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在通用變頻器、異步電動機和機械負載所組成的變頻調速傳統系統中，當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將可能處于再生發電制動狀態；或當電動機從高速到低速（含停車）減速時，頻率可以突減，但因電機的機械慣性，電機可能處于再生發電狀態，傳動系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過逆變器的六個續流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態。這時，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導致中間回路的儲能電容器的電壓上升。如果當制動過快或機械負載為提升機類時，這部分能量就可能對變頻器帶來損壞，所以這部分能量我們就應該考慮考慮了。

在通用變頻器中，對再生能量最常用的處理方式有兩種：(1)、耗散到直流回路中人為設置的與電容器并聯的“制動電阻”中，稱之為動力制動狀態；(2)、使之回饋到電網，則稱之為回饋制動狀態（又稱再生制動狀態）。還有一種制動方式，即直流制動，可以用于要求準確停車的情況或起動前制動電機由于外界因素引起的不規則旋轉。

在書籍、刊物上有許多專家談論過有關變頻器制動方面的設計與應用，尤其是近些時間有過許多關于“能量回饋制動”方面的文章。今天，筆者提供一種新型的制動方法，它具有“回饋制動”的四象限運轉、運行效率高等優點，也具有“能耗制動”對電網無污染、可靠性高等好處。

二、能耗制動

利用設置在直流回路中的制動電阻吸收電機的再生電能的方式稱為能耗制動。

其優點是構造簡單；對電網無污染（與回饋制動作比較），成本低廉；缺點是運行效率低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量且制動電阻的容量將增大。

一般在通用變頻器中，小功率變頻器（22kW以下）內置有了剎車單元，只需外加剎車電阻。大功率變頻器（22kW以上）就需外置剎車單元、剎車電阻了。

三、回饋制動

實現能量回饋制動就要求電壓同頻同相控制、回饋電流控制等條件。它是采用有源逆變技術，將再生電能逆變為與電網同頻率同相位的交流電回送電網，從而實現制動。回饋制動的優點是能四象限運行,如圖3所示，電能回饋提高了系統的效率。其缺點是：(1)、只有在不易發生故障的穩定電網電壓下（電網電壓波動不大于10%），才可以采用這種回饋制動方式。因為在發電制動運行時，電網電壓故障時間大于2ms，則可能發生換相失敗，損壞器件。(2)、在回饋時，對電網有諧波污染。(3)、控制復雜，成本較高。

四、新型制動方式（電容反饋制動）

1、主回路原理

整流部分采用普通的不可控整流橋進行整流，濾波回路采用通用的電解電容，延時回路采用接觸器或可控硅都行。充電、反饋回路由功率模塊IGBT、充電、反饋電抗器L及大電解電容C（容量約零點幾法，可根據變頻器所在的工況系統決定）組成。逆變部分由功率模塊IGBT組成。保護回路，由IGBT、功率電阻組成。

(1)電動機發電運行狀態

CPU對輸入的交流電壓和直流回路電壓νd的實時監控，決定向VT1是否發出充電信號，一旦νd比輸入交流電壓所對應的直流電壓值（如380VAC—530VDC）高到一定值時，CPU關斷VT3，通過對VT1的脈沖導通實現對電解電容C的充電過程。此時的電抗器L與電解電容C分壓，從而確保電解電容C工作在安全范圍內。當電解電容C上的電壓快到危險值（比如說370V），而系統仍處于發電狀態，電能不斷通過逆變部分回送到直流回路中時，安全回路發揮作用，實現能耗制動（電阻制動），控制VT3的關斷與開通，從而實現電阻R消耗多余的能量，一般這種情況是不會出現的。

(2)電動機電動運行狀態

當CPU發現系統不再充電時，則對VT3進行脈沖導通，使得在電抗器L上行成了一個瞬時左正右負的電壓（如圖標識），再加上電解電容C上的電壓就能實現從電容到直流回路的能量反饋過程。CPU通過對電解電容C上的電壓和直流回路的電壓的檢測，控制VT3的開關頻率以及占空比,從而控制反饋電流，確保直流回路電壓νd不出現過高。

2、系統難點

(1)電抗器的選取

（a）、我們考慮到工況的特殊性，假設系統出現某種故障，導致電機所載的位能負載自由加速下落，這時電機處于一種發電運行狀態，再生能量通過六個續流二極管回送至直流回路，致使νd升高，很快使變頻器處于充電狀態，這時的電流會很大。所以所選取電抗器線徑要大到能通過此時的電流。

（b）、在反饋回路中，為了使電解電容在下次充電前把盡可能多的電能釋放出來，選取普通的鐵芯（硅鋼片）是不能達到目的的，最好選用鐵氧體材料制成的鐵芯，再看看上述考慮的電流值如此大，可見這個鐵芯有多大，素不知市面上有無這么大的鐵氧體鐵芯，即使有，其價格也肯定不會很低。所以筆者建議充電、反饋回路各采用一個電抗器。

(2)控制上的難點

（a）、變頻器的直流回路中，電壓νd一般都高于500VDC，而電解電容C的耐壓才400VDC，可見這種充電過程的控制就不像能量制動（電阻制動）的控制方式了。其在電抗器上所產生的瞬時電壓降為，電解電容C的瞬時充電電壓為νc=νd-νL，為了確保電解電容工作在安全范圍內（≤400V），就得有效的控制電抗器上的電壓降νL，而電壓降νL又取決于電感量和電流的瞬時變化率。

（b）、在反饋過程中，還得防止電解電容C所放的電能通過電抗器造成直流回路電壓過高，以致系統出現過壓保護。

3、主要應用場合及應用實例

正是由于變頻器的這種新型制動方式（電容反饋制動）所具有的優越性，近些來，不少用戶結合其設備的特點，紛紛提出了要配備這種系統。由于技術上有一定的難度，國外還不知有無此制動方式？國內目前只有山東風光電子公司由以前采用回饋制動方式的變頻器（仍有2臺在正常運行中）改用了這種電容反饋制動方式的新型礦用提升機系列。

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一、防寒保暖

蛋雞的生長發育最適溫度為16～18℃，16～24℃時，蛋雞產蛋率較高。當雞舍溫度低于5℃時，產蛋率下降，低于0℃時產蛋量顯著減少，低于-10℃時停產，同時還會增加飼料的消耗量，所以適宜的雞舍溫度是提高母雞冬天產蛋率的關鍵。因此，入冬前應堵塞迎風口面的窗戶，裝好玻璃或塑料薄膜；隨時檢查四壁及屋頂，在修補除換氣孔窗以外的所有孔洞及裂縫的同時，適當提高飼養密度或加厚墊料，采用這種方法可使雞舍溫度提高5℃以上。墊料要干燥，經常翻動，與雞糞混合，促進微生物活動，使其發酵，達到厚墊草的目的。另外，堅持每天聽天氣預報，防止寒流的突然襲擊。

二、補充光照

光照能促進性腺的分泌，從而促進產蛋，蛋雞每天需16h的光照，但是冬季晝短夜長，自然光照短于12h，不能滿足蛋雞對光照的需要，因此，需人工補光。一般1m2雞舍地面有2.7～3.0W白熾燈光源就能保證光照強度，燈離地1.8～2.0m，燈與燈之間3m左右，燈與燈之間的距離要相等，一般適宜的光照強度為5～10Lx，舍內各處光照均勻，保持燈泡清潔，否則影響光照強度。另外，凌晨是一天當中氣溫最低的時候，此時的低溫對處于睡眠狀態的雞所造成的冷刺激最嚴重，因此早晨4時開燈喂料，使雞在溫度低的時候開始采食和運動，增加機體產熱量，以提高其抵御寒冷的能力，緩解冷刺激所造成的不良影響。一般情況下，晚上8時即可關燈。補充光照時間一旦確定，就要準時開、關燈，持之以恒，切不可時斷時續，忽早忽晚。

三、通風換氣

養雞場多采用高密度飼養，冬季許多養殖戶為了給雞舍保溫，都將雞舍門窗緊閉，有的養雞戶甚至整個冬天也不打開1次，致使雞舍內有害氣體氨、硫化氫、二氧化碳增多。氨和硫化氫濃度過高時，會刺激呼吸道黏膜，誘發雞的慢性呼吸道疾病，導致產蛋量下降，進而降低經濟效益。因此，要定期進行通風換氣，以排出舍內的有害氣體，保持空氣清新，一般可利用中午比較暖和時打開門窗進行換氣，并注意不要讓冷空氣直接吹向雞體，更要防止賊風。另外，為有效清除或降低舍內氨氣等有害氣體濃度，可撒過磷酸鈣，每周0.05kg/m2或30mL/m3，進行過氧乙酸噴霧，每周1次。舍內的糞便、污物要每天清掃，也可降低氨和硫化氫濃度。

四、控制雞舍濕度

舍內的相對濕度以50%～70%為宜，最高不得超過75%。要經常檢修飲水系統，避免水管、飲水器或水槽漏水淋濕雞體、飼料，造成舍內濕度和雞體散熱加大。要保證排水暢通，及時排除舍內污水。

五、注意飲水

蛋雞的飲水量與氣溫高低有直接關系，水溫過低會明顯降低雞的耗水量。這是因為雞飲低溫水后會增加體熱的損失，加重冷應激，同時對消化道黏膜造成不良的刺激，甚至引起痙攣，而影響消化和吸收。因此冬季飲溫水為好，最好飲大蒜水，能健胃，促進食欲，助消化，而且能提高雞的抗病能力，對雞瘟、雞白痢等都有預防作用。水量偏少也會影響產蛋量。一般來說，喂干料時雞的飲水量約為采食量的2倍，若連續36h不給飲水，母雞產蛋量下降直至停產，因而要保證產蛋雞的飲水。

六、改善營養水平

冬季氣溫低，體熱容易散失，需要更多的營養維持正常體溫，產蛋也需要大量營養物質，為保持高產穩產，必須改善營養以滿足雞體抵抗寒冷和產蛋的需要。首先，增加日糧的能量水平，提高玉米、稻谷等能量飼料的比例，亦可添加適量油脂，適當減少麩皮、米糠等粗纖維飼料，并依產蛋情況適當增加日糧。其次，增加維生素和礦物質，全面滿足蛋雞對蛋白質、礦物質、維生素等的需要，可提高蛋雞產蛋量。另外，每隔幾天喂點碎辣椒，以刺激食欲，增加雞的抗寒力，同時夜間補喂1次粒料。:

七、疾病防疫

冬季常見的呼吸系統疾病有傳染性喉氣管炎、傳染性支氣管炎、傳染性鼻炎和慢性呼吸道病等。對于這些疾病，除了做好日常的飼養管理工作外，還要按當地的疫病流行情況制定科學的免疫程序，并按程序有條不紊的免疫，使產蛋雞獲得較強的抵抗力，以防止疾病在雞群內擴散，從而在產蛋相對較少的冬季獲得較好的經濟效益。

八、減少應激

各種應激反應都會造成雞產蛋量下降或停產。因此，要保持雞舍內外及周圍環境安靜，禁止高聲播放音響、鳴笛等，以防雞受驚嚇而影響產蛋。飼養人員要穿著固定的工作服，嚴禁穿著紅色衣服進入雞舍，工作時動作要輕緩，嚴禁外界人員和車輛進入雞舍。要堵塞雞舍及雞場內外的鼠洞，定期在雞舍及雞場內外投放鼠藥以消滅老鼠；要防止犬、貓、鼠等進入雞舍驚嚇雞群。如有應激因素存在時，可在飼料中添加多種維生素，對由于應激反應造成的產蛋量下降具有良好的防治作用。

參考文獻

[1]付健康，王玉紅，崔春生，等.談談冬季的飼養管理[J].河南畜牧獸醫，2007，28（2）：40.

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信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。

隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展，各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。

在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展，國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術（FullClosedACServo）、直線電機驅動技術（LinearMotorDriving）、可編程序計算機控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項具有代表性的新技術。

2全閉環交流伺服驅動技術

在一些定位精度或動態響應要求比較高的機電一體化產品中，交流伺服系統的應用越來越廣泛，其中數字式交流伺服系統更符合數字化控制模式的潮流，而且調試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺服系統的驅動器采用了先進的數字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣，在驅動器和電機之間構成位置和速度的閉環控制系統，并充分發揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統的增益調節，甚至可以跟蹤負載變化，實時調節系統增益；有的驅動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設備的機械共振點，并通過陷波濾波方式消除機械共振。

一般情況下，這種數字式交流伺服系統大多工作在半閉環的控制方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環，也作位置環。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控制精度，應在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件（如：光柵尺、光電編碼器等），即實現全閉環控制。比較傳統的全閉環控制方法是：伺服系統只接受速度指令，完成速度環的控制，位置環的控制由上位控制器來完成（大多數全閉環的機床數控系統就是這樣）。這樣大大增加了上位控制器的難度，也限制了伺服系統的推廣。目前，國外已出現了一種更完善、可以實現更高精度的全閉環數字式伺服系統，使得高精度自動化設備的實現更為容易。其控制原理如圖1所示。

該系統克服了上述半閉環控制系統的缺陷，伺服驅動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等)，作為位置環，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環。這樣伺服系統就可以消除機械傳動上存在的間隙（如齒輪間隙、絲杠間隙等），補償機械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等），實現真正的全閉環位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環控制均由伺服驅動器來完成，無需增加上位控制器的負擔，因而越來越多的行業在其自動化設備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統。

3直線電機驅動技術

直線電機在機床進給伺服系統中的應用，近幾年來已在世界機床行業得到重視，并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。

在機床進給系統中，采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環節，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為"零傳動"。正是由于這種"零傳動"方式，帶來了原旋轉電機驅動方式無法達到的性能指標和優點。

1.高速響應由于系統中直接取消了一些響應時間常數較大的機械傳動件（如絲杠等），使整個閉環控制系統動態響應性能大大提高，反應異常靈敏快捷。

2.精度直線驅動系統取消了由于絲杠等機械機構產生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。

3.動剛度高由于"直接驅動"，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現象，同時也提高了其傳動剛度。

4.速度快、加減速過程短由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車（時速可達500Km/h），所以用在機床進給驅動中，要滿足其超高速切削的最大進個速度（要求達60～100M/min或更高）當然是沒有問題的。也由于上述"零傳動"的高速響應性，使其加減速過程大大縮短。以實現起動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停。可獲得較高的加速度，一般可達2～10g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

5.行程長度不受限制在導軌上通過串聯直線電機，就可以無限延長其行程長度。

6.運動動安靜、噪音低由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。

7.效率高由于無中間傳動環節，消除了機械摩擦時的能量損耗，傳動效率大大提高。

直線傳動電機的發展也越來越快，在運動控制行業中倍受重視。在國外工業運動控制相對發達的國家已開始推廣使用相應的產品，其中美國科爾摩根公司（Kollmorgen）的PLATINNMDDL系列直線電機和SERVOSTARCD系列數字伺服放大器構成一種典型的直線永磁伺服系統，它能提供很高的動態響應速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運動；德國西門子公司、日本三井精機公司、臺灣上銀科技公司等也開始在其產品中應用直線電機。

4可編程計算機控制器技術

自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器（ProgrammingLogicalController，PLC）問世以來，PLC控制技術已走過了30年的發展歷程，尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發展，它已在軟硬件技術方面遠遠走出了當初的"順序控制"的雛形階段。可編程計算機控制器（PCC）就是代表這一發展趨勢的新一代可編程控制器。

與傳統的PLC相比較，PCC最大的特點在于它類似于大型計算機的分時多任務操作系統和多樣化的應用軟件的設計。傳統的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態采集與刷新。這樣處理方式直接導致了PLC的"控制速度"依賴于應用程序的大小，這一結果無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統軟件完美地解決了這一問題，它采用分時多任務機制構筑其應用軟件的運行平臺，這樣應用程序的運行周期則與程序長短無關，而是由操作系統的循環周期決定。由此，它將應用程序的掃描周期同外部的控制周期區別開來，滿足了實時控制的要求。當然，這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求，任意修改。

基于這樣的操作系統，PCC的應用程序由多任務模塊構成，給工程項目應用軟件的開發帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求，如運動控制、數據采集、報警、PID調節運算、通信控制等，分別編制出控制程序模塊（任務），這些模塊既獨立運行，數據間又保持一定的相互關聯，這些模塊經過分步驟的獨立編制和調試之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務操作系統的調度管理下并行運行，共同實現項目的控制要求。

PCC在工業控制中強大的功能優勢，體現了可編程控制器與工業控制計算機及DCS（分布式工業控制系統）技術互相融合的發展潮流，雖然這還是一項較為年輕的技術，但在其越來越多的應用領域中，它正日益顯示出不可低估的發展潛力。

5運動控制卡

運動控制卡是一種基于工業PC機、用于各種運動控制場合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。它的出現主要是因為：（1）為了滿足新型數控系統的標準化、柔性、開放性等要求；（2）在各種工業設備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統等）、智能醫療裝置等設備的自動化控制系統研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺；（3）PC機在各種工業現場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發揮PC機的強大功能。

運動控制卡通常采用專業運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地，運動控制卡與PC機構成主從式控制結構：PC機負責人機交互界面的管理和控制系統的實時監控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標的管理、系統狀態的顯示、運動軌跡規劃、控制指令的發送、外部信號的監控等等）；控制卡完成運動控制的所有細節（包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等）。運動控制卡都配有開放的函數庫供用戶在DOS或Windows系統平臺下自行開發、構造所需的控制系統。因而這種結構開放的運動控制卡能夠廣泛地應用于制造業中設備自動化的各個領域。

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1.1.2人機界面取代按鈕和操作器由人機交互式操作屏全面取代傳統的按鈕操作，也徹底改變了造紙傳動工業現場。操作屏不僅可以任意設置按鈕的功能和數量，還可以實時監視系統的各個運行狀態以及參數等。在系統結構方面，目前普遍采用雙端口網絡系統，其中一個端口用于傳動系統及各個執行單元，另一個用于操作屏進行數據傳輸，提高抗干擾能力。操作屏的使用，使用戶節省了大量的現場電纜的鋪設以及操作臺的安裝，節約了自然資源和工作量。目前由于自然資源的價格上漲，顯示操作屏的價格下降，在一次成本投入上已經十分相近，如果考慮輔助傳動控制的按鈕連線，操作屏的投入成本更具優勢。

1.2公共直流母線的推廣和應用

1.2.1公共直流母線與交流母線的區別與特點公共直流母線系統的應用在造紙傳動自動化技術領域具有標志性作用。所謂公共直流母線，簡單地說就是將變頻器的交直交內部結構，變為交直交外部系統結構。圖1和圖2是公共直流母線和交流母線的原理結構圖，以說明兩者的區別。從圖中可以看出，交流母線變頻器是各個變頻器分別與交流電網連接，各自工作是獨立的；而公共直流母線結構則是有一個總的進線整流單元，通過直流向各個逆變器單元供電。這種結構上的變化，導致其工作方式和效果不同。從相關資料和研究分析可以歸納這兩者的主要區別和特點如下：(1）由于烘缸等大慣性負載的存在，在交流母線系統中往往會出現過壓跳閘等情況。但在公共直流母線系統中，因為能量可以通過直流母線在所有電機之間互相流動，從而解決因為負載波動引起的跳閘，很好地克服多電機間電動狀態和發電狀態之間的矛盾。(2）通過集中整流，可以使公共直流母線電壓在技術手段上做得更加可靠，降低故障率。但是事物總是利弊相伴，集中整流盡管可以通過技術手段提高可靠性，但畢竟是一個單機運行，一旦整流單元故障，也會造成整個系統停機。而交流母線系統，由于每臺變頻器都是獨立的，因此，一臺故障不影響整個生產線的運行，排除故障相對簡單。(3）關于節能和降低成本。由于在技術上明顯復雜，如果不采用特殊手段，公共直流母線的價格目前高于交流母線的價格。關于節能的觀點，目前尚沒有理論和實驗數據證明這一說法。(4）關于諧波抑制問題。變頻器的諧波主要來源于高頻開關的脈沖電流，使電網的電流波形失真，導致大量諧波產生。從統計學的角度看，當采用公共直流母線后，母線上的電流是多臺變頻器不規則的脈沖電流疊加，各個變頻器的電容相當于并聯，理論上比交流母線電流波形好，諧波影響會得到改善。但由于整流單元的集中，對變壓器的影響比交流母線要大，特別是普通六脈波系統，會在電網側產生很大的5次諧波，甚至達到干擾其他用電設備的程度。因此，當功率超過2000kW時，建議采用12脈波整流單元，這樣可以有效減小謝波干擾的影響。而交流母線系統，由于沒有集中大功率整流，因此5次諧波的影響要小。關于回饋制動問題。由于紙機傳動是一種長期穩速運行的系統，是否考慮增加回饋制動單元，應當根據系統的總投資、運行車速及停機的要求綜合考慮。一種說法是通過能量回饋可以節省能源，但實際上紙機正常生產后是很少需要緊急停車的，因此用相當增加一套整流系統的代價來解決回饋能量的回收問題值得權衡利弊。當車速1000m/min以上時，為使慣性部分盡快停下來，適當增加一定功率的能耗制動，也是一個不錯的選擇。

1.2.2公共直流母線實現方案及運行維護成本分析目前在ABB、AB和西門子公司的標準產品系列中，都有標準的直流母線系統。除AB系統在直流母線產品和交流母線產品中差別不大以外，其他兩家公司的直流母線系統都比交流母線系統價格要高。特別是整流逆變單元，比國產產品價格要高出數倍。因此，目前普遍解決方案是在不帶逆變回饋單元時較多采用的是國產整流單元，配以上述公司的逆變器或變頻器，這已經在國內許多造紙生產線上使用。當然如果系統投資資金充足，客戶要求，采用更高性能的PWM整流逆變系統，既可以實現整流回饋，又可以降低諧波影響。現將可能的方案介紹如下：(1）可控硅整流逆變回饋供電系統。這種系統是目前各大公司主推的系統，造價較高，具有能量回饋能力，諧波影響根據功率大小、6脈波和12脈波而不同。(2）國產整流單元，配逆變器加能耗制動公共直流母線系統。這種系統經濟性較好，性能與整流回饋相同，諧波影響與上一方案相同。(3）國產整流單元，配變頻器加能耗制動公共直流母線系統。這種方案是國內的系統集成商，在激烈競爭下采用的一種降低成本的方案。這種方案適合于當變頻器價格低于逆變器價格時，具有一定競爭力，但如果與逆變器價格相當，則與方案（2）相同。(4）局部直流母線方案，其是在交流母線系統的基礎上，為了解決慣性負載的過電壓跳閘問題或針對某些負荷分配點需要能耗制動的情況下而采取的方案。整個系統仍然是交流母線即通常的變頻器系統方案，但是將慣性負載傳動點的變頻器外接制動單元的端子通過一定的技術手段相互連接，在相連接的變頻器之間形成公共直流母線。其性能和工作特點與集中整流直流母線相當，只不過集中整流由分散整流代替。特點是簡單、低成本，但系統接線復雜，給系統的可靠性和維護帶來不便，在小系統中應用比較適合。總之，從目前來看，公共直流母線、網絡通訊和操作屏等現代信息技術已經成為紙機傳動自動化的發展趨勢；以AB公司等為代表的工業以太網技術以及遠程監控和服務等將成為下一步技術發展的大方向，甚至無線網絡和遠程調試等在今后的發展中都是可能的；對紙機傳動自動化來說，還有優化設計、程序化的安裝和調試，以及精準的故障診斷與維護等問題。

2現代紙機傳動自動化系統的組成與設計特點

2.1現代紙機裝備的最新技術動向從2014CIPTE國際造紙技術報告會獲悉，以芬蘭維美德公司、德國福伊特公司為代表的紙機裝備制造商，分別從各種不同的角度為紙機裝備的發展提出了多種解決方案。其中，優化概念模塊化紙機實際上是在整個系統中，將不同紙機的各個部分部件，用統一的設計和規劃方案，尤其是連接部分、通用部件的標準方面，如同組裝模塊一樣，可以批量生產適合各種不同紙機的產品部件。在需要的時候，可以迅速地通過模塊組裝和連接形成不同的造紙機生產線，這就是優化和模塊化的核心所在。在紙機裝備的模塊化和優化設計的推動下，紙機傳動自動化其實也正在朝著這個方向發展和變化。無論是從軟件設計還是硬件結構，國外的大公司以及國內的一些企業已經在不同程度上實施并推進這一方法的實現。所謂面向對象的設計方法和解決方案，實際上是從軟件工程的開發角度，來設計和構建電氣傳動系統的軟件和硬件系統，從而最大限度地減少重復性工作和最大限度地降低制造和設備采購成本，提高工作效率，降低系統的故障率和增加可靠性。

2.2硬件模塊化、通用化設計根據模塊化的設計思想和標準化的系統目標，ABB和西門子的大功率變頻器就是一個典型的實例。在ABB的大功率變頻器設計中即采用了模塊化的設計，一臺大功率變頻器可以由若干個硬件功率模塊組成。當某個模塊故障時，可以在不停機的狀態下降低功率繼續使用，直至更換新的模塊以后恢復原功率運行。西門子S120變頻器系統則在模塊化方面體現更加徹底，不但主回路模塊化，連控制回路也一起模塊化了。在新的系統中變頻器本身就組成了一個小型分布式控制系統，控制中心管理著變頻器的各個主回路模塊，每個模塊僅相當于一個功率單元。如果說ABB變頻器是變頻器并聯運行的話，西門子變頻器就是一個小型集散控制系統。控制單元獨立于功率單元，一臺控制器可以管理多個功率單元。這種硬件結構的設計使模塊化達到了電力電子裝置的最新高度。除此之外，在諸如電控柜、操作臺以及輔助傳動的控制回路設計方面，模塊化的設計也體現了面向對象的特征。將一臺電控柜從柜體設計到安裝板以及柜內的每一個部件和回路，統統按照對象描述和封裝模塊的思想進行設計。在硬件的選擇上盡可能做到對于整個公司的硬件系統要求做到模塊化設計，即凡是運轉方式、功率等級基本一致的對象，采用一樣的模塊加以控制，同時在對比較重要的控制單元的柜體設計中，凡是控制模塊在條件許可的情況下再增加一塊備用的控制模塊（與廠家協調），這樣當某個受控對象的控制回路出現故障時，抽出故障模塊，換上備用模塊，系統先恢復運行再維修故障模塊。在整個系統的硬件設計中，類的設計即每一種抽屜狀模塊的設計中，系統面向對象所必須具備的封裝及數據隱藏得以著重體現。在這里，我們強調的是每個受控對象（獨立的用電負載）不僅僅要有一個實實在在的硬件類與之對應，在PLC程序中也會存在一個相對應軟件類與硬件類對應，這樣，每一個受控的實體對象都在控制系統對這兩個相互依存的類對象的調用中，實現工藝的要求。而在此時面對紙機裝備的優化概念模塊化處理中，對于相對應的控制系統，我們也應該有同等的要求。在面向對象的硬件系統設計中，最大的特點就是控制回路的模塊化，使其在強電回路封裝的基礎上繼續封裝控制回路，從而使得系統具有以下特點：(1）盡管模塊受到被控對象功率的不同、運行方式的差異導致具體電路上的差別，但在外觀上盡量標準化，使得除了模塊之外，柜體也可柔性化設計；(2）從元器件到模塊，應盡量體現出最大程度的通用與互換性；(3）模塊的接口盡量簡單，互換時簡單方便；(4）模塊設計應盡量使得可靠性足夠高。在面向對象的硬件系統設計中，我們可以做到：(1）大大簡化系統構建及設計過程的難度；(2）形成柔性化的控制系統；(3）更加利于專業化分工；(4）更有利于系統未來的擴容和改造。在這里，我們以最為常見的電動機控制回路的設計來詳細說明面向對象的硬件系統如何實現：首先分析普通電機（對象）的特性：(1）電機直接啟動，自由停止；(2）無反接制動及能耗制動的需求；(3）電機內無報警裝置，提供額外異常信號指示；(4）短時間的電機堵轉等異常情況在熱保護等手段作用之前，不會給電機帶來傷害。下面以一個簡單的電機控制系統為例，說明我們在硬件設計時采用的方法，如圖3、圖4。我們將一個普通的電機作為對象，對它進行分析，從而得到控制要求，利用面向對象技術，將跟它有關系的操作封裝在一個結構系統，使得在一張圖紙上可以看到它的全部信息，并且全部模塊化設計，利用端子接線。對于圖4，我們可以在它的基礎上，針對具體的工控要求，很快進行修改而不破壞其內部封裝，改造成適用于變頻和軟啟等硬件設計，幾乎沒有什么太大的變化，這一現象，體現面向對象中繼承的思想。同樣的設計完全可以在電控柜和操作臺上實現，從而將我們的關注點完全放在這樣一個個對象上，而不是一個龐大系統的每一個細節，可以極大地節省設計時間，簡化設計步驟。而對于相同或者差異不大的對象或者項目，完全可以很方便的完成，而不用再擔心改動錯誤。因為在封裝對象的時候，我們投入了極大的精力，使得每一個對象里面的每個元件都有跟隨作用。如果封裝后有錯誤，是無法通過測試的。這首先保證了自己所使用的“元件”是無誤的，而不像面向過程中每一步都沒有電氣屬性，改動完之后不知道是否正確的尷尬局面。目前，對于整個造紙機傳動自動化來講，我們往往對于輔助傳動的著力點過少，從現在這個行業的故障率來講，目前應該將輔助傳動控制與主傳動進行一體化設計。對此，我們還是針對于每一個項目進行具體設計，因為輔助傳動在各自的分布可能要求不一致，系統之間又沒有具體的聯系，還是采用面向過程的設計思路，簡單方便、可靠性高。

2.3軟件模塊化、通用化設計在國外，1999年Benitez等人提出面向對象方法在PLC程序設計應用中的必然性。2010年ChiacchioP．等人提出IEC61131標準中的PLC程序設計方法已無法滿足自動化系統的發展需求，提出面向對象的編程方法。AdnanSalihbegović等人也提出將軟件工程方法運用到工業自動化控制中。在國內，2000年陳娟等人將面向對象方法運用到糧食儲運自動化系統中，討論了類的抽象和封裝的實現。2009年張逸群等人將面向對象方法運用到煤炭輸送機控制系統的PLC程序設計中，闡述了基于STEP7的面向對象程序設計方法。2009年12月，祝瓛冰出版了《面向對象的現代工業控制系統的實用設計技術》一書，更是取得突破性技術，使得面向對象的方法更加實用于PLC程序設計。綜上所述，在國內外研究中面向對象方法已經在工業控制中嶄露頭角。但在此時，紙機傳動自動化軟件設計還是處于傳統的階段，對于此次當代紙機裝備制造商提出的優化概念模塊化紙機，為了提高工業效率的適應性，還是難以滿足，所以我們將面向對象方法引入紙機傳動自動化行業，在硬件上加以強類封裝，同時相對于每一個硬件類，都有一個相對應的軟件類。這樣對于一個控制系統的對象，我們只要通過接口，操作硬件類與軟件類相互聯系，就可以很好地完成控制任務。下面以普通電機為例，介紹其每個環節的做法：(1）建立需求分析表，如表1。其作用就是以控制系統對此類目標的需求，對未來對象所執行的任務進行反向遞推，將需求層層細化。(2）建立變量表，如表2。這個需要好好琢磨，以至于反復修改。(3）編制類的梯形圖，測試修改，反復多次。這樣，所有編程均基于所述接口，對于每一個具體的工程對象，僅僅只需要修改相對應的外部變量，而不需要在所封裝的程序內部做修改。當然這個過程是循環往復的，它需要我們有足夠的測試對象以及測試次數，但這一點，相對于以往工程項目毫無頭緒的修改，導致的出錯率還是可以接受的。

3現代紙機傳動系統常見技術問題分析與處理方法

紙機在運行中，由于機械、電氣緊密聯系，相互配合，因而故障出現時，往往會導致很難確定是何原因。作為電氣技術人員，在對所管設備充分了解后，理應對于其工作原理以及設計思想有所了解，最后依據現象做出分析判斷，區分故障，從而解決問題。在造紙生產中，不可避免地會出現一些類似操作失靈、頻繁斷紙等表面現象，操作人員往往第一時間會認為是出現了電氣故障。此時，作為電氣工程師則必須首先對故障現象進行仔細分析，完整描述，準確判斷。要做到一看、二想、三檢驗，即：一看就是先看準問題的部位和現象，進行細致分析和準確描述，分清問題所在。二想就是對于問題表現的現象，要冷靜思考、綜合判斷，特別是結合公共和電氣參數的記錄值，對現象的產生原因做出判斷，防止誤判。三檢驗就是在可能情況下，通過一些參數的人為變化，檢驗和核對問題的原因，最終確定問題的原因和處理方法。下面通過對幾種常見問題的分析和判斷，以說明問題的處理方法。

3.1速度不穩、斷紙、引紙困難這類問題在早期的新紙機調試和二手機開機過程以及更換產品品種時較易發生。由于目前機械和傳動設備都已經設計比較完善，操作人員也已經比較熟練。在設備和工藝以及電氣之間發生問題梳理不清的情況已經減少。但是，從電氣技術原理的角度分析問題的根源和找出解決辦法仍然是電氣工程師應當具備的基本能力。面對速度不穩、斷紙這樣的現象，往往會伴隨著工藝和機械設備等相互交織的問題。有經驗的車間主任、班組長可以很快判斷問題的原因所在。以下通過電氣傳動的參數數據分析來說明邏輯分析方法：(1）仔細觀察上位機記錄的轉速和轉矩變化曲線，在反應的斷紙點觀察是否有速度的突變和轉矩突變以及突變的方向和規律。這一點非常重要，傳動參數的記錄數據，特別是實時數據對分析判斷至關重要。(2）基本分析和判斷：如果在斷紙附近速度曲線變化不明顯，而轉矩或電流在斷紙附近顯著波動，通常可以認為調速系統是正常的。可以不予理會關于速度波動的說法，這是因為如果速度沒有明顯變化而轉矩或電流有明顯波動，則恰恰說明調速系統是正常的。在雙閉環系統中，速度反饋是外環，電流或轉矩是內環。內環的響應要遠遠大于外環，因此正是電流的波動才抑制了或抵消了速度的波動，是正常的響應。(3）反之如果先有速度的變化，不論是緩慢變化還是突變，之后才是電流的變化，那么可以懷疑調速系統或在設備的某些部位存在問題。可能的問題有：編碼器或速度反饋干擾或不穩定，引起速度波動；可以進一步觀察速度反饋系統或電機和編碼器的連接部位，進行必要的檢修和加固，對導線連線以及屏蔽等進行檢查和再次接線；如果電氣系統檢查無誤，則可以懷疑設備或安裝存在的可能問題。在某廠的系統中曾經發現過施膠部在施膠過程中主傳動點速度緩慢變化的情況，后經檢查發現是由于主從控制的安裝不當引起，當膠輥在受熱后形變較大時，會發生直徑增加的情況因而導致線速度緩慢增加。引起不穩定或張力增加而出現斷紙，更改主從配置后問題得以解決。(4）另外，在壓榨部也會出現莫名其妙斷紙的現象。在觀察電氣記錄后如果沒有發現問題，則可以提醒操作人員注意真空度和濕紙的干度，真空度的變化也會引起紙的強度變化。同時，應當充分注意速度環PID參數整定要合適。舉例說明，如圖5。此為卷取部換卷時的曲線記錄。從曲線上看，當換卷時從三烘到卷取的紙幅所承受的拉力減小，從而導致三烘部的負荷加大，引起速度下降，在速度閉環系統的控制下，變頻器進行了自動調節，但是此過程持續時間較長，從而可以明顯看到三烘之前的紙幅下垂現象。從圖5（上）明顯還可以看出，速度控制的調節時間太長，速度下跌較大，因此需要增大速度環的比例系數，縮短積分時間。從圖5（下）明顯可以看到，同樣在進行換卷時，速度有波動，但是速度下跌較小，而且調節過程的時間明顯縮短，紙幅變化量不大。總之，應對速度不穩問題，一定要以記錄數據為依據，然后再根據工藝過程分析問題的根源所在。電氣工程師不但應當能夠發現自身系統的問題，更要能夠分析和判斷出其他方面的問題，才能是合格的工程師。

3.2負荷分配控制方案及存在問題對策在網部和壓榨部以及施膠部等，都存在負荷分配的控制問題。早期直流系統中負荷分配控制是由模擬的轉矩電流分配器來完成的，現代紙機由于采用了通訊控制方式，這種分配關系由模擬變為數字，但基本的控制原理是相同的。本文所要闡述的是在負荷分配控制中針對不同情況的控制策略選擇問題，這也是本人及其團隊多年來研究和實踐的總結，現分幾個問題介紹如下：(1）剛性負荷分配控制的穩定性問題通常情況下壓榨部、網部、施膠部等各部分的負荷分配問題，都可以定義為剛性連接的負荷分配控制問題。所謂剛性連接就是指兩個連接的電動機之間沒有速度誤差，例如壓榨部，上下輥之間在正常時是不可能有速度偏差的，否則紙頁就會產生質量問題，網部和施膠部都可以做類似的解釋。在這種負荷分配控制中，普遍采用的方案是用轉矩或電流疊加進行分配，其中一臺作為主傳動，另一臺作為輔傳動。通過轉矩電流的比例分配，滿足協調所需的工藝控制要求。但是，這種方案是否存在穩定性問題呢？長期以來一直沒有理論的證明和分析，陜西科技大學2013屆研究生張洪濤在參考相關資料的基礎上，將速度反饋微差注入的方法引入到負荷分配控制的穩定性仿真分析中，在理論上證明了剛性連接情況下采用轉矩或電流進行負荷分配控制是穩定的。現將這一原理仿真模型進行說明。圖6中編號1代表的是速度給定，編號2和3是負載和負載擾動的加載點。模型中剛性耦合的模擬是通過求取兩者的速差，然后再乘以剛性系數去疊加到各電流調節器的輸出上，從而代表由于速差而引起的轉矩傳遞。主傳動點的速度給定直接乘以一個補償系數作為從傳動點的速度給定，此補償系數一般大于1，目的是為了使從傳動點的速度調節器飽和。將主傳動點的電流反饋和主傳動點的轉速調節取最小運算，目的是為了使主傳動點的電流反饋值對從傳動點的電流給定值起到一個限幅的作用，也即從傳動點跟隨主傳動點的電流反饋，從而模擬轉矩控制的效果。仿真波形如圖7所示。由仿真波形可以看出，速度的穩定性較高而且從點電流在整個過程當中都僅僅跟隨主點電流，保證主從出力相同。在25s時在標號2處添加一個負載擾動信號，此時轉速變化很小，而電流的波動相對轉速要大，但在不到2s時間內又穩定下來，且主從電流一致。從仿真波形來看，用轉矩控制的負荷分配方式對剛性耦合的負載進行控制，系統始終是穩定的。(2）柔性耦合的負荷分配控制的穩定性問題圖8是柔性耦合負荷分配控制系統中基于速度控制的仿真模型，其中主從傳動點都處于速度控制模式，通過比較主從點的電流反饋值，然后求差，再乘以柔性補償系數疊加到從點的速度給定上，從而微調從點電流，使得從點的電流值跟隨主點電流的目的。在柔性耦合的負荷分配控制中，同樣先采用主從傳動點都處于速度控制模式進行仿真分析。在速度控制模式下通過比較主從點的電流反饋值，然后求差，再乘以柔性補償系數疊加到從點的速度給定上，從而微調從點電流，使得從點的電流值跟隨主點電流。模擬柔性耦合機械上的連接還是通過求速差，再乘剛性系數去疊加到各電流調節器的輸出上。和剛性耦合中不同的是，當在主點加負載擾動時，其對從點轉矩的影響需要經過一定的延時，所以在此還是通過求速差，再乘剛性系數去疊加到各電流調節器的輸出上。在此模型中，添加了一個延時模塊，其延時取決于實際轉矩的傳遞時間。仿真時，在編號2處加負載擾動，而延時環節則加在去主點電流環的一側，此時代表當從點負載發生波動時，其到主點轉矩的傳遞需要經過一定的延時。仿真波形如圖9所示。從仿真波形可以看出，當從點加負載擾動時，主從點轉速的波動仍然很小，電流波動相對較大，但在短暫調整后又趨于平穩，從點的電流跟隨性良好，說明主從點負載均衡，達到了負荷分配的目的。從上面仿真結果來看，對柔性耦合的負載采用速度控制的負荷分配方式是穩定的。圖10是柔性連接的轉矩控制方式仿真模型，模型中柔性耦合的模擬與剛性連接相同，均采用求取速度反饋差值的辦法，用差值乘以剛性系數后疊加到各電流調節器的輸出上，代表由于速差而引起的轉矩傳遞。主傳動點的速度給定直接乘以一個補償系數作為從傳動點的速度給定，此補償系數一般大于1，目的是為了使從傳動點的速度調節器飽和，從而形成轉矩控制的方式。將主傳動點的電流反饋和主傳動點的轉速調節取最小運算，目的是為了使主傳動點的電流反饋值對從傳動點的電流給定值起到一個限幅的作用，也即從傳動點跟隨主傳動點的電流反饋，從而模擬轉矩負荷分配控制的效果。與剛性連接不同的是增加一個延時環節，圖10是將主擾動的影響經過延時后疊加到從點上。由圖11仿真波形我們發現，當柔性耦合的負載采用總線通訊轉矩控制的負荷分配方式時，主從點的轉速與轉矩都發生了振蕩的現象。而前面采用總線通訊速度控制方式時，主從點的速度與轉矩都能經過短暫的調節趨于穩定，且從點的電流和主點的電流基本相等。這也說明了柔性耦合的負載當采用轉矩控制的負荷分配方式時是不穩定的，此跟實際調試當中遇到的現象完全吻合。總之，對于負荷分配控制系統而言，正常情況下我們都可以看作是剛性連接的系統。因此，無論是速度控制方式還是轉矩控制方式，系統本身都是穩定的。但是如果具有延遲特性的負荷分配控制系統，由于轉矩和速度之間增加了反饋延遲，就會造成不穩定現象。典型的例子如高速衛生紙機的負荷分配控制系統，在網部和大缸之間由10m以上的毛布進行連接，毛布的彈性作用會導致轉矩和速度的延遲。這時如果采用轉速控制的負荷分配方案則是穩定的，反之如果采用通常的轉矩負荷分配控制方案則極有可能會造成系統不穩定，理論研究和實踐都證明了這一點。

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2.1集成化應用分析

對于機械制造領域來說，其中所涉及到的集成化實際上主要是在技術功能、技術經營上所進行的集成。而也正是由于信息技術的作用影響，才能夠使得計算機集成化技術轉化成為對于機械制造的整體性優化。企業本身在實際進行經營管理的過程中，所涉及到的相關動態集成措施，能夠讓制造企業本身的動態集成為一個整體，通過這方面的措施才使得自動化技術保持自身的應用合理性，進而讓企業信息管理系統、計算機輔助設計技術、數控加工技術等被應用到制造系統中。就現階段來說，將CAD/CAM作為主要核心的CIMS工程應用措施，實際上已經在整個制造行業中進行了覆蓋，其生產形式必然會成為未來的發展趨勢。

2.2柔性化應用分析

柔性化最顯著的特點在于其能夠根據外界因素作用力的差異表現出與之相對應的適應能力。換句話說，在柔性化應用過程中，生產出的產品能夠較好地適應市場的更改特性。現代機械制造行業必須針對終端用戶的各類需求及時精確地做出反應，進而對機械制造產品類型和結構屬性做出相應調整。從這一角度上來說，柔性化應用可以很好地解決該問題，其在確保必要生產柔性的基礎上，對人機交互界面進行了合理優化，并在構建產品制造信息系統的基礎上將計算機管理的工作效益發揮到最大。在當前技術條件的支持下，敏捷制造已成為柔性化應用的必然選擇與發展趨勢，其最顯著的應用優勢體現在以下幾個方面：a.提高產品生產質量和生產效率。b.確保產品交貨期，滿足客戶需求。c.強化信息系統運行全過程的可靠性。

2.3自動化的加工系統

機械是由不同的零部件組合而成，而成品是將零部件按照一定的順序和技術要求進行組裝而成的。自動化的加工系統能夠有效地完成生產過程中的重復勞動，能夠大大降低工人的重復勞動，節省體力，保證充足的人力資源。

2.4智能化應用分析

智能化機械制造技術，主要是將自動化技術、人工智能技術、機械制造技術、系統工程管理技術等多項不同的技術進行了良好的結合。而通過和專家系統所進行的結合，智能機械實際上完全能夠依據機械制造體系中所呈現出的環境不同變化。機械智能化體系中所存在的一個主要特性，便是其所呈現出的極為特殊的人機工作界面，在實際執行制造工作的過程中，可以利用交互界面來進行人機溝通。智能化技術的應用，其中所存在的關鍵，就在于使用智能技術來對于相關專家所呈現出的智力活動加以模擬，如此一來，便能夠使得自動化機械按照專家化的模式來進行運轉。同時，還由于智能技術的應用，使得運行的系統能夠依據自身當前所呈現出的情況來執行實時性的檢測工作，盡可能的保證運行得以優化。

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第二代移動通信技術的特征

第二代的移動通信系統即2G技術，最開始是從二十世紀九十年代初期出現的，這種技術的出現主要是為了彌補第一代移動通信系統中存在的缺陷，并且擴展相應的功能。第二代移動通信系統的主要內容是網絡應用邏輯更強，采用立即計費的方式，支持最佳路由，00/1800雙頻段，話語編解碼等是完全兼容的而且速率更強，頻率結構使用的是更高的加密技術，并且在這一代的通信技術中還應用了智能天線技術和雙頻段技術等。這樣就滿足了人們日益增長的需求，使業務數量持續的增長。移動通信技術所存在的GSM系統容量不足的缺陷，使GSM功能不斷地得到改善和增強，具備了初步支持多媒體業務的能力。雖然第二代移動通信技術，在發展的過程中不斷地得到較好的完善，但是2G的移動通信系統，隨著用戶和網絡規模的不斷擴大，頻率資源也己經適應不了，移動通信業務發展的需求，呈現供不應求的趨式，頻率資源也占有率也接近于枯竭，移動通信的語音質量，也不能達到用戶所要求的高質量的標準，對于數據通信速率太低，這個2G無法在真正意義上滿足移動多媒體業務的需求。

第三代移動通信技術

第三代移動通信系統技術，主要是在話音和數據通信速率等方面得到有效的改進，通信碼率能夠達到384kb/s，第三代移動通信系統，也就是通常所說的3G，是現階段正在全力開發的移動通信的系統，這一代移動通信的系統，已經具備了最基本智能特征，應用了智能信號處理技術，智能信號處理單元，多媒體數據通信和話音支持的技術，能夠提供跟前兩代產品相比，所不能提供的多種寬帶信息業務，第三代移動通信技術具備慢速圖像、高速數據、電視圖像等功能。傳輸速率也比前兩代，移動通信技術有高質量的提高，傳輸速率在用戶靜止時，移動通信速率最大為2Mbps，在用戶高速移動時，移動通信速率最大支持144Kbps，所占頻帶寬度為5MHz左右。但是，就目前的第三代3G移動通信系統，通信標準總共有三大類CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA，共同組成3G移動通信IMT2000的體系，它們彼此之間存在相互兼容的問題，這就意味著從根本上來說，當前已有的移動通信系統，并不是真正的個人通信和全球通信系統。再進一步地說，目前的3G移動通信系統的頻譜利用率還相當地低，并沒有充分地利用頻譜資源，達到普及和推廣3G移動通信的業務，留下了很大的發展智能移動通信技術的空間。根據移動通信市場發展的需要，和3G移動通信所存在的一些欠缺，目前國際上有不少國家，已經開始研究第四代移動通信系統。也就是我們將要面對的4G移動通信智能系統，這一代移動通信技術，將從根本上彌補前三代移動通信所存在的不足，成為移動通信系統又一個閃光的亮點，在不斷地研究和發展中，讓更多的用戶認識和接受。

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2.1人工智能控制實現了數據的采集及處理功能

在電氣設備的運行過程中，數據的采集和處理是了解電氣設備自動化控制情況，發現運行過程中的問題和提出解決辦法的重要依據。在傳統的自動化控制中，由于技術水平和實際運行中的動態變化，數據的采集和傳輸無法做到準確和穩定，保存數據容易出現丟失的情況。人工智能技術的使用，可以保障電氣自動化運行過程中對動態信息的及時收集和穩定傳輸，對相關數據的保存工作也更安全，這就提高了電氣自動化的控制水平，充分保障了電氣運行中的安全性和穩定性。

2.2人工智能控制實現了系統運行監視機報警功能

電氣自動化控制是用電氣的可編程控制器，控制繼電器，帶動執行機構，完成預期設計動作的過程。在此過程中，系統內部各部分之間的運行都要嚴格按照設計模型和函數計算的基礎上進行，如果系統中的一點出現問題，就會造成整個自動控制系統的故障。在以往的自動化控制系統運行中，對系統內部各部分之間的運行數據和運行狀態進行實時監測，對運行中的特殊情況進行及時的報警處理，幫助自動化系統及時處理可能出現的故障，提醒電氣管理人員加強對電氣系統的管理。

2.3人工智能控制實現了操作控制功能

電氣自動化控制的主要特征之一就是通過計算機的一鍵操作，就可以實現對電氣系統的整體控制，保障電氣自動化運行符合現實的需要。傳統的自動化系統的操作，需要靠人工對系統各個環節進行人工操作，從而促進自動化系統內部的協調和配合，這種方式既降低了自動化運行的效率，也增加了自動化系統的故障發生頻率。人工智能技術對電氣自動化系統的控制，是通過各種先進的算法，按照電氣自動化的需求，對自動化系統進行自動化和智能化設計，從而實現對電氣自動化控制系統的同時操作，大大提高了自動化控制的效率，減少了單獨指令操作中容易出現的不協調情況的發生。

3人工智能技術在電氣自動化控制中的控制方式

3.1模糊控制

模糊控制以模糊推理和模糊語言變量等為理論基礎，并以專家經驗作為模糊控制的規則。模糊控制就是在被控制的對象的模糊模型的基礎之上，運用模糊控制器，實現對電氣控制系統的控制。在實際控制設計過程中，通過對計算機控制系統的使用，使電氣自動化系統形成具有反饋通道的閉環結構的數字控制系統，從而達到對電氣自動化系統的科學控制。

3.2專家控制

專家控制是指在進行電氣自動化控制過程中，利用相關的系統控制理論和控制技術的結合，通過對以往控制經驗的模擬和學習，實現電氣自動化控制中智能控制技術的實施。這種控制方式具有很強的靈活性，在實際運行中，面對控制要求和系統運行情況，專家控制可以自覺選取控制率，并通過自我調整，強化對工作環境的適應。

3.3網絡神經控制

網絡神經控制的原理就是基于對人腦神經元的活動模擬，以逼近原理為依據的網絡建模。神經控制是有學習能力的，屬于學習控制，對電氣自動化控制中出現的新問題可以及時提出有效的解決辦法，并通過對相關技術問題的分析解決，提高自身的人工智能水平。

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信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。

隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展，各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。

在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展，國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術（FullClosedACServo）、直線電機驅動技術（LinearMotorDriving）、可編程序計算機控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項具有代表性的新技術。

二、全閉環交流伺服驅動技術

在一些定位精度或動態響應要求比較高的機電一體化產品中，交流伺服系統的應用越來越廣泛，其中數字式交流伺服系統更符合數字化控制模式的潮流，而且調試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺服系統的驅動器采用了先進的數字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣，在驅動器和電機之間構成位置和速度的閉環控制系統，并充分發揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統的增益調節，甚至可以跟蹤負載變化，實時調節系統增益；有的驅動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設備的機械共振點，并通過陷波濾波方式消除機械共振。

一般情況下，這種數字式交流伺服系統大多工作在半閉環的控制方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環，也作位置環。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控制精度，應在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件（如：光柵尺、光電編碼器等），即實現全閉環控制。比較傳統的全閉環控制方法是：伺服系統只接受速度指令，完成速度環的控制，位置環的控制由上位控制器來完成（大多數全閉環的機床數控系統就是這樣）。這樣大大增加了上位控制器的難度，也限制了伺服系統的推廣。目前，國外已出現了一種更完善、可以實現更高精度的全閉環數字式伺服系統，使得高精度自動化設備的實現更為容易。

該系統克服了上述半閉環控制系統的缺陷，伺服驅動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等)，作為位置環，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環。這樣伺服系統就可以消除機械傳動上存在的間隙（如齒輪間隙、絲杠間隙等），補償機械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等），實現真正的全閉環位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環控制均由伺服驅動器來完成，無需增加上位控制器的負擔，因而越來越多的行業在其自動化設備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統。

三、直線電機驅動技術

直線電機在機床進給伺服系統中的應用，近幾年來已在世界機床行業得到重視，并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。

在機床進給系統中，采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環節，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為"零傳動"。正是由于這種"零傳動"方式，帶來了原旋轉電機驅動方式無法達到的性能指標和優點。

1.高速響應由于系統中直接取消了一些響應時間常數較大的機械傳動件（如絲杠等），使整個閉環控制系統動態響應性能大大提高，反應異常靈敏快捷。

2.精度直線驅動系統取消了由于絲杠等機械機構產生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。

3.動剛度高由于"直接驅動"，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現象，同時也提高了其傳動剛度。

4.速度快、加減速過程短由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車（時速可達500Km/h），所以用在機床進給驅動中，要滿足其超高速切削的最大進個速度（要求達60～100M/min或更高）當然是沒有問題的。也由于上述"零傳動"的高速響應性，使其加減速過程大大縮短。以實現起動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停。可獲得較高的加速度，一般可達2～10g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

5.行程長度不受限制在導軌上通過串聯直線電機，就可以無限延長其行程長度。

6.運動動安靜、噪音低由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。

7.效率高由于無中間傳動環節，消除了機械摩擦時的能量損耗，傳動效率大大提高。

直線傳動電機的發展也越來越快，在運動控制行業中倍受重視。在國外工業運動控制相對發達的國家已開始推廣使用相應的產品，其中美國科爾摩根公司（Kollmorgen）的PLATINNMDDL系列直線電機和SERVOSTARCD系列數字伺服放大器構成一種典型的直線永磁伺服系統，它能提供很高的動態響應速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運動；德國西門子公司、日本三井精機公司、臺灣上銀科技公司等也開始在其產品中應用直線電機。

四、可編程計算機控制器技術

自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器（ProgrammingLogical Controller，PLC）問世以來，PLC控制技術已走過了30年的發展歷程，尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發展，它已在軟硬件技術方面遠遠走出了當初的"順序控制"的雛形階段。可編程計算機控制器（PCC）就是代表這一發展趨勢的新一代可編程控制器。

與傳統的PLC相比較，PCC最大的特點在于它類似于大型計算機的分時多任務操作系統和多樣化的應用軟件的設計。傳統的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態采集與刷新。這樣處理方式直接導致了PLC的"控制速度"依賴于應用程序的大小，這一結果無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統軟件完美地解決了這一問題，它采用分時多任務機制構筑其應用軟件的運行平臺，這樣應用程序的運行周期則與程序長短無關，而是由操作系統的循環周期決定。由此，它將應用程序的掃描周期同外部的控制周期區別開來，滿足了實時控制的要求。當然，這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求，任意修改。

基于這樣的操作系統，PCC的應用程序由多任務模塊構成，給工程項目應用軟件的開發帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求，如運動控制、數據采集、報警、PID調節運算、通信控制等，分別編制出控制程序模塊（任務），這些模塊既獨立運行，數據間又保持一定的相互關聯，這些模塊經過分步驟的獨立編制和調試之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務操作系統的調度管理下并行運行，共同實現項目的控制要求。

PCC在工業控制中強大的功能優勢，體現了可編程控制器與工業控制計算機及DCS（分布式工業控制系統）技術互相融合的發展潮流，雖然這還是一項較為年輕的技術，但在其越來越多的應用領域中，它正日益顯示出不可低估的發展潛力。

五、運動控制卡

運動控制卡是一種基于工業PC機、用于各種運動控制場合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。它的出現主要是因為：（1）為了滿足新型數控系統的標準化、柔性、開放性等要求；（2）在各種工業設備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統等）、智能醫療裝置等設備的自動化控制系統研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺；（3）PC機在各種工業現場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發揮PC機的強大功能。

運動控制卡通常采用專業運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地，運動控制卡與PC機構成主從式控制結構：PC機負責人機交互界面的管理和控制系統的實時監控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標的管理、系統狀態的顯示、運動軌跡規劃、控制指令的發送、外部信號的監控等等）；控制卡完成運動控制的所有細節（包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等）。運動控制卡都配有開放的函數庫供用戶在DOS或Windows系統平臺下自行開發、構造所需的控制系統。因而這種結構開放的運動控制卡能夠廣泛地應用于制造業中設備自動化的各個領域。

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1．2熱力學控制變換工藝熱力學控制變換工藝流程見圖3。粗合成氣首先分為兩路，一路進入1＃低壓蒸汽發生器副產低壓蒸汽，同時調整水氣比至約0．25后，經氣氣換熱器升溫進入第一變換爐進行變換反應，出口氣體經換熱后，進入1＃中壓蒸汽發生器副產中壓蒸汽，降溫后與另一路粗合成氣匯合后經脫毒槽進入第二變換爐繼續變換反應，出第二變換爐變換氣依次進入中壓蒸汽過熱器、2＃中壓蒸汽發生器、2＃低壓蒸汽發生器、鍋爐給水預熱器、脫鹽水預熱器回收熱量。熱力學控制變換工藝在粗合成氣主路設置非變換旁路跨越第一變換爐，再與另一路經第一變換爐的低含水量變換氣混合后進入第二變換爐反應，可穩定調控水氣比，且無需補充蒸汽調整水氣比，節約能耗效果顯著。第一、二變換爐催化劑裝填量均為足量，都按照接近反應平衡控制變換深度進行設計，結合粗合成氣旁路、主路流量比值控制及第一變換爐之前設置蒸汽發生器，運行負荷變化時不需要調整；且由于反應平衡控制的特點，在不同運行負荷下第一變換爐發生甲烷化反應的風險很小。該流程應注意的是，運行過程特別是開工導氣初期，由于操作或調整不當出現水氣比過低而容易導致甲烷化超溫發生。此時可根據床層溫度適當調整第一變換爐水氣比，控制床層熱點溫度不高于380℃，避免甲烷化的發生。在運行末期，可以通過適當減小進入第一變換爐的氣量或者適當提高第一變換爐反應器入口的水氣比，來維持較高的CO轉化率，使裝置仍能夠穩定運行。此工藝操作過程簡單，兼顧了第一、二變換爐反應器的溫度控制和水氣比要求，既很好地控制了第一變換爐反應器的熱點溫度，又使第二變換爐反應器入口氣體在降溫的同時提高了水氣比。

2分析比較

兩種工藝有相似之處，即均采用了降低原料粗合成氣中水氣比的方法。究其原因，一方面制甲醇其水氣比是過剩的，節能效果顯著；另一方面可以降低變換反應的劇烈程度，增強了裝置的穩定性和可操作性。不同的是第一變換爐變換反應控溫方式的差異，動力學控制變換工藝是減少催化劑裝填量，使變換未反應完全即送出第一變換爐，而熱力學控制變換工藝是變換反應達到平衡后送出第一變換爐。

2．1技術參數表1是兩種工藝的主要技術參數對比，從表1中可知，兩種工藝均能滿足生產要求。兩種工藝經廢熱鍋爐后，降低第一變換爐進口的水氣比，因各自控溫方式的不同而產生較大差異。且2個變換爐進口溫度、床層熱點溫度呈現出不同的高低分布。動力學控制變換工藝2個爐進口溫度均較高，床層熱點溫度前高后低。熱力學控制變換工藝2個爐進口溫度均較低，床層熱點溫度前低后高。比較而言，較低的進口溫度有利于催化劑的升溫還原操作和使用壽命的延長，也便于換熱流程的組建，而且變換工藝的控溫關鍵是第一變換爐，第一變換爐較低的床層熱點溫度可以更有效避免甲烷化的發生。由于兩種工藝變換爐熱點溫度的差異，換熱流程從熱量有效利用的角度考慮，中壓蒸汽過熱器設置位置不同，動力學控制變換工藝中，中壓蒸汽過熱器直接設置在了第一變換爐出口，而熱力學控制變換工藝則設置在了第二變換爐出口。

2．2能耗表2是兩種工藝的主要消耗對比。當生產規模一定時，不同變換工藝的能耗主要體現在蒸汽和工藝余熱上。由表2可知，兩種工藝副產的蒸汽基本相當，低溫位工藝余熱、冷凝液總量、循環冷卻水水量，熱力學控制變換工藝略多，此結果是由于熱力學控制工藝進入變換系統的總水氣比略高于動力學控制工藝。兩種工藝均采用了前置廢熱鍋爐，并且后續不補充蒸汽或水，變換深度相當，變換產生的整體熱量和冷凝液基本相同，只是熱量及冷凝液的分配有所不同，故由表2可看出兩方案能耗相當。

2．3投資兩種工藝主要設備投資費用見表3。可以看出，變換爐費用因兩種工藝催化劑裝量的不同存在較大差異；各換熱設備因兩種工藝換熱流程、參與換熱工藝氣氣量、平均傳熱溫差等因素存在明顯差異。雖然熱力學控制變換工藝多設置一臺脫毒槽，但動力學控制變換工藝主要設備投資費用比熱力學控制變換工藝多。兩種變換工藝中，第一變換爐催化劑設計使用壽命均為2a，第二變換爐催化劑設計壽命為4a，脫毒槽吸附劑設計使用壽命為4a。綜合以上幾方面的分析比較，兩種變換工藝均能滿足生產要求，能耗相當，在操作穩定性和主要設備投資方面，熱力學控制變換工藝優于動力學控制變換工藝。

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我們知道，天線有很多種，但大體上可分為三大類:“線天線”、“面天線”及“陣列天線”。陣列天線最初用于雷達、聲納以及軍事通信中，完成空間濾波和參數估計兩大任務。當陣列天線應用到移動通信領域時，通信工程師喜歡用“智能天線”來稱謂之。智能天線根據方向圖形成(或稱為波束形成)的方式又可分為兩類:第一類，采用固定形狀方向圖的智能天線，且不需要參考信號;第二類，采用自適應算法形成方向圖的智能天線，需要參考信號。

本文在以下提到的智能天線都是指第二類，即(自適應)智能天線，這也是目前智能天線研究的主流。

二、智能天線的技術現狀

在分析研究智能天線技術理論的同時，國內外一些大學、公司和研究所分別建立了試驗平臺，用實驗的方法來驗證理論研究的成果，得出相應的結論。

(1)在美國

在智能天線技術方面，美國較其它國家要成熟的多，并已開始投入實用。美國ArrayComm公司將智能天線技術應用于無線本地環路(WLL)系統。ArrayComm方案采用可變陣元配置，有12陣元、8陣元環形自適應陣列可供不同環境選用，現場實驗表明在PHS基站采用該技術可以使系統容量提高4倍。

(2)在歐洲

歐洲通信委員會(CEC)在RACE(ResearchintoAdvancedCommunicationinEurope)計劃中實施了第一階段智能天線技術研究，稱為TSUNAMI(TheTechnologyinSmartAntennasforUniver-salAdvancedMobileInfrastructure)，由德國、英國、丹麥和西班牙合作完成。該項目是在DECT基站上構造智能天線試驗模型，于1995年初開始現場試驗，天線陣列由8個陣元組成，射頻工作頻率為1.89GHz，陣元間距可調，陣元分布有直線型、圓環型和平面型三種形式。試驗模型用數字波束成形的方法實現智能天線，采用ERA技術有限公司的專用ASIC芯片BDF1108完成波束形成，使用TMS320C40芯片作為中央控制。

(3)在日本

ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長的16陣元平面方陣，射頻工作頻率是1.545GHz。陣元組件接收信號在模數變換后，進行快速付氏變換(FFT)處理，形成正交波束后，分別采用恒模(CMA)算法或最大比值合并分集算法，數字信號處理部分由10片FPGA完成，整塊電路板大小為23.3cm×34.0cm。ATR研究人員提出了智能天線的軟件天線的概念。

我國目前有部分單位也正進行相關的研究。信威公司將智能天線應用于TDD(時分雙工)方式的WLL系統中，信威公司智能天線采用8陣元環形自適應陣列，射頻工作于1785~1805MHz，采用TDD雙工方式，收發間隔10ms，接收機靈敏度最大可提高9dB。

三、智能天線的優勢

智能天線是第三代移動通信不可缺少的空域信號處理技術，歸納起來，智能天線具有以下幾個突出的優點。

(1)具有測向和自適應調零功能，能把主波束對準入射信號并適應實時跟蹤信號，同時還能把零響點對準干擾信號。

(2)提高輸入信號的信干噪比。顯然，采用多天線陣列將截獲更多的空間信號，也即是獲得陣列增益。

(3)能識別不同入射方向的直射波和反射波，具有較強的抗多徑衰落和同信道干擾的能力。能減小普通均衡技術很難處理的快衰落對系統性能的影響。

(4)增強系統抗頻率選擇性衰落的能力，因為天線陣列本質上具有空間分集的能力。

(5)可以利用智能天線，實時監測電磁環境和用戶情況來提高網絡的管理能力。

(6)智能天線自適應調節天線增益，從而較好地解決遠近效應問題。為移動臺的進一步簡化提供了條件。越區切換是根據基站接收的移動臺功率的電平來判斷的。由于陰影效應和多徑衰落的影響常常導致錯誤的越區轉接，從而增加了網絡管理的負荷和用戶的呼損率。在相鄰小區應用的智能天線技術，可以實時地測量和記錄移動臺的位置和速度，為越區切換提供更可靠的依據。

四、智能天線與若干空域處理技術的比較

為了進一步理解智能天線的概念，我們把智能天線和相關的傳統空域處理技術加以比較。

(1)智能天線與自適應天線的比較

智能天線與自適應天線并沒有本質上的區別，只是由于應用場合不同而具有顯著的差異。自適應天線主要應用于雷達系統的干擾抵消，一般地，雷達接收到的干擾信號具有很強的功率電平，并且干擾源數目比天線陣列單元數少或相當。而在無線通信系統中，由于多徑傳播效應到達天線陣列的干擾數目遠大于天線陣列單元數，入射角呈現隨機分布，功率電平也有很大的動態變化范圍，此時的天線叫智能天線。對自適應天線而言，只需對入射干擾信號進行抵消以獲得信干噪比(SINR，SignaltoInterferenceplusNoiseRatio)的最大化。對智能天線而言，由于到達陣列的多徑信號的入射角和功率電平均數是隨機變化的，所以獲得的是統計意義上的信干噪比(SINR)的最大化。

(2)智能天線與空間分集技術的比較

空間分集是無線通信系統中常用的抗多徑衰落方案。M單元智能天線也可等效為由M個空間耦合器按優化合并準則構成的空間分集陣列。因此可以認為智能天線是傳統分集接收的進一步發展。

但是智能天線與空間分集技術卻是有顯著的差別的。首先空間分集利用了陣列天線中不同陣元耦合得到的空間信號的弱相關性，也即是不同路徑的多徑信號的弱相關性。而智能天線則是對所有陣元接收的信號進行加權合并來形成空間濾波。一個根本性的區別:智能天線陣列結構的間距小于一個波長(一般取λ/2)，而空間分集陣列的間距可以為數個波長。

(3)智能天線與小區扇區化的比較

小區的扇區化可以認為是一種簡化的、固定的預分配智能天線系統。智能天線則是動態地、自適應優化的扇區化技術。現在，我們來討論一個頗有爭議的問題。根據IS-95建議，當采用120°扇區時系統容量將增加3倍。由此是否可以得到結論，扇區化波束越窄系統容量提高越大?考慮到實際的電磁環境，我們認為對這一問題的回答是否定的。這是因為窄波束接收到的信號往往是由許多相關性較強的多徑信號構成的。一般情況下，各徑信號的時延擴展小于一個chip周期。這時信號波形易于產生畸變從而降低信號的質量達不到增加系統容量的目的。同時如果采用過窄的波束接收信號，一旦該徑信號受到嚴重的衰落，則將直接導致通信的中斷。另外，過窄的接收波束在工程上是難以實現的，并將成倍地增加設備的復雜度。

五、智能天線的未來展望

(1)目前還沒有一個完整的通信理論能夠較全面地將智能天線的所有課題有機地聯系起來，故需要建立一套較完整的智能天線理論;另一方面，高效、快速的智能算法也將是智能天線走向實用的關鍵。

(2)采用高速DSP技術，將原先的射頻信號轉移到基帶進行處理。基帶處理過程是數字算法的硬件實現過程。

(3)由于圓形布陣和二維任意布陣比等間隔線陣優越，同時陣列天線的數字合成算法能夠用于任意形式陣列天線而形成任意圖案的方向圖，因而可考慮在CDMA基站中采用二維任意布陣的智能天線。

(4)在移動臺中(如手機)采用智能天線技術。

(5)采用智能天線技術來改善移動通信信道中上下鏈路不能使用同一套權值的問題，以改善上下鏈路的性能。

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在機械制造業中，數控加工技術已經越來越受到重視。隨著計算機技術為主流的現代科技技術發展和市場產品競爭的加劇，傳統的機械制造技術很難滿足現代產品多樣化的發展和日新月異的換代速度。面對多品種小批量生產比重的加大，產品交貨質量和成本要求的提高，要求現代的制造技術具有很高的柔性。如何能增強機械制造業對外界因素的適應能力以及產品適應市場的變化能力，就需要我們能利用現代數控技術的靈活性，最大限度的應用于機械制造行業。將機械設備的功能、效率、可靠性和產品質量提高到一個新的水平，從而滿足現代市場的競爭需求。

一、技術特點

數控技術是用數字信息對機械加工和運動過程進行控制的技術。它是集傳統的機械制造技術、計算機技術、傳感檢測技術、網絡通信技術、光機電技術于一體的現代制造業基礎技術，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點。

目前是采用計算機控制，預先編程然后利用控制程序實現對設備的控制功能。由于計算機軟件的輔助功能替代了早期使用純硬件電路組成的數控裝置，使得輸入數據的存儲、處理、判斷、運算等功能均由現場可編輯的軟件來完成，這樣極大的增強了機械制造的靈活性，提高設備的工作效率。

二、機械制造中數控技術的應用

2.1工業生產工業機器人和傳統的數控系統一樣是由控制單元、驅動單元和執行機構組成的。主要運用機器設備的生產線上，或者運用于復雜惡劣的勞動環境下下，完成人類難以完成的工作，很大程度上改善了勞動條件，保證了生產質量和人身安全。

在實際操作中，控制單元是由計算機系統組成，指揮機器人按照寫入內核的程序向驅動單元發出指令，完成預想的操作，同時同步檢測執行動作，一旦出現錯誤或發生故障，由傳感系統和檢測系統反饋到控制單元，發出報警信號和相應的保護動作。而執行機構是由伺服系統和機械構件組成。有動力部分向執行機構提供動力，使執行機構在驅動元件的作用下完成規定操作。

2.2煤礦機械現代采煤機開發速度快、品種多，都是小批量的生產，各種機殼的毛坯制造越來越多地采用焊件，傳統機械加工難以實現單件的下料問題，而使用數控氣割，代替了過去流行的仿型法，使用龍骨板程序對采煤機葉片、滾筒等下料，從而優化套料的選用方案。使其發揮了切割速度快、質量可靠的優勢，一些零件的焊接坡口可直接割出，這樣大大提高了生產效率。同時，數控氣割機裝有自動可調的切縫補償裝置。它允許對構件的實際輪廓進行程序控制，好比數控機床上對銑刀的半徑補償一樣。這樣可以通過調節切縫的補償值來精確的控制毛坯件的加工余量。

2.3汽車工業汽車工業近20年來發展尤為迅猛，在快速發展的過程中，汽車零部件的加工技術也在快速發展，數控技術的出現，更加快了復雜零部件快速制造的實現過程。

將高速加工中心和其它高速數控機床組成的高速柔性生產線集“高柔性”與“高效率”于一體，既可滿足產品不斷更新換代的要求，做到一次投資，長期受益，又有接近于組合機床剛性自動線的生產效率，從而打破汽車生產中有關“經濟規模”的傳統觀念，實現了多品種、中小批量的高效生產。數控加工技術中的快速成形制造技術在復雜的零部件加工制造中可以很輕易方便的實現，不僅如此，數控技術中的虛擬制造技術、柔性制造技術、集成制造技術等等，在汽車制造工業中都得到了廣泛深入的應用。21世紀的汽車加工制造業已經離不開數控加工技術的應用了。

2.4機床設備機械設備是機械制造中的重中之重，面對現代機械制造業的需求，具備了控制能力的機床設備是現代機電一體化產品的重要組成部分。計算機數控技術為機械制造業提供了良好的機床控制能力，即把計算機控制裝置運用到機床上，也就是用數控技術對機床的加工實施控制，這樣的機床就是數控機床。它是以代碼實現機床控制的機電一體化產品，它把刀具和工件之間的相對位置、主軸變速、刀具的選擇、冷卻泵的起停等各種操作和順序動作數字碼記錄在控制介質上，從而發出控制指令來控制機床的伺服系統或其他執行元件，使機床自動加工出所需零件。

三、數控技術的發展

從第一臺數控機床開發成功到現在已有50多年的歷史，由傳統的封閉式數控系統發展到現今的開放式PC數控系統。傳統的計算機數控系統，由于采用封閉的體系結構，它的通用性、軟件移植性、功能擴展和維修都比較困難；開放式體系結構的計算機數控系統的發展，使傳統的計算機數控系統的市場正在受到挑戰。開放式計算機數控系統，采用軟件模塊化的體系結構，顯示了優良的性能，能適應各種計算機的軟件平臺，具有統一風格的用戶交互環境，操作、維護、更新換代和軟件開發都比較方便，具有較高的性能價格比，已成為數控系統發展的方向。

四、結束語

機械制造技術不僅是衡量一個國家科技發展水平的重要標志，也是國際間科技競爭的重點。我國正處于經濟發展的關鍵時期，制造技術是我們的薄弱環節。PC機進入數控領域，極大的促進了數控技術的發展，也為我國在數控生產領域趕超發達國家提供了機遇。跟上發展先進數控制造技術的世界潮流，將其放在戰略優先地位，并以足夠的力度予以實施，盡快縮小與發達國家的差距，在激烈的市場競爭中立于不敗之地。同時，數控加工技術的發展孕育產生大量的數控專業技術人才，進而推動我國現代機械制造業進一步走向繁榮。

參考文獻：

馬巖.中國木材工業數控化的普及[J].木材工業.2006(02).

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緊急停車系統依據自動化控制和安全聯鎖在化工生產中的應用十分廣泛。假如某設備出現故障需要檢驗和維修，系統會在第一時間內啟動緊急停車系統，設備停止作業后，維修人員既可以開始維修工作。在實際生產必然存在突然停止動力供應的情況，化工生產過程中這種突發事故很多，緊急停車系統可以有效地解決因突然停止動力供應產生的意外損失，在保障生產安全的同時，還能為化工生產的順利進行提供保障。化工生產中的緊急剎車系統不能與其他設備同時存在，在保持獨立設置的同時，既不影響其他設備的正常工作，也不會因為系統突然啟動引發的系統問題。最后，化工生產技術人員還應該減少緊急剎車系統運行過程中的冗余設備，為系統的安全運行提供動力保障。因此緊急剎車系統的使用必須堅持故障安全的原則，只有保障系統設備的安全運行才能從根本上發揮緊急剎車系統的作用。

3.安全自動化裝置的應用

安全自動化裝置是自動化控制及安全聯鎖在化工安全生產中的應用形式之一。安全自動化裝置在化工安全生產中的主要目的有：第一，在實際施工過程中，如果施工人員很難發現安全隱患，安全裝置在接受到安全隱患信號后將會自動發出報警動作，實際施工中安全自動化裝置發出相應動作的事例有：對有毒氣體進行密封隔離、發生火災時自動啟動滅火裝置等。第二，安全裝置的自動化還能有效處理施工現場工作人員難以解決的困難，減少因施工人員親自解決施工危害產生的傷亡和經濟損失，減少施工過程中各種不必要的意外事故。

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本文所設計的全數字電動執行器，是在湘儀電子電器設備廠的9610R系列的全電子式電動執行器的電機驅動電路基礎上所做出的進一步的改進。我們將控制部分用基于80C196單片機的數字控制代替原有的模擬控制，以提高具控制的精度與運行的可靠性。同時，為方便調試，增加了紅外遙控的功能和基于CAN總線的通信功能，以適應現代工業控制的需要。

1原全電子式電動執行器的特點

原9610R系列的全電子式電動執行器是以220V交流單向電源作為驅動電源，驅動電機采用單向交流電機，位置反饋采用高性能導電塑料電位器。

伺服放大器的原理如圖1所示。

①當UY=0時，

K_=Uo/Ux=-[(R4+R5)/R5]×(R6/R1)

②當Ux=0時，

K+=Uo/UY=[R3/(R2+R3)]×[(R4+R5)/R5]×(1+R6/R1)

根據線性疊加原理，Uo=K+UY+K_UX。

由上可知，由于電阻很難做到完全匹配，所以原9610R電動執行器存在著電機正反轉不對稱的問題。電機驅動電路如圖2所示。

圖2中，Uo為從伺服放大器來的電壓信號，當Uo>0.7V時，電機正轉；當Uo<-0.7V時，電機反轉。C1為控制電機制動的電容。

重新設計的全數字電動執行器對電機的驅動電路進行了改進，用±12V的開關量信號的時間長短來控制電機的正反轉，并實現了電動執行器的制功與反向截止功能。新的電機驅動電路如圖3所示。

圖3中，Ukp和Ukn分別為80C196的兩個高速輸出引腳，T2-1/T2-2、T3-1/T3-2、T4-1/T4-2、T5-1/T5-2、T6-1/T6-2、T7-1/T7-2分別為6個光電隔離器。當Uk為+5V高電平時，T2-1/T2-2導通，從而T*-1/T6-2導通使電機正轉；當Uk由高電平到低電平的瞬間，T4-1/T4-2瞬間導通，使得T7-1/T7-2瞬間導通，電機瞬間反轉，電容放電結束后電機停止；同理，當Uk為0V低電平時，電機反轉。這樣便實現了電機正反向控制。

圖3新設計的電機驅動電路

系統輸出與驅動電路之間完全實現了光電隔離，這樣可提高系統的抗干擾能力和可靠性。

2控制系統結構

以80C196KC單片機為核心的全數字電動執行器的控制系統結構如圖4所示。圖4中，除80C196KC單片機外，還選用了X25043實現掉電保護功能，以MAX7219驅動LED數碼管顯示閥位的給定值與反饋值以及閥位的狀態與控制方式；同時，以改進的4～20mA恒流電路直接將閾位反饋信號轉換成4～20mA的信號送至室內模擬二次表顯示，以保證其模擬與數字控制的兼容性。利用80C196KC內部的A/D轉換口，將閥位反饋與閥位模擬給定信號轉換成10位的數字信號，用軟件判斷閥位故障（堵轉，超限），進行故障處理（報警或停機），在控制輸出端與故障處理端用MOC3061光電隔離將單片機系統與電機驅動電路隔離開來，達到抗干擾的目的。

選用1838紅外遙控接收解碼一體化集成芯片，接收來自遙控器的紅外遙控信號。CAN控制器采用Philips的SJA1000集成芯片，CAN總線驅動選用82C250集成芯片，在SJA1000與CAN總線驅動82C250之間用6N137快速光隔進行光電隔離處理，與單片機接口實現單片機與上位機的通信功能。

各部分的主要硬件電路介紹如下。

（1）改進的4～20mA恒流電路

整個恒流電路，由1片集成的4通道運放LM324和6個精密電阻、1個可調電阻、1個瓷片電容及1個二極管組成，電路結構非常簡單，電路如圖5所示。圖5中，R1=R2=R3=R4=R5=100kΩ,R6=200Ω,R7為0～100Ω可調電阻。

從圖5電路可知：在R2、R3、R4、R5這四個電阻匹配得比較好的情況下，U1-U2=U1，通過調節R7使得R6+R7=250Ω,從而Io=U1/250Ω達到使1～5V電壓轉換成4～20mA的目的，且不論輸出端的負載如何變化，這種關系都不會發生變化，達到恒流的目的。為為使該恒流電路可帶的負載盡量大，集成運放LM324的電源最好用+18V電源。

（2）紅外遙控接收電路

作為電動執行機構，在工業過程控制應用時，常常會遇到安裝位置不便于調試的情況。采用紅外遙控調可以說是一個很好的解決方案，可以免去常規調試所需要做的一些工作，比如打開控制盒蓋進行調試線路更改等等。紅外遙控接收芯片采用紅外遙控接收解碼一體化集成芯片1838。電路如圖6所示。

圖6中，電阻和電容組成去耦電路，以抑制電源干擾；除此以外不需要任何外接元件，中心頻率為38kHz。但是，由于1838集成芯片的增益高且不可調，沒有屏蔽，特別容易受到外界的干擾，因此必須采取屏蔽措施。最好的辦法就是利用金屬材料做一個屏蔽盒，將1838裝入，只留紅外接口在外。

我們選用一種通用紅外遙控器作為電動執行機構的調試裝置。80C196KC單片機首先將遙控器各按鍵的命令碼測出，然后對它們分別賦予我們所需要的調試命令，這樣就可使開發周期大大縮短。

圖7CAN總線通信接口電路

（3）上下位機通信

CAN（CantrolAreaNetwork）是控制局域網絡的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信。其總線規范已被ISO國際標準組織制定為國際標準，廣泛應用在離散控制領域。其信號傳輸介質為雙絞線。通信速率高達1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達10km/5kbps，掛接設備最多可達110個。

CAN的信號傳輸采用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當節點嚴重錯誤時，具有自動關閉的功能，以切斷節點與總線的聯系，使總線上的其它節點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。CAN總線通信接口電路如圖7的示。

80C196KC的AD15端口作為SJA1000的片選信號，故CAN控制器SJA1000所占用的地址為：8000H～80FFH。使用CAN總線收發器PCA82C250目的是進一步提高CAN總線的驅動能力。它的工作模式由RS控制引腳來提供，取決于斜率電阻（200kΩ可調電阻的阻值）。

上位機通過一塊華控的公司的HK-CAN30BPCI總線非智能隔離型通信板，可對工業現場具有CAN通信接口的儀表和控制設備進行監控。

（4）掉電保護和抗干擾措施

系統實現現電保護的元件采用Maxim公司的X25043。X25043有三種常用的功能：看門狗定時器、電壓監控和E2PROM，組合在單個封裝內。X25043對于要求電路板空間盡可能小的該系統來說是非常適用的，電路如圖8所示。

X25043的看門狗定時器對微控制器80C196提供了獨立的保護系統，可選超時周期有：1.4s、600ms、200ms，也可禁用。當系統故障時，在超出所選的超時周期以后，X25043看門狗將以RESET信號作出反應，使系統復位。利用X25043低VCC檢測電路，可以保護系統使之免受低電壓情況的影響。當VCC降到最小VCC檢測電平時，RESET變為低電平，給系統復位，直到VCC上升到最小VCC檢測電平200ms為止。此外，X25043還具有512×8位串行E2PROM，使得本系統無須另外擴展數據存儲器RAM。

系統的抗干擾措施包括硬件措施和軟件措施。硬件上：①在輸入和輸出通道采用光電隔離來進行信號傳輸，電機驅動電路上采用光電隔離器MOC3061，在上下位機通信電路上采用快速光隔6N137；②在每一個集成電路芯片都安置一個0.01μF的陶瓷電容，以消除大部分高頻干擾；③模擬地與數字地分開；④在CPU抗干擾措施上，除了配置掉電保護電路外，還配置了人工復位和自動上電復位電路。軟件上：①指令冗余，在一些雙字節和三字節指令之后插入兩條NOP指令，以保證跑飛的程序迅速納入正確的控制軌道；②利用軟件陷阱強行將捕獲到的程序引向對程序出錯處理的程序；③啟用80C196KC內部監視定時器（watchdogtimer）；④對A/D輸入信號采取軟件數字濾波。

3系統的軟件設計

本系統程序框圖如圖9所示。首先，是程序的初始化，包括對硬件和變量的初始化。然后，程序判斷全局變量RUN，若RUN=0，表示程序終止運行，則跳轉到程序的末尾復位看門狗，隨后再跳轉到程序的前面，判斷RUN標志，循環執行；若RUN≠0，則程序執行主循環，再復位看門狗。這樣，通過設定RUN變量來控制程序的執行。

在中斷程序程序中只處理基本的操作，如數據的輸入和輸出等；一些復雜的數據處理，如輸入通道的軟件濾波等等，都放在主循環里面處理。在主程序里，給每一個斷分配一個全局變量作為中斷標志，當有中斷發生時，對此標志置1。在主循環里，程序依次判斷每個標志位，來決定是否要執行相應的子程序，即過程或函數。在主程序中處理完相應的中斷服務后，要對對應的中斷標志清零。