的是在没有人直接参与的情况下,利用控制装置,使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数,自动地按照规律运行.因此在机电控制中自动控制技术进一步提高了机械设备的精度,使机械设备向智能化迈出了重要一步.
加载到反馈系统上的作用主要有输入和扰动.输入决定系统被控制量的变化规律,扰动破坏输入对系统的控制.在实际系统中扰动是不可避免的,一个系统通常受到多种因素的扰动,反馈控制就是按照偏差进行控制,不论什么原因被控制量偏离期望值而出现偏差时,必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差,使被控量与期望趋于一致.
综上所述,现代机电控制系统正在向着智能化,精确化,学科交叉化的方向发展,电子信息和控制技术将对机械制造业的发展带来新的革新.