电气装备计算机控制技术调研报告.doc

姓名 harrysheng

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教师

专业 电气工程及其自动化

电气装备计算机控制技术调研报告

一、概述

工业控制是计算机的一个重要领域，电气装备的计算机控制正是为了适应这一领域的需要而开展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。

要学习掌握电气装备的计算机控制技术，必须先对电气装备有一个系统的认识。电气装备是机电一体化装备中除机械机构以外的其它各局部组成，即通常所说的一个设备的电控局部，主要包括传感与测试单元、动力与驱动单元、执行机构以及信息处理和控制单元。而它们的关键部件是传感器、计算机和执行机构。

传感器是将被测量〔如各种物理量、化学量等〕变换成系统可识别的，与被测量有明确对应关系的电信号的一种装置或元件。“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已成为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观和微观世界的种种信息，成为人类认识自然、改造自然的有利工具。

传感器种类繁多，按被测量分为温度传感器、压力传感器、角位移传感器、扭矩传感器、位移传感器等。按物理原理分为电参量式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、热点式传感器、波式传感器、射线式传感器、半导体式传感器等。传感器的组成结构主要包括敏感元件、转换器件和转换电路。非电物理量依次通过敏感元件、转换器件和转换电路后转变为电学量而可以被采样。传感器应用广泛，如在进行交直流电机控制时，需要用到光电编码器等位置传感器进行电机转速的反响；在许多机电控制系统中需要检查部件运动是否到位，常需要用到光电传感器、压力传感器和液位传感器等。

执行机构是将控制信号转换成相应动作的机构。目前常见的执行机构是电磁式、液压式和气动式机构。此外还有超声波驱动器、形状记忆合金驱动器等新型执行机构。三类常见的执行机构有各自的优缺点，如液压执行机构通常体积和重量较小，因此工作平稳，惯性小，反响快，易于实现快速启动，制动，频繁换向。并且液压执行机构能在大范围内实现无极调速。但由于液压油本身的缺陷，如具有可压缩性，易泄漏，对温度敏感等使液压传动不能保证严格的传动比，在工作过程中常有较多的损失，工作稳定性容易受到温度的影响。

气动式执行机构以空气为介质，容易取得，使用后处理方便，无污染。空气粘度很小，损失很小，便于集中和远距离输送，储存较方便。气动元件体积小，重量轻，本钱低，维护简单。但也存在诸多缺点，如由于以可压缩性的气体为介质，所以工作速度的稳定性较差，系统刚度较差，系统的响应速度低；由于气体的粘度小，造成控制系统的阻尼比拟小，是的闭环控制困难；噪声大，在高速放气时要消声；气动控制系统的效率低。

电磁式执行机构没有液压和气动式执行机构的污染和噪声问题，不需要额外的动力能源，操作和维护方便。随着电力电子技术和控制技术的开展，电磁式执行机构可以在很宽的范围内实现无极调速，控制精度高，因此，在中小功率范围内它已被广泛取代液压式执行机构，成为首选的主流执行机构形式。但是在大功率，特别是低速的大转矩的场合，目前还主要是气动式执行机构。而在对动态控制和控制精度无严格要求的场合，常采用结构简单，价格低的气动式执行机构。

计算机，这里主要讲的是工业计算机，它主要用于工业控制、测试、管理等方面。与通用计算机相比，工业计算机具有许多特点：高的可靠性，强的实时性，强的环境适应性以及完善的输入输出通道，此外还要求工业计算机拥有良好的可维护性。

工业计算机在近几年的开展显著，从开始时的插槽CPU，附加许多ROM、RAM模块、AD/CD模块等，到现在的全贴片CPU，且在更小体积的CPU中已包含所有需要的模块和更大容量的存储计算空间。从开始时的单CPU处理到现在的多CPU联合处理。也从单台计算机的控制到现在的多台计算机的联网控制，协同工作，并且接口模式也开始多样化，除了串口，还有CAN总线、以太网等。这些变化，使电气装备的计算机控制变得越来越完善，有更高的精度和快速性，更高的系统整体可靠性。

电磁式执行机构的开展应用

在“概述”中已提到执行机构包括电磁式、液压式和气动式机构，它们各自都有优缺点，有自己的应用范围。其中电磁式执行机构在近年来开展最快，应用面最广。电磁式执行机构按不同标准又可分为：组合式结构和机电一体化结构；电器控制型、电子控制型和智能控制型〔带HART、FF协议〕；数字型和模拟型；手动接触调试型和红外线遥控调试型等。它是伴随着人们对控制性能的要求和自动控制技术的开展而迅猛开展的：

1．早期的工业领域，有许多的控制是手动和半自动的，在操作中人体直接接触工业设备的危险部位和危险介质〔固、液、气三态的多种化学物质和辐射物质〕，极易造成对人的伤害，很不平安；

2．设备寿命短、易损坏、维修量大