现代控制技术论文范文

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不断升级的系统、不断革新换代的电气设备，给电气工程功能设置提供了多种可能，但同时，也为现代控制技术的应用提出了更多服务要求，其中最为突出的几方面内容有：

（一）能高效、准确控制电气工程现代控制技术以数字信息为载体，所以通常利用发送数字、代码、信息的方式指令，来完成控制操作。为确保多个指令能够第一时间发送出去、准确传送到指定功能模块、正确指导系统工作，系统必须设置独立、且具备抗干扰能力的信息交流中心，依靠其交互功能，实现信息的生成、传播、控制与管理。

（二）能全面监控电气工程运行状态大多数电气工程的装置和设备都是全天候运行的，长时间工作，势必会导致运行故障的发生，为此，现代控制技术还要担负起监控电气工程运行状态的责任，24小时监督工程内各系统设备的运行状态，如发现故障，应立即报警信息，同时，指明故障位置、故障源、故障影响，以及相关故障资料。工作人员接收到信息后，可第一时间做出反映，修复系统、设备，使电气工程尽快恢复运行。

（三）具有较高的安全性对于电气工程而言，“安全”是生产不可忽视的重要原则之一，因此，为避免内、外部环境因素给电气工程造成运行障碍和影响，现代控制技术不但要具备监控能力，还要拥有较强的自清自查能力，可独立清除、控制安全隐患。同时，现代控制技术还应针对电气工程众多管理项目，设置单元模块（如：运行监控模块、电气工程设施养护模块、数据管理模块、工作人员维护操作模块、电子工程管理模块等），通过层层过滤的方式，提高技术应用的安全性。只有这样，现代控制技术才能为电气工程提供安全、可靠的运行环境。

二、现代控制技术在电气工程中的应用

（一）帮助电气工程创建完整的控制系统众所周知，电气工程由多个系统结构构成，要想让这些单元结构能够独立、连续的完成工作，现代控制技术应承担选择功能、设置功能、计划功能、解释功能等多种责任。首先，在各功能模块上设置监控器，监测它们的操作行为、运行状态，并以数据的形式记录，转存到数据库中，如此，控制技术既可以依靠“复制数据”找出控制方式，又能随时检索系统运行信息，查找故障问题；其次，创建中枢系统、装置、设备的联动控制机制，以“作业任务”的形式分配任务，以便于系统可以同步、集中处理重要“运行信息”，不耽误电气工程正常工作；最后，因为电气工程系统、装置、设备的运行功能复杂、多样，所以要想正确下达指令，明确指令内容要求相对困难，利用现代控制技术，可将许多复杂的指令编撰成“编码”，由翻译器统一处理，如此一来，不仅方便了操作，电气工程控制管理效率、水平也会大大提升。

（二）科学选择控制系统设备计算机网络技术的发展，给电气工程控制管理提供了多个便利条件、多种选择可能，所以，作为控制管理的中枢，现代控制技术必须慎重选择控制系统设备，使其与电气工程形成配合，达到最佳管理效果。一方面，控制系统设备要具备信息分类、收集、检索、处理功能，将复杂、且数目庞大的电气工程数据集中整合到数据库中，根据管理、控制需要，高效检索、准确处理、顺利传递出去；另一方面，控制系统设备还应具备信息翻译、解释、转换能力，因为电气工程中的装置、设备不可能使用统一的编码、指令形式，所以如果两个运行系统、装置的指令信息代码不同，控制设备应能够兼容分辨，做出正确的处理和判断，完成智能化、自动化控制。

（三）加强电气工程内、外部环境管理电气工程内、外部工作环境的监测工作是其安全生产工作的重中之重，所以，现代控制技术管理工作的重要内容便是环境监测、管理，主要内容包括：监控电气工程电流、温度、湿度、电压、电功率等基础运行指标数据，如发现阶段时间内这些指标数据出现较大波动变化，会立即发出报警信号；管理、控制电气工程内其他非主要工作设备的运行状态，比如启动空调、除湿设备、稳压设备、变压设备、变频设备等。

三、现代控制技术应用发展趋势

未来几年，电气工程将走上“自动化”发展道路，并逐步引入“智能化控制”系统，实现电力、电能的高效化、安全化生产。由此可见，现代控制技术会向“智能化控制技术”、“模糊控制技术”、“非线性技术”领域发展。因为，智能设备是实现自动生产的必要保证和唯一手段，所以无论是电气工程的生产管理过程，还是信息传递过程，能够独立、自主、准确完成控制行为的智能设备必然会走上电气工程发展的历史舞台，成为技术发展的主力军。此外，针对电气工程无法在模糊条件下落实控制手段这一问题，模糊控制技术也为其提供了很好的解决方法，通过采用计算机控制技术形成控制与反馈的具有闭环结构特点的现代数字控制系统，其应用价值更高。非线性控制技术的研发，主要依赖于线性控制理论发展，为向电气工程提供稳定、简约的控制系统，非线性控制技术将电气工程中的非线性系统的某一邻域做反馈线性化的处理，同时利用微分几何理论等现代控制理论进行反馈，如此，显性化数据便可正确、完整的呈现给控制管理者，帮助其做出科学、合理的控制决策。

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机械设计论文参考文献：

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机械设计论文参考文献：

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论文摘要 在人类所利用的能源当中，电能是最清洁最方便的；电气传动无疑有着很大的意义，随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术也得到了长足的发展。本文在对大量国内外文献分析的基础上，总结和论述了我国在电力电子和电力传动系统领域的研究现状。

从学术的角度来看，电力电子技术的主要任务是研究电力电子器件（功率半导体）设备，转换器拓扑结构，控制和电力电子应用，实现电力和磁场的能量转换、控制、传输和存储，以便实现合理和有效使用的各种形式的能源，高品质的人力的电力和磁场的能量。

1 电力电子的研究方向

就目前情况而言，我国电力电子的研究范围与研究内容主要包括：1）电力电子元器件及功率集成电路；2）电力电子变换器技术的研究主要包括新的或电力能源的节约和新能源电力电子，军事和空间应用等作为特殊的电力电子转换器技术的智能电力电子变换器技术，控制电力电子系统和计算机仿真建模；3）电力电子技术的应用，其研究内容包括超高功率转换器，在能源效率，可再生能源发电，钢铁，冶金，电力，电力牵引，船舶推进应用，电力电子系统的信息化和网络；电力电子系统的故障分析和可靠性；复杂的电力电子系统的稳定性和适应性；4）电力电子系统集成，其研究内容包括标准化电力电子模块；单芯片和多芯片系统设计，集成电力电子系统的稳定性和可靠性。

2 我国电力电子发展中存在的问题

当前的主要问题是：中国的电力电子产品和设备目前生产的大部分是也主要是晶闸管，虽然它可以创造一些高科技电子产品和电气设备，但他们都使用电力电子外国生产设备和多组分组装集成的制造方法，尤其是先进的全控型电力电子器件全部依赖进口，而许多关系到国民经济和国家安全，在一些关键领域的核心技术，软件，硬件和关键设备，我国的外资控制和封锁。特别是在关系国民经济和国家安全，更多先进水平的核心技术差距的关键领域，这种情况正在迅速变化的挑战和我们的道德律令。

在过去，虽然我国国民经济的各个部门，先后引进了国外先进技术，已开始注意到国内突出的问题，从表面上看，虽然对引进技术的绝大多数可以在几年后达到国产化率70％的要求，但只要仔细分析，不难发现，并最终拒绝外国公司转让技术和关键部件，都涉及到高科技的电力电子技术和动力传动产品在核心技术。

目前国外和问题的主要区别是：电力电子器件的全面控制，不能制造国内制造的高功率转换器，低技术，设备可靠性差，电力电子数字控制技术水平仍处于初级阶段；应用程序的控制技术和系统控制软件的水平较低；缺乏经验的重大项目等。高性能高功率转换器设备几乎全部从国外进口。

3 电力传动系统的发展现状分析

目前我国电力传动系统的研究主要围绕交流转动系统展开，随着交流电动机调速理论的突破和调速装置（主要是变频器）性能的完善，电动机的调速从直流发电机-电动机组调速、晶闸管可控整流器，直流调压调速逐步发展到交流电动机变频调速。交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。为了进一步提高交流传动系统的性能，国内有关研究工作正围绕以下几个方面展开：

1）输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径

高性能交流驱动系统电压型PWM逆变器中的应用日益广泛，PWM技术的研究更深入。 PWM功率半导体器件采用高频开启和关闭，成为一个在一定宽度的电压脉冲序列法律的变化，为了实现频率，变压器，有效地控制和消除谐波的直流电压。 PWM技术可分为三类：正弦PWM，优化PWM及随机PWM。正弦PWM的电压，电流和磁通正弦PWM计划的目标包括。正弦PWM普遍提高功率器件的开关频率将是一个非常出色的表现，在中小功率交流驱动系统等被广泛使用。但为大容量的电源转换设备，高开关频率将导致大的开关损失，以及高功率设备，如GTO的开关频率仍不做的非常高的在这种情况下，在最佳的PWM技术只是满足的需求该设备。

2）应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论

交流电机交流驱动系统是一个多变量、非线性、强耦合、时变控制对象，变频调速控制，电机控制的稳定状态方程的研究动态控制非常令人满意的结果的特点。 70年代初提出研究交流电机的控制过程的动态，不仅要控制每个变量的振幅，而控制的阶段，为了实现交流电机磁通和转矩的解耦矢量变换方法，促使高性能交流驱动系统逐渐向实际使用。高动态性能的电流矢量控制变频器已成功应用于轧机主传动，电力牵引系统和数控机床。此外，为了解决系统的复杂性和控制精度之间的矛盾，但也提出一个新的控制方法，如直接转矩控制，方向控制电压，特别是与微处理器控制技术，现代控制理论在各种控制方法也得到了应用，如二次型性能指标最优控制和双位模拟调节器控制，可以提高系统的动态性能，滑（滑模）变结构控制可以提高系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以得到状态信息不能测量，自适应控制能够全面提高系统的性能。此外，智能控制技术，如模糊控制，神经网络控制，也开始在交流变频调速驱动系统用于提高控制精度和鲁棒性。

3）广泛应用微电子技术

随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（Digital Signal Processor——DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit——ASIC）等。其中，高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成的全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。

4 结论

虽然我国电力电子与电力系统传动系统技术得到了长足的发展，但与发达国家相比仍然存在较大差距，许多关键技术有待突破，关键部件还长期依赖进口的局面还没有打破。

参考文献

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关键词：机电一体化，发展方向，技术应用

 

机电一体化技术是面向应用的跨学科的技术，它是机械技术、微电子技术、信息技术和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。

1机电一体化技术的发展状况 1.1 数控机床的问世,为机电一体化技术的发展写下了历史的第一页; 1.2 微电子技术为机电一体化技术的发展带来了勃勃生机; 1.3 可编程序控制器、'电力电子'等的发展为机电一体化技术的发展提供了坚强基础; 1.4 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化技术的发展跃上新台阶.

2机电一体化技术发展方向

机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 2.1 数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 2.2 智能化

即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。论文参考网。随着模糊控制、神经网络、灰色理论 、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 2.3 模块化

由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 2.4 网络化

由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 2.5 人性化

机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受。

2.6 微型化

微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro ElectronicMechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。

2.7 集成化

集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 2.8 带源化

是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。论文参考网。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 2.9 绿色化

绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。

3 典型的机电一体化产品 机电一体化产品分系统(整机)和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。典型的机电一体化基础元、部件有：电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。论文参考网。这些典型的机电一体化产品的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略。

4 机电一体化的技术应用

在重工业企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。

4.1 智能化控制技术(IC)

由于重工业具有大型化、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重工业企业的产品设计、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、冷连轧等。 4.2 分布式控制系统(DCS)

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将越来越多。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。DCS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。DCS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。 4.3 开放式控制系统(OCS)

开放控制系统(Open Control System)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。 4.4 计算机集成制造系统(CIMS)

重工业企业的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。目前重工业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，难以适应现代重工业生产的要求。未来重工业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。

4.5 现场总线技术(FBT)

现场总线技术(Fied Bus Technology)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4～20mA，DC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DCS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、智能执行器和现场就地控制站等的发展。 4.6 交流传动技术

传动技术在重工业中起着至关重要的作用。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。

综上，我们不难发现机电一体化技术在现在的社会生产中占据了越来越多的行业和领域，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

【参考文献】

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关键词：MATLAB　仿真　应用

中图分类号：TP2　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)004-102-02

在当今自动控制系统已经渗透到各个领域，但随着生产工艺和生产要求的不断提高，这样对自动控制技术也有着相应的提高，传统的方法已经不在满足其现代生产的要求，这样MATALAB仿真技术相应产生，而且越来越多的应用在自动控制系统中。下面从以下几个方面去介绍其在控制系统的应用。

1　在经典控制的应用

我们知道虽然现代控制方法和控制技术不断的发展，但是我国的很多厂家的生产中均采用的是经典PID的控制方法，经典PID有着控制简单，快速等优点，但是要想采用PID算法必须要先确定控制对象的数学模型，而确定数学模型有两种方法：一种是机理建模而另外一种是实验建模，但是第一种方法虽然建立数学模型比较准确，但是在实际工况中机理建模实际很难用到的，因为实际工况中工艺很复杂，并且被控对象会随着环境的改变而改变，通常会才用第二种实验建模，实验建模是要描绘出被控对象的输出曲线，以前被控对象的输出曲线很难描绘，随着MATLAB仿真技术的应用这种问题迎刃而解了，比如在电阻炉温度控制中，就得用MATLAB仿真技术建立电阻炉的数学模型。电阻炉是一纯滞后一阶对象，其传递函数为W0(s)=Y(s)／C(s)=Ketos／I+TS其飞升曲线如图所示：

K=输出稳态值，初始值／240=158-13／240=0.6

TO与τ按工程计算法求得取

tl=τ+T0／3

t2=τ+TO

其中t1、t2分别对应阶跃响应的稳态值的28％和 63％的时间

t1=24　τ=5 t2=62　TO=57

这样确定电阻炉的数学模型就迎刃而解了。

2　在经典控制理论计算的应用

在经典控制系统中，频率分析和时域分析对系统都很重要。但对于二阶的系统人手算的工作量还不大，但超过二阶以上的系统用人工计算就非常繁复了，这样必须通过MATA，LB仿真来完成例如：

某系统的开环传函为G(S)=20／S3+8S3+36S+40求该系统的响应和波特图。

综上所述，随着MATALB仿真技术的不断发展，会大大促进控制系统的发展并上一个新的台阶的。

参考文献：

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这次烟机设备维修电工技师鉴定是国家实行技师资格鉴定后昆明卷烟厂第一次组织的通用工种类技师鉴定，鉴定工作由云南省第155国家职业技能鉴定所负责实施。参加鉴定人员自愿申报，然后由部门推荐经昆明卷烟厂技师(高级技师)资格审查推荐领导小组严格按照申报条件进行审核。考生先经过集中培训，然后由云南省第155国家职业技能鉴定所根据维修电工技师国家职业技能鉴定标准对考生分别进行基础理论、模拟电子电路、电路故障排除、变频调速、plc编程、教案编写及授课技能、论文写作与答辩等项目的考核，全部考核项目都及格者，才能取得烟机设备维修电工技师职业资格证书。

现就维修电工职业技师资格鉴定的申报条件、鉴定程序和鉴定内容摘抄如下：

鉴定对象和申报条件：

从事维修电工职业的专业人员，经过规定学时技师资格培训合格，并具有下列条件之一者可申报维修电工技师资格鉴定：

1.取得本职业三级(高级)资格证书后在本职业连续工作4年以上;

2.高级技工学校毕业，并取得本职业三级(高级)资格证书后，在本职业连续工作2年以上;

3.本专业大专以上毕业，并取得本职业三级(高级)资格证书后，在本职业连续工作3年以上;

4.连续从事本职业工作15年以上，并取得三级(高级)资格证书。

知识考试范围：

电子技术：晶体管多级放大电路分析;运算放大器组成的典型线路分析及参数设定;典型逻辑组合电路，时序逻辑电路的分析及设计方法;综合性电子电路的分析及设计方法。

电力电子技术：电力电子器件、晶闸管整流电路、逆变电路基本概念。

电气自动控制技术：自动控制基本原理;双闭环直流调速系统工作原理和参数设定;常用传感器工作原理及检测电路分析;复杂设备电气系统安装、调试知识及电气检测与诊断技术。

可编程控制器：用plc基本指令、常用功能指令，进行程序设计;用plc控制生产工艺流程的步骤及设计方法;将继电气线路改造成用plc控制的流程图、程序表。

新技术：数控系统的基本概念;微机应用及接口-技术基本概念;网络通讯基本概念;交流变频调速系统基本概念;交流电机矢量控制调速系统基本概念;专业发展方向。

熟悉气动控制、液压控制的基本原理以及识图、分析及排除故障的方法。

检修工艺编制：能够制定电气系统与电气设备检修、大修工艺，了解电气设计基本方法。

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计算机控制理论与设计课程是控制科学与工程一级学科重要专业基础课,在硕士研究生培养中起着重要作用。计算机控制理论与设计课程作为控制理论与控制工程学科学位课程,于1998年开设,已有10多年的历史,通过多年建设,在课程内容、知识体系、教学方法等方面取得显著成绩。

1 明确专业培养目标,体现智能建筑特色

沈阳建筑大学是辽宁省唯一的一所建本文由收集整理筑类院校,我校控制科学与工程学科以智能建筑技术为学科特色,智能建筑技术的核心计算机控制技术。随着计算机控制技术的发展,对计算机控制理论和技术要求越来越高,但多年来计算机控制理论与设计课程教材内容上没有太大变化,教材内容陈旧是主要问题之一;其二,计算机控制理论课程与实际脱节,就理论讲理论,内容枯燥,不易理解;其三,很难能找到适应建筑类院校研究生培养的教材。

为此,对该课程进行了改革,取得了良好效果。

1.1 引进前沿技术

结合计算机控制技术的发展和最新成果,引入计算机控制研究的前沿技术,不断更新教学内容,使学生能学习掌握最新的知识和技术。

1.2 注重基础教学

按照“基本原理－系统分析－系统设计”的思路讲授课程,结合实例分析和实践环节,使学生掌握计算机控制系统基本原理、方法和技术,具备计算机控制系统的应用和设计能力。

1.3 反映智能建筑特色

结合智能建筑系统工程实例讲授,使计算机控制理论与智能建筑系统设计融合,体现智能建筑技术特色。

1.4 重在能力培养

将计算机控制理论学习与工程案例分析、科研成果相结合,通过课堂讨论、专题报告、专家教学、科研活动等实践环节训练,培养学生的实践能力。

2 丰富教学内容,满足社会发展需求

2.1 收集相关资料,充实课程内容

注意学科发展动态,收集国内外控制理论与控制工程的相关资料,特别是控制理论方面的有重要价值的论文、参考书籍及控制理论方面的原版教材,将计算机控制技术中最新、最先进的知识引入教学,大大充实了计算机控制理论与设计课程的教学内容,扩大了学生的知识视野。

2.2 将科研成果引入教学

在课程讲授的过程中结合科研工作研究成果,将科研中成功应用的计算机控制系统的工程实例开展案例教学,通过对计算机控制系统实例进行解剖分析,从硬件设计到软件控制程序,从软硬件接口电路到大系统连接,从常规的控制方法到先进的智能控制方法,结合实际系统设计中的经验,理论联系实际,受到学生普遍欢迎。

3 改进教学方法,提高教学效果

3.1 改进教学模式,促进学生积极思考,激发创造性思维

建立以学生为主体、以教师为主导的基于探索和研究的教学模式。在课堂教学中,以国内外典型计算机控制工程实例为载体,引导学生多方位、多角度地发现问题,有效地调动学生的学习积极性,激发学生的潜能;在课堂教学中鼓励师生交流;启发式教学,引导学生通过思考、分析和探索学习,鼓励学生大胆质疑、独立思考和创新思维。教学模式的改变,调动了学生学习的积极性,又激发了学生的创造性思维;开展研究型教学,开展学科前沿知识研讨、理论难点研讨、系统设计难点研讨等专题讨论。具体方法是:事先布置研讨内容,让学生查阅资料,针对实际问题,阐述自己的观点,每个研究主题指定主讲述人,并进行专题研讨,通过多媒体等现代化教学手段激发学生学习的兴趣,通过与学生互动,包括课程介绍、图片和录像资料、系统实例分析等教学资料,进行深度思考。

3.2 案例教学收到良好效果

在课堂教学中,将基本理论、设计方法、实例分析等按模块化进行归类,采用模块化教学分析方法,每章归纳出知识结构,从知识结构了解各个知识点之间的联

转贴于

系,以及模块中的各个知识单元到模块与模块之间的内在联系,深入浅出,由理论到工程应用,使学生易于掌握。

3.3 教学方法和手段的多样化,提高了学生的学习兴趣

深入实际:到中科院沈阳自动化所、科学家花园智能工程现场等单位进行现场教学。事先布置一些思考题,让学生带着问题学习,把课堂的理论知识和实践知识有机地结合起来。请专家讲解计算机理论在机器人控制、智能建筑中的应用技术,并通过现场的演示和实际操作,从理论到实践,展示了计算机控制理论在实际对象中的应用情况,更真实、直观,使学生更加真实地了解了计算机控制理论的重要性。

专家讲座:聘请有智能建筑实际工作经验的专家到校内做学术报告,做计算机控制技术发展国内外发展状况及计算机控制技术在智能建筑技术中的应用方面的报告,扩大了学生的知识视野开阔了学生的知识视野。

将现代技术与教材有机结合:现代技术与教材有机结合,形成立体化的教学环境。多媒体课件、网络教学软件、文字引导学生开展科研训练,学生自主选题,搜集资料,开展科研训练计划,鼓励研究生开展研究性学习,以巩固学生课程所学知识,并使课堂教学与科学研究融为一体,激发他们的科研和创新热情。

多种教学方式的融合:如课本文由收集整理堂讨论教学与教师讲授相结合,学科前沿知识与教材基本内容相结合,理论与工程实际相结合,科研成果与教学内容相结合,课堂教学与实践教学相结合等,大大提高了讲课效果。

(1)采用模块分析方法,深入浅出。系统设计要结合科研工作实际,从理论到实践,通过工程实例讲述,使设计更贴近实际;(2)将抽象的理论描述转化为形象化的描述。利用图形、图像信息资源使学生能够尽可能的接近实际系,从而提高学生认知度和学习兴趣。(3)在分析系统特性时,采用对比的分析方法,有助于学生深入理解各种分析方棕的特点、区别、适用条件及相互之间的关系。

3.4 理论联系实际,培养学生的解决实际问题的能力

篇8

关键词：可编程控制器 车停位检测传感器 辅助停车装置 红外检测预警

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0017-02

1 引言

随着我国迈入小康社会，停车难的问题萦绕在每个人的心头。通过对松江区的万达商业广场等多个地下停车库进行实地调研，发现在照明昏暗的情况下很难发现地面上的白色车位边界线，这对司机停车造成了困扰，降低了司机停车的效率；另外，在司机停车过程中并没有对车辆的运行位置进行监控，也没有对驶出左右边界的车辆进行提示，这样很容易导致剐蹭事故。本装置属于电气控制技术领域，特别涉及一种车库运行管理系统中的车位辅助停车电气控制装置。

2 项目设计要求

车库车位按照某种功能分为若干区域，各区域有若干车位；每个停车位的下方放置停车压力传感器用于检测该位置是否拥有车停放，车停位检测传感器与控制器相连，将停车位信息传送至控制器；停车车位边界指示有若干个嵌入地下的指示灯构成，所有指示灯距离分布在停车车位边界上，当有汽车需要停入该车位时，车位边界指示灯点亮，司机可以非常清晰的看到车位边界；车位边界检测采用红外线检测对车停过程中的车行位置进行实时检测，车位边界检测的检测装置与控制器相连，将检测信号传送给控制器，当停车过程中出现待停车辆驶出车位边界线时启动声光报警器，提醒司机及时调整停车路径。车库车位平面图如图2.1所示。

3 基于PLC的车库车位辅助停车装置的设计

3.1 功能描述

基于PLC的车库车位辅助停车装置示意图如图3.1所示，主要功能器件包括车停位检测传感器、停车位边界指示装置、车位边界内、外检测、声光报警器、LED指引灯。

功能1：当控制器接收到选位信号后，车行指示灯以流水灯的工作方式点亮指引车辆进入待停车位。

功能2：停车车位边界指示由若干个嵌入地下的指示灯组成，所有指示灯等距离分布在停车车位边界上。当停车车位边界指示处于工作状态时，指示灯点亮，待停车辆的驾驶员能清晰地看清楚地面的停车位边界线，照明光线和积水带来的视觉干扰被极大地降低，有利于驾驶员安全的泊车。当检测车辆停放到位后，经过一定时间的延时，停车车位边界指示灯熄灭，恢复待机状态。

功能3：在驾驶员泊车过程中，车位边界检测将全程监控车行的位置是否在停车位的安全范围内。车位边界检测采用红外线检测，检测装置包含内、外两侧。内侧边界检测进行预警，外侧边界检测进行报警。车位边界检测的检测装置与控制器相连，将检测到的车行信号送给控制器。当内侧边界检测器检测到待停车辆行驶信号时，报警灯低频闪烁，报警器发出低频预警声，说明该车辆的位置已经偏离了停车安全范围，驾驶员应当及时调整停车的行车方向；当外侧边界检测器检测到待停车辆行驶信号时，声光报警器报警灯高频闪烁，并发出高频报警声，说明该车辆的位置已经超出了停车安全范围，驾驶员应当立即调整停车操作，以免发生待停车辆与左右两边车辆的剐蹭事故。

功能4：当车停位检测传感器检测停车位车辆停放时间超过5分钟未发生变化，视为泊车操作结束，相应的停车车位边界指示、车位边界检测和声光报警器的工作状态复位。

3.2 输入输出端子分配

本装置设计包括车库的所有车位的功能，各区域可采用工业控制网络来实现信号的传输并实现功能控制。本文主要对某一特定库位的功能实现进行设计与实现。以1号库位为例，经过分析确定输入信号为内侧红外检测等6个信号，输出控制端包括停车位边界指示灯等7个信号，共计13个信号，如表3.1所示，所以确定可编程序控制器的型号为FX2N64MR，每个PLC可实现对4个库位的控制。

3.3 基于PLC的车库车位辅助停车装置结构框图

“基于PLC的车库车位辅助停车装置”的控制涉及PLC控制技术、工业控制网络、LED显示技术，传感器技术等，系统控制框图如图3.2所示。

3.4 基于PLC的车库车位辅助停车装置控制功能实现

整个控制装置以接收到选位控制信号为启动，车位边界指示灯点亮，同时Y1～Y4以1S间隔流水灯状态工作指引车辆入库；当车位停车检测传感器检测到信号超过5S，表示车辆在车位中停放静止状态；当车位内侧检测装置检测到信号时，系统发出周期为1S的低频声光预警；当车位外侧检测装置检测到信号时，系统发出不间断的声光报警。装置控制功能部分程序实现如图3.3所示。

4 结语

本装置实现了对待停车辆指引到位、车停位检测、车位边界指示、停车过程预警和出界报警等功能，使停车过程更加安全和人性化。整个控制使用三菱FX2N可编程序控制器控制，通过对实验设备进行调试，最终实现了设计要求。本装置进行简单额改进就可以应用于别墅中的独立私家车库；地面行车指引机构也可以用于高架路、高速公路等道路交通，尤其是在阴雨天晚上，地面有积水的路况下能够有效的提高行车的安全性。

参考文献

[1]张静之，刘建华.PLC编程技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2015.

[2]范国伟.三菱可编程序控制器技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3]沈益明，金娣.车位引导系统[J].现代建筑电气，2012年10期.

[4]孙博.智能车库系统的研究与实现[D].昆明理工大学硕士论文，2014.4

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论文摘 要： 概括说明机械电子控制产业发展的情况，重点介绍计算机技术在机械电子控制产业领域以及工业生产制造和人们日常生活中的广泛应用。

0 引言

现代科学技术的发展极大地推动了机械工业领域的变革，同时给相关生产产业带来了巨大的影响，提高了生产水平和技术。随着各种技术之间相融合的发展，以计算机电子技术、机械技术为核心的机电控制领域将给工业及科研等领域带来更多的实际应用。

1 计算机技术与机电控制技术的发展概况

1.1 计算机控制理论的形成与技术的发展

忽略数字信号的量化效应，可以将计算机控制系统看成采样控制系统，在这一系统中，将其中连续的环节离散化，则整个系统又可看成由不同的离散系统构成。计算机控制理论的发展主要是将采样理论、差分方程、变换理论、状态空间理论和系统辨识自适应控制等理论综合应用到控制技术中，使计算机控制系统有了初步发展。对于结构复杂、时变的非线性系统，控制系统则融入了鲁棒控制、模糊控制、预测控制等多种新型理论，逐步形成了工业过程控制系统的一个新方向。

自世界第一台电子计算机问世后，计算机首先被用来自动检测化工生产过程的过程参量并进行相关的数据处理，同时也研究了计算机的开环控制。到二十世纪六十年代，出现了用于过程控制的计算机，实现了直接数字控制。后经集中式计算机控制系统发展到现在的以微处理器为核心的分层式控制系统控制，通过计算机对生产过程进行集中监视、操作和管理控制等。伴随着计算机处理器等技术的发展，计算机控制技术也随之发生相应的变革，最终应用到工业生产中并对其产生巨大影响。

1.2 机械和电子控制技术的发展和现状

在生产、科研等诸多领域里，有大量的物理量需要按某种变化规律进行控制。在二十世纪三十年代之前，工业生产多处于手工操作的状态。最初采用基地式仪表控制压力温度等在一恒定范围内，初步有了对工业生产的机械控制实践。随着电子技术的迅速发展和计算机控制系统的出现，直接实现了工业生产中各参量和过程的数字控制。计算机的微型化使控制技术更加智能化，同时将机械、电子、计算机技术和控制技术有机结合的机电一体化技术也得到迅猛发展，且越来越被广泛的应用到各生产领域。目前主要形成并应用的机电控制技术主要有PID控制，PID是经典控制理论的代表，它吸收了智能控制思想并利用计算机的优势，形成了自适应PID和非线性PID等更利于控制的变种PID控制器。另外还有模糊控制（FLC）、变结构控制等，均随着计算机领域的发展在不断地拓宽。

2 机电一体化的发展及在工业上的广泛应用

2.1 机电一体化的简介和生产应用

机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及计算机软件系统集合起来所构成的系统总称，综合运用机械技术、微电子技术、计算机技术、电力电子技术等对各生产领域的控制过程进行监督操作。它主要应用领域有数控机床，通过相应的数控技术，在工业操作上结构、功能、操作精度上都有明显的提高。采用多CPU和多主线的体系结构，丰富了数控功能，也提高了生产效率。

柔性制造系统的应用是计算机技术和制造系统在机电控制工业的应用，是计算机化的制造系统。它主要由计算机、数控机床、自动化仓库等组成。在工业上，它可以随机地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，更适用于多品种，小批量等的离散零件的批量生产。

交流传动技术的发展也是随着电子技术和计算机技术的发展在工业上有了重要的应用，尤其是在钢铁工业中，使复杂的矢量控制技术得以实现，无论是大容量电机还是小容量电机现均可使同步电机或者异步电机实现可逆滑调速。也使交流传动系统在轧钢生产中得到广泛的应用。

可编程控制器（PLC）是集计算机技术和自动控制化技术于一体的新型控制系统。这一系统解决了工业控制系统中大量开关控制的问题，逐渐取代了耗能多、故障率高的继电器控制系统。随着PLC技术的进步，其应用领域更是不断扩大，可采集存储数据，还可对控制系统进行监控。PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。这种过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。此外，随着工厂网络自动化的发展，PLC可实现通信及联网功能，更有助于工业生产的控制过程的监控。如今，PLC技术已经被广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保以及文化娱乐等各行各业。

2.2 计算机在机械和电子控制产业的应用实例

计算机技术和机械电子控制技术一体化的有机结合，不断使相关的新技术应用到更多的领域中去，这些应用到的领域已经不再局限于工业的生产，更多技术是切身关系到我们日常的工作和生活。下面举几个具体实例来介绍计算机技术和机电控制相结合的实际应用。

PLC实现了机械手移动工件的控制过程。随着世界经济和技术的发展，人类活动的范围不断扩大，机器人的应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，并从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。随着机器人的生产和大量应用，很多领域，许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作机，广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本有重要意义。与计算机及网络技术相结合应用的工业机器人的广泛使用正在日益改变着人类的生产和生活方式。

农业方面，机械作业过程中驾驶室内的仪表盘正迅速由电子监视仪表取代并逐步由单一参数显示方式向智能化信息显示终端过渡，以此来改善人机交互界面。这种智能化显示终端又被称为虚拟化仪器显示终端（Virtual Display Terminal），它代表了当代仪器与控制装置发展的主流方向。它可通过屏幕任意选择显示机组中不同部分的终端信息，在屏幕上按操作者的需求，调用数据库信息，显示数据、图形、语音等多媒体信息。另外，还可以将数据信息动态存入类似信用卡尺寸大小的高密度智能化数据存储卡，将农业作业过程的数据信息通过智能卡带回办公室，由计算机应用高级软件进行处理。也可以将管理者的决策和操作指令通过智能卡传送到拖拉机上的智能控制终端，实现自动控制农机的操作。

PLC在自动售货机中的应用。自动售货机通过顾客选择商品开关，投入的硬币值由PLC驱动数码管显示，经过光传感器识别，通过判断，进行下一步操作，经过PLC的系统控制和信号输出完成售卖过程。计算机技术和机电自动控制在自动售货机中的这项应用极大方便了人们的生活，也使PLC的应用更加广泛。

交通信号灯系统也是微机软件应用到电子控制系统中的典型实例。通过主要应用PLC技术控制十字路口的信号灯动作。准确无误的完成信号灯的变灯动作来控制时间，这项应用更是极大方便了人们日常生活工作的出行。

电脑横机中计算机技术的应用给机械编织行业带来了巨大的变革。现在的电脑横机是一种涉及到计算机、机械、电子、控制等诸多领域的复杂系统。电脑横机的编织是一个极其复杂的过程，最初的横机是手动横机，只能胜任比较简单的编织过程。随着计算机技术应用到电脑横机中，通过电脑的自动控制，设计人员可对编织花型进行数字化设计，通过计算机数字直接控制机械的退圈、垫沙、脱圈、弯沙等相应的机械编织动作，由计算机指令控制系统完成整个设计的编织，极大地提高了工业生产效率。

与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势。

3 总结

在机械生产领域，电子技术和计算机技术的融入发展，机电一体化的形成是机械工业中的重要变革。通过不断发展的计算机技术，使机电一体化相关的技术在诸多领域中得到了广泛的应用。

参考文献

[1]张东宝，工程机械与控制技术[M].筑路机械与施工机械化，2007.

[2]马增强等，数据采集系统的研究，微计算机信息，1998.

[3]王立新，浅谈数控技术的发展趋势[J].赤峰学院学报，2007.

[4]杨明等，机电一体化的研究现状及发展趋势，农机化研究，2006.

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一鼓作气攻下硕士学位

说到金德华，周围的人都说，像他这样既有理论又懂技术，既是高级技师又是高级工程师的复合型人才，实在是太少见了。

1982年金德华从上海电机制造学校毕业后，就进了上海锅炉厂设备动力科技术维修组，刚干了两年，就在职考上同济大学电气工程系工业自动化专业，学习现代电气技术；1989年本科学业完成后，仍不间断地学习先进的电气技术；2000年，又考上上海交通大学电子信息与电气工程系研究生，2003年获得硕士学位。

为什么这么注重学习？金德华说起一件小事。他刚工作没多久，厂里一台拉床坏了，一会儿能启动，一会就启动不了。这是一位老工程师自己设计的，在当时是比较先进的，事情报到了维修部，金德华立马去修，他感觉可能设计方式有问题，大致的问题方向似乎也明白，但就是修不好。事情过后，他深思一番，发现知识远远不够，一定要继续学习。

对于技师来说，空有理论却也是无米之炊，金德华就像一块海绵一样，不断吸收知识，也不断提高技能。从上世纪80年代末开始，他先后参加西门子数控系统培训，德国、美国等国设备维修培训，香港地区高技能人才培训，市委党校高技能人才培训。期间两次参加上海技能大赛，都取得了优异的成绩。2005年，金德华获得了高级技师资格证书。

金德华还将技术经验及时进行总结：目前已在专业杂志上发表了10篇论文，其中3篇发表在中文核心期刊《电气传动》、《电气应用》和《电工技术》杂志上。

可以说，30年的职业生涯中，陪伴他的就是“学习-吸收-创新-创造”，他说：“学得越多越觉得欠缺，只有理论和技能的双重提升，才能让工作真正游刃有余。”

疑难杂症问题的解决专家

30年来，金德华还有一个让人称奇的地方，那就是在一个岗位上从来没有挪过。这个岗位，之前叫上海锅炉厂设备动力科，现在叫上海锅炉厂设备动力分厂，他现在是这里的副厂长。

厂里流行一句话：遇到疑难问题，找设备动力科。多年来，即便是已经成为技能大师的金德华，在遇到大家解决不了的问题时，总是随叫随到，哪怕半夜接到电话，也会立即起身来到厂里。为了维修故障，他依然会上到三四十米的高空行车，下到地下十几米的运行

设备。

2007年，上海电气金德华电工技术工作室成立以后，他常常带着自己的团队出现在各种疑难杂症的维修现场。

四米卷板机是意大利进口设备，可以将十几米的钢板卷成圆筒，在锅炉厂的运行中非常关键。然而，经过近十年的运行，原控制系统老化，故障频繁。常常将钢板的一头卷成圆筒，另一头却成了锥形，导致产品报废。问题出在了哪里？金德华花了大量的精力对该设备的工艺要求、功能要求和控制原理进行了分析，发现是控制程序的问题！经过细致的研究和大胆的尝试，他采用了现代控制技术重新建立了合理的数学模型，设计了控制系统，大大简化了系统构成；同时，他根据工艺要求，编制了相应的控制软件，在保持原有功能的基础上，增添了下辊平衡监视保护等功能，终于达到了均衡的效果，使设备的可靠性大大提高。

还有从美国进口的波形板生产线，由于控制系统老化，频频出现故障。可是，让美国人来修费用太高，又影响电厂发电，导致生产事故停工。该设备在控制上有两大技术难点：一是波形板打包参数控制极不方便，使得生产效率低下；二是相邻形板的波纹不重叠，控制十分复杂。金德华先通过维修让机器可以正常运转，还将机器万一出问题的“后事”安排好，以备不测。当然，最后还是要彻底解决，经过他和团队三周的奋力研究，终于建立了合理的控制数学模型，在此基础上设计了控制系统并编制了控制软件，从而使打包参数控制极为方便，波纹不重叠控制系统大大简化。

如今，经过改造，该设备的电气故障率大大降低，甚至几乎为零，而且由于轧辊速度提高以及控制方式的合理性，生产效率大大提高。这样的例子不胜枚举。

创新的步伐永无止境

作为上海锅炉厂有限公司在电气维修方面的领军人物和上海电气前两届的电气首席技师，金德华在设备电气控制新技术、新系统应用方面始终走在前列，创造了多项“首次”。

早在上世纪八十年代，金德华首先将PLC控制技术应用到工厂设备的控制中。现在，该技术已在工厂广泛应用。

首次将变频调速技术应用于探伤起重机驱动，探索了起重机上不调换电机、利用原绕线式电机采用变频调速的应用技术。

首先将数字式直流调速技术应用于工厂龙门刨床驱动，替代落后的发电机-电动机系统，使设备性能大大提高，降低了能耗和噪音。现在，该控制技术已在企业全部龙门刨床上得到应用，效果极佳。

首先将伺服定位技术应用于生长线立式料架的定层控制中，提高了定层精度和生产效率。

首先在设备控制上采用触摸屏人机交互技术，提高了系统可靠性、通用性和人机友好性。

传道授业的工作从来没有停下

金德华着力将自己的技术专长毫无保留地传授给更多的人。

他与年轻员工结成培养对子，通过近一年培养辅导，其中一名员工在上海市职工技能比赛中获得第一名，在2006年“振兴杯”全国青年职业技能大赛中获得第五名。

他每年都要举办好几场讲座，如《变频器控制技术》、《起重机控制技术》。还为上海电气“3+3+3”技术工人培养大专班开设《工厂生产工艺研究》和《现代典型驱动系统》课程。