计算机与机械电子技术的融合发展

向文华，王青林

（商丘技师学院，河南商丘 476000）

计算机与机械电子技术的融合发展

向文华，王青林

（商丘技师学院，河南商丘 476000）

文中概括说明计算机信息技术与机械电子技术的发展的情况，重点介绍计算机技术在机械生产制造领域、汽车新技术及日常工作的广泛应用。

计算机技术；电子技术；机电一体化；融合发展

晶体管的发明是20世纪物理学发展的重要事件，半个多世纪以来，以此为契机开创了微电子时代并导致信息技术革命的出现。进入21世纪，智能化和信息化的迅速发展，极大推动了传统机械工业的革命。随着各种技术之间的不断融合，以计算机信息技术、机械技术、电子技术等为核心的机电一体化控制技术日臻成熟，已广泛应用于各行各业。

1 计算机信息技术与机械电子技术的发展概况

1.1 计算机控制理论的形成与发展

计算机控制理论的形成主要是将采样理论、差分理论、变换理论、状态空间理论和系统辨识自适应控制等综合应用于控制技术，奠定了计算机控制系统的基础。对于时变的、构造复杂的非线性系统，则融入了预测控制、模糊控制、鲁棒控制等多种新型理论，逐渐发展形成工业过程控制系统的一个新方向。

计算机初次用于工厂控制是在化工生产中自动检测过程参量并处理有关数据，20世纪60年代，计算机尝试过程控制，直接数字控制变成现实。后来又经过集中式计算机控制系统进而发展为现在的以CPU为核心的分层式控制系统，生产过程通过计算机实现了管理、监测、控制、调节等环节，工作效率和可靠性大大提高。

1.2 机械电子技术的发展与现状

20世纪30年代之前，工业生产多数还是手工操作。一般采用基础式仪表控制速度、压力、温度、湿度等，初步积累了机械控制基本理论。随着计算机控制系统的出现和现代电子技术的迅猛发展，数字技术实现了生产的参量控制和过程控制。

当前广泛应用的机电一体化技术主要有：比例－积分－微分控制（PID）、模糊控制（FLC）、变结构控制。PID是经典控制理论的代表，模糊控制是利用模糊数学理论，通过模拟人的综合决策和近似推理过程，使控制算法的合理性、可控性和适应性得到提高。对于复杂系统，变量繁多，模糊控制可以较好地解决问题。变结构控制适用于线性及非线性系统，包括控制系统的跟踪、调节、自适应及不确定等系统。

2 机电一体化在工业上的应用

2.1 机电一体化简介和广泛应用

机电一体化是指在控制功能、信息处理功能、动力功能和主功能上引进电子技术，将机械装置、计算机软件系统等集合所构成的系统总称。在以下领域得到了广泛应用。

柔性制造系统是制造系统和计算机技术在工业控制上的应用。它主要由数控机床、计算机和自动化仓库等组成。它可以按量地、随机地依照总装线的要求，加工批量工件，也适于不同品种零散零件的生产。

交流传动系统在轧钢生产中得到了广泛应用。不论大小容量的电动机（包括同步和异步电动机）都可以实现平滑可逆调速，使矢量控制技术变的更为简单。

可编程控制器（PLC）是工业自动化技术和计算机技术结合以后应用最多的设备。它解决了继电接触器有触点控制系统耗能大、故障多的弊端，并且能根据加工需要编制不同控制程序。PLC还可完成监控、数据采集与存储、通信与联网等，在石化、建材、冶金、轻工、汽车、电力、机械制造等各行各业被广泛应用。

2.2 计算机与机械电子技术结合的应用实例

计算机与机械电子技术的有机结合，不只局限于工业生产领域，通过下面几个典型例子说明，它已经渗透到我们生活和工作的各个角落。

2.2.1 工业机器人

工业机器人是一种多用途、多功能的、多自由度的、可重复编程的、能进行自动控制的操作机构。很多简单重复性的工作用机器人完成，可以降低劳动强度，改善劳动环境，保证人身安全，提高生产效率，节约材料消耗，还可以使产品质量稳定。

2.2.2 自动售货机

自动售货机由顾客选取商品类别，外部投入的货币通过光传感器识别币值并由PLC驱动数码管显示，经过判断完成操作。CPU通过PLC控制商品的搬运装置，商品通过传动装置输送到出口，高档自动售货机还能支持找零。自动售货机的应用，节省了大量人力物力。

2.2.3 交通信号灯系统

交通信号灯系统也是微处理器在电子控制系统中的典型应用。PLC以微处理器为核心，根据交通路口信号灯的变灯动作和控制时间编制梯形图，进行程序设计。

2.2.4 农业方面的应用

现代农业机械的检测显示，已经由单一参数转化为智能化终端显示，人机交互界面更为友好。它可通过屏幕显示，随意选择不同机组以及机组不同部分的终端信息，可以方便的调用数据库信息，在屏幕上根据操作者的要求，显示语音、数据、图形等实用信息；也可以将操作指令和决策及时传送到农机上的智能控制终端，实现农业生产的自动化。

2.2.5 电脑横机

最早的横机是手动控制，只能进行简单编织。随着产品花色品种增加，电脑横机应运而生。设计人员可在电脑上设计花型，通过专门软件的数字化处理，由计算机指令系统控制机械的脱圈、退圈、弯沙、垫沙等编织动作自动完成编织过程，生产效率成倍提高。

3 计算机与电子技术在汽车上的应用

随着计算机、电子技术与汽车工业的不断发展，汽车使用的电子装置接近全车四分之一的成本，汽车已演变为典型的高级机电一体化、智能化设备。

3.1 电子技术在发动机上的应用

3.1.1 电子点火装置

由传感器、接口、微机、执行机构等几个部分组成，它可根据传感器感应的各种参数进行判断、运算，然后调节点火时刻，与传统的点火方式相比燃烧充分，节省油料。另外，新型电子控制装置还有自诊断操作、自适应控制及智能控制等功能。

3.1.2 电子控制喷油装置

化油器式喷油系统已基本停产，现在大量使用的是电子控制喷油装置。它将发动机最佳工作状态时的喷油规律编成程序，保存在微机存储器中；当发动机需要工作时，依据各个传感器感应参数，按预先编定的程序进行运算，再与内存中最佳工作状态时的参数进行判断和比较，自动调整供油量，以保证发动机时刻在最佳状态下工作。

3.2 电子技术在底盘上的应用

3.2.1 电控自动变速器（ECAT）

ECAT可依据汽车的车速、有效载荷、驾驶员控制及制动器工作状态等各项参数，通过计算机判断、运算后，实现变速杆的自动转换，从而保证变速器在最佳位置换挡。电子气动换挡装置是利用电子装置取代机械换挡杆与变速机构之间的连接，并通过电磁伺服阀控制汽缸执行。它不仅能明显改善汽车操控性能，而且安全性和动力性都有所加强。

3.2.2 电子转向助力系统

电子转向助力系统是用直流电动机取代传统液压助力缸，依靠蓄电池提供动力。这种计算机控制的转向助力系统体积小、重量轻、部件少，能提供最好的转向回正特性、转向作用力，增强了汽车低速机动性及行驶稳定性。

此外，在安全带控制、安全气囊、照相控制、定速巡航系统、自适应悬挂系统、防抱死制动系统等方面，都采用了大量电子新技术，提高了汽车的舒适性和安全性。

4 结束语

计算机信息技术与机械电子技术的融合发展发端于机械制造领域，机电一体化的形成是机械工业中的重大革命，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。

［1］ 杨有君.数控技术［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］ 王立新.浅谈数控技术的发展趋势［J］.赤峰学院学报.2007（2）.

［3］ 杨明.机电一体化的研究现状及发展趋势［J］.农机化研究.2006（3）.

［4］ 周万珍，高鸿斌.PLC分析与设计应用［M］.北京：电子工业出版社，2004.

［5］ 马志平.机械自动化的未来与现状［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［6］ 王文晶.汽车电子技术应用及发展趋势［J］.黑龙江科技信息.2012（5）.

Fusion and Development of Computer and Machinery Electronics Technology

XIANG Wen－hua，WANG Qing－lin
（Shangqiu Politechnical College，476000，Shangqiu，Henan，China）

This paper summarizes the development of computer information technology and machinery electronics technology.It mainly introduces the wide application of computer information technology in machinery manufacturing，new automobile technology and the daily work.

computer technology；electronics technology；electromechanical integration；fusion and development

姜久超）

TP399

A

1008－3782（2014）01－0044－03

2013－08－11

向文华（1970－），女，湖北武汉人，商丘技师学院讲师。