控制新技術論文范文
前言：我們精心挑選了數篇優(yōu)質控制新技術論文文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發(fā)，助您在寫作的道路上更上一層樓。
第1篇
一、高新技術企業(yè)應用標準成本加強成本控制
標準成本是指以科學的方法預計正常工作效率下產品生產所應有的成本。通過標準成本分析,企業(yè)可以定期將實際成本與標準成本進行比較,以顯示成本差異,并按照例外管理原則,就重大差異項目分析差異原因并及時采取補救措施,以控制成本達到成本抑減目的。我們現場調查發(fā)現,有部分高新技術企業(yè)等用標準成本進行成本控制,有的是根據企業(yè)歷史成本并結合市場狀況制定的,有的是中外合資企業(yè),外方本身就實行標準成本制度,有一套現成的標準和做法,只有少數高新技術小企業(yè)以理想標準成本為標準。大多數企業(yè)認為,高新技術企業(yè)實行標準成本制度正面臨各種新的挑戰(zhàn),主要是“標準”難以準確設定。若執(zhí)行中因不得已而頻繁地修訂“標準”,將會影響工作質量與效率。此外,高新技術企業(yè)面對國際競爭環(huán)境,所遇到或發(fā)生的差異因素較多,靜止地采用標準成本進行業(yè)績評估或獎懲可能不一定公平。
被調查的高新技術企業(yè),建立標準成本制度的一般都能進行差異分析,大都定期召開成本分析會議,分析成本差異原因,控制不利差異,進行成本控制業(yè)績的考核。實施、維持標準成本系統(tǒng)的代價是較高的。不僅投入的每項勞動、材料都必須制定價格標準和數量標準,而且隨時間推移標準必須要修訂。快速的技術進步持續(xù)推動作用會導致標準很快過時。而工人們則寧可沿用舊的標準,不愿意進一步尋求成本的降低。管理人員調查成本差異所耗費時間的機會成本也是很高的。管理人員應只關注那些表明生產過程失控,需要管理人員采取措施的差異。調查那些由于偶然因素造成的暫時波動產生的差異可能只是浪費時間,管理人員通常只關注較大的差異。
高新技術企業(yè)調查暫時波動產生的差異也是有一定價值的。這種調查在一定程度上加強了對企業(yè)所處環(huán)境的了解,增長了管理者的專業(yè)知識。如果管理者能夠抓住飄忽不定的盈利機會,這種專業(yè)知識在行使決策權中發(fā)揮作用,便會增加公司價值。
NEC公司是日本一個大型多樣化電子企業(yè),早在20世紀50年代就實行了標準成本制度。那時主要生產電話和交換機。到20世紀80年代,隨著科技的進步,該公司提供大量不同品種的電子產品。隨著生產技術的進步不斷修訂標準成本的代價是昂貴的,每一項標準成本的壽命都大大縮短。公司仍然將標準成本系統(tǒng)作為其成本控制工具,但已不再實行以產品為基礎的標準成本系統(tǒng)。
標準成本系統(tǒng)應根據企業(yè)價值最大化的目標將心設計。粗制濫造的標準成本系統(tǒng)用于業(yè)績評估可能造成許多負面影響。例如.盲目追求人工效率的有利差異,卻導致產品存貨的大量增加,產出的產品并未實現利潤最大化。
高新技術企業(yè)的最新發(fā)展對制造與標準成本產生了深遠的影響。對保持最低庫存或采用實時系統(tǒng)的企業(yè)來講,沒有,必要在計算直接材料差異時區(qū)分采購單位與使用單位。在這些單位里,一個時期的采購數量幾乎與當期使用數量相等。
高新技術企業(yè)由于自動化、柔性制造制度以及批量或單元制造等,也降低了直接人工差異的重要性。這些企業(yè)很少或不使用直接人工,也不太重視工資率差異與直接人工效率差異。
二、高新技術企業(yè)應用“成本企畫”思想加強成本控制
“成本企畫”又叫“目標成本計算”、“成本設計”,首先在日本企業(yè)中成功應用。其關鍵思想是,在產品設計階段,事先限定產品的制造成本和期間成本,從生產產品的上游,確定成本允許開支多少,把傳統(tǒng)成本控制的立足點從生產制造階段轉移到設計構思階段。
在新產品設計階段,企業(yè)設計人員首先獲得各種設計思想,經過篩選設計思想方案、技術評價、市場預測、作出設計投產決策。但這一決策必須建立在目標成本預測的基礎上,產品設計一定要與成本設計相結合,產品設計師要與成本設計師相結合成為真正的成本工程師。
“成本企畫”的實質是持續(xù)的成本降低模式。一些西方發(fā)達國家,高新技術企業(yè)通常先設計新產品,再計算新產品設計成本,然后估計新產品是否有市場,預測市場價格。如果成本過高,再反饋到設計,進行重新修改,以達到目標利潤,定期降低產品成本。
“成本企畫”控制的流程,是圍繞目標成本為中心的。從設計新產品的目標成本開始,到設計圖紙上實現降低成本目標為止,是控制流程的中心環(huán)節(jié)。在整個流程中,產品開發(fā)設計過程一般可分為四個階段:構想設計;基本設計;詳細設計:工序設計。而每一個設計階段都經過目標成本的設定分解達成再設定再分解……不斷往復循環(huán)的過程。而每一階段的每一次循環(huán)都是對降低成本的一次擠壓,多次循環(huán)擠壓,使最后工序設計成本降低額達到目標成本的要求為止。
“成本企畫”這一成本控制模式說明:成本不是單純的會計產物,既然在設計制造過程中發(fā)生,就應從管理工程學角度去把握控制成本。可以說,“成本企畫”是成本工程在新產品開發(fā)領域中的應用。
“成本企畫”從一開始就實施透徹的成本分析,避免后續(xù)制造過程大量無效作業(yè)的耗費,做到防患于未然。這種控制屬性是源流的控制性質。“成本企畫”又具有成本筑入的特征。所謂“成本筑入”,就是把材料、零部件、人工、制造費用匯集在一起裝配成完工產品,是圖紙上的有限筑入成本盡可能與實際成本相等,甚至低于實際成本。這種控制方法也就是“成本筑入”的管理方法。
“成本企畫”具有以下創(chuàng)新特點:
第一,市場導向性。“成本企畫”是以最具市場競爭力的市場價格入手設計最受顧客歡迎的產品,制定企業(yè)應實現的目標成本。
第二,源流性。鑒于產品成本的70%-80%在產品開發(fā)設計階段已決定,產品一旦投入生產,降低成本的潛力已不大。“成本企畫”提出了源流管理思想,將成本管理重心從生產階段轉移到設計、構思、開發(fā)、策劃階段,從源頭上控制成本。
第三,前饋性。“成本企畫”倡導的是一種前饋式成本管理,成本控制重點的前移使管理者更注重產品開發(fā)設計階段,做事前的周密全盤分析,其特征是通過對計劃的控制作預防性管理,即事先在圖紙上就制定過程進行了一次預演,由此得出信息及時調整策略來控制產品成本,實現成本的前饋式管理。可見,“成本企畫”已將可控制的成本從傳統(tǒng)真實的生產現場轉移到了設計圖紙等虛擬場所,重點從業(yè)務過程的下游轉移到了上游。
第四,超團體性。“成本企畫”為了能在產品整個生命周期中實行成本控制,要求成立一種包括總經理、工程師、產品項目經理、車間主任、班組長、營銷人員、財務經理及技術人員在內的跨部門超團體成本管理組織機構,并注重團體的合作協(xié)調。
第五,傳遞性。“成本企畫”降低成本的秘訣在于成本壓力的傳遞性,立足于市場制定的
目標成本,通過橫向分割進行細化,將成本壓力傳遞給各責任中心,各責任中心又將所分得的成本目標進一步縱向細化,將壓力傳遞給下級責任部門,直接將成本壓力部分傳遞給原材料或零部件供應商,從而實現了人人頭上有指標和壓力的全員參與的成本控制,使成本目標更易為員工接受和實現。
三、高新技術企業(yè)知識產權保護、產業(yè)化和成本控制
高新技術產業(yè)既應當重視無形資產的形成和投資,也應當加強無形資產的管理,特別要加強無形資產的成本控制。
在中國高新技術產業(yè)大發(fā)展的熱潮中,似乎有三個因素會拖企業(yè)發(fā)展的后腿。
第一,國內的知識產權觀念非常貧乏。雖說海外留學生是國外科技的主要力量,但是,幾乎所有的留學生從海外帶回來的項目都不是一兩個人在家里做得出的,這些留學生本人沒有這些技術的所有權,所有權在他們的工作單位。他們根本就沒有資格來國內與企業(yè)洽談項目,除非他們得到他們單位的許可,否則這些項目的引進如果不成功也就罷了,如果項目引進成功,到時很可能會有許多麻煩。
第二,對人才和知識經濟的狂熱需求常常會導致盲目投資,以至良莠不分。比如,某個名牌大學投巨資為某個研究瘋牛病的歸國人員專門設立了研究所,而此君做事不久便傳出解決了瘋牛病成因,后來證實此兄的研究結果不是子虛烏有便是靠不住的狂想,貽笑國際。另一個例子則是國內對從國外帶回來的基因芯片技術的狂熱。基因芯片在國外已經產業(yè)化好多年了,其原理并不高深。基因芯片大部分基礎技術早已被專利保護起來了。剩下的可能只是具體的和特定的某些未知基因的芯片,而這些技術與基因芯片的基礎技術無關,只是某些中國人特有的具體基因性能的發(fā)掘和研究。國家花幾億元人民幣建立基因芯片研究基地,很可能會種瓜得豆,事與愿違。
第三,崇尚安于清貧或清高是中國文人植根了幾千年的傳統(tǒng),從陶淵明到朱自清,不為五斗而折腰早已是衡量知識分子氣節(jié)的標準之一。而恰恰是這些知識分子,很可能是精英中的精英。試想一下,多為者良莠不分,能者又多不為,加上社會對人才和知識經濟的狂熱與盲目,其結果會是什么呢?小則資源被大量浪費,大則劣幣驅逐良幣,招了一大堆不新不高的技術,到時真的高新技術和頂尖人才找上門,卻沒有資源又沒有位置了——求仁而得非仁,事與愿違。
高新技術企業(yè)對生物科技和其他高新技術的投資,以求利作為投資目的是天經地義的事。但是,筆者認為企業(yè)千萬不要急功近利。如果有心投資生物科技和藥物科技,首先要避免的投資行為就是剛把錢投下去,就急于要回報,要從一項投資中盡早掙回錢來,再求高利潤。這種急功近利的做法不僅不可取,搞不好還會害了這些高新技術企業(yè)。筆者認為,如果要投資于高新技術領域,必須先了解該領域的技術和市場特征,在仔細評估短期、中期和長期回報的情況下,選擇投入某一行業(yè)。如果有能力并決定要投資生物科技,就要有長期投資的打算,千萬不要跟著別人一窩蜂盲目上馬。
據統(tǒng)計,在美國,一個藥物從研發(fā)起到投向市場,大約需要15年時間,總花銷大約有5億美元之巨。雖說現在組合化學興旺,能一次合成許多化合物,但真正有藥性的分子不多。而且,每5千個有效藥物分子中,大約只有5個可以做到人體試驗這一步;而這5個藥物分子中,最終也只有1個能推向市場。這么大一筆花銷和這么低的成功率,如果沒有一個大的藥物公司或財團在后面支持,很難想象誰能撐下去。所以,現代藥物研發(fā)的大趨勢是進行行業(yè)分工:由小公司作藥物早期研發(fā)工作,如果有成功的苗頭,小公司再和大公司聯(lián)合作進一步研發(fā)工作,如人體試驗等等。而常規(guī)的商業(yè)模式是由大公司出一筆錢,買斷小公司所研發(fā)的技術。美國當今許多中小藥物公司或生物科技公司都是以這種商業(yè)模式運作的。
當然,如果一個藥物研究成功,其市場銷售利潤也非常可觀。一個成功的藥物,年銷售額幾億美元甚至幾十億美元是常事。不管是生物科技還是傳統(tǒng)的藥物科技,一旦完成了產業(yè)化過程,產品的生產成本只占銷售價的很小一部分。所以說,藥物研發(fā)成本的高低,很大程度上決定了藥物的生產成本的大小。藥物研發(fā)的經費雖說高得讓人吃驚,但實際上只是日后生產成本的預支而已。如果投資者能從這個角度看生物科技和藥物科技的研發(fā)成本,那么投資人對藥物開發(fā)的前期投入和病人對各類藥物的高價位想必都會有一個全新的認識,會少許多抱怨和不平。
如果投資者決定了要投資生物科技和藥物科技,下一步要做的事就是確認該投資哪一領域的生物科技和藥物技術。一般都會選擇投資新藥。新藥上市成功后也許利潤很高,卻也有他們的內在缺陷:即藥物副作用在大規(guī)模行銷后很長時間才會顯現出來。如果發(fā)生這種事情,不但前期投資可能血本無歸,還要面對日后客戶的無休止的訴訟,讓許多藥物公司吃不消。生產胸部硅膠填充物的道康寧公司曾因此產品而獲得了豐厚的利潤,后也因謠言滿天。大量隆胸美人到處告狀,公司花了幾百億美元與所有隆胸人和解而破產。藥物公司先發(fā)后虧的例子不勝枚舉,許多都是與法律責任息息相關的。
第2篇
關鍵詞：伺服驅動技術，直線電機，可編程計算機控制器，運動控制
1引言
信息時代的高新技術流向傳統(tǒng)產業(yè)，引起后者的深刻變革。作為傳統(tǒng)產業(yè)之一的機械工業(yè)，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統(tǒng)結構都發(fā)生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發(fā)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(yè)開始了一場大規(guī)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(fā)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(yè)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(jié)約能源、降低材料消耗、增強企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。
在機電一體化技術迅速發(fā)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(fā)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(huán)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(huán)交流伺服驅動技術
在一些定位精度或動態(tài)響應要求比較高的機電一體化產品中，交流伺服系統(tǒng)的應用越來越廣泛，其中數字式交流伺服系統(tǒng)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(tǒng)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(huán)控制系統(tǒng)，并充分發(fā)揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統(tǒng)的增益調節(jié)，甚至可以跟蹤負載變化，實時調節(jié)系統(tǒng)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(tǒng)大多工作在半閉環(huán)的控制方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環(huán)，也作位置環(huán)。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(huán)控制。比較傳統(tǒng)的全閉環(huán)控制方法是：伺服系統(tǒng)只接受速度指令，完成速度環(huán)的控制，位置環(huán)的控制由上位控制器來完成（大多數全閉環(huán)的機床數控系統(tǒng)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(tǒng)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(huán)數字式伺服系統(tǒng)，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(tǒng)克服了上述半閉環(huán)控制系統(tǒng)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(huán)，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環(huán)。這樣伺服系統(tǒng)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(huán)位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環(huán)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(yè)在其自動化設備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統(tǒng)。
3直線電機驅動技術
直線電機在機床進給伺服系統(tǒng)中的應用，近幾年來已在世界機床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達地區(qū)掀起"直線電機熱"。
在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區(qū)別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環(huán)節(jié)，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(yōu)點。
1.高速響應由于系統(tǒng)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(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)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(tǒng)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(tǒng)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(huán)節(jié)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(lián)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(huán)節(jié)，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(fā)展也越來越快，在運動控制行業(yè)中倍受重視。在國外工業(yè)運動控制相對發(fā)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(tǒng)，它能提供很高的動態(tài)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(fā)展歷程，尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發(fā)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(fā)展趨勢的新一代可編程控制器。
與傳統(tǒng)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(tǒng)和多樣化的應用軟件的設計。傳統(tǒng)的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監(jiān)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(tài)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(tǒng)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(tǒng)的循環(huán)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(qū)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(tǒng)，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(fā)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(jié)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(lián)，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(tǒng)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(yè)控制中強大的功能優(yōu)勢，體現了可編程控制器與工業(yè)控制計算機及DCS（分布式工業(yè)控制系統(tǒng)）技術互相融合的發(fā)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(fā)展?jié)摿Α?/p>
5運動控制卡
運動控制卡是一種基于工業(yè)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(tǒng)的標準化、柔性、開放性等要求；（2）在各種工業(yè)設備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統(tǒng)等）、智能醫(yī)療裝置等設備的自動化控制系統(tǒng)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(yè)現場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發(fā)揮PC機的強大功能。
運動控制卡通常采用專業(yè)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(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運動軌跡規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等等）；控制卡完成運動控制的所有細節(jié)（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(tǒng)平臺下自行開發(fā)、構造所需的控制系統(tǒng)。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(yè)中設備自動化的各個領域。
這種運動控制模式在國外自動化設備的控制系統(tǒng)中比較流行，運動控制卡也形成了一個獨立的專門行業(yè)，具有代表性的產品有美國的PMAC、PARKER等運動控制卡。在國內相應的產品也已出現，如成都步進機電有限公司的DMC300系列卡已成功地應用于數控打孔機、汽車部件性能試驗臺等多種自動化設備上。
第3篇
關鍵詞：伺服驅動技術，直線電機，可編程計算機控制器，運動控制
1引言
信息時代的高新技術流向傳統(tǒng)產業(yè)，引起后者的深刻變革。作為傳統(tǒng)產業(yè)之一的機械工業(yè)，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統(tǒng)結構都發(fā)生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發(fā)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(yè)開始了一場大規(guī)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(fā)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(yè)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(jié)約能源、降低材料消耗、增強企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。
在機電一體化技術迅速發(fā)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(fā)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(huán)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(huán)交流伺服驅動技術
在一些定位精度或動態(tài)響應要求比較高的機電一體化產品中，交流伺服系統(tǒng)的應用越來越廣泛，其中數字式交流伺服系統(tǒng)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(tǒng)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(huán)控制系統(tǒng)，并充分發(fā)揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統(tǒng)的增益調節(jié)，甚至可以跟蹤負載變化，實時調節(jié)系統(tǒng)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(tǒng)大多工作在半閉環(huán)的控制方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環(huán)，也作位置環(huán)。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(huán)控制。比較傳統(tǒng)的全閉環(huán)控制方法是：伺服系統(tǒng)只接受速度指令，完成速度環(huán)的控制，位置環(huán)的控制由上位控制器來完成（大多數全閉環(huán)的機床數控系統(tǒng)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(tǒng)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(huán)數字式伺服系統(tǒng)，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(tǒng)克服了上述半閉環(huán)控制系統(tǒng)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(huán)，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環(huán)。這樣伺服系統(tǒng)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(huán)位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環(huán)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(yè)在其自動化設備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統(tǒng)。
3直線電機驅動技術
直線電機在機床進給伺服系統(tǒng)中的應用，近幾年來已在世界機床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達地區(qū)掀起"直線電機熱"。
在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區(qū)別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環(huán)節(jié)，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(yōu)點。
1.高速響應由于系統(tǒng)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(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)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(tǒng)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(tǒng)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(huán)節(jié)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(lián)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(huán)節(jié)，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(fā)展也越來越快，在運動控制行業(yè)中倍受重視。在國外工業(yè)運動控制相對發(fā)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(tǒng)，它能提供很高的動態(tài)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(fā)展歷程，尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發(fā)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(fā)展趨勢的新一代可編程控制器。
與傳統(tǒng)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(tǒng)和多樣化的應用軟件的設計。傳統(tǒng)的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監(jiān)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(tài)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(tǒng)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(tǒng)的循環(huán)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(qū)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(tǒng)，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(fā)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(jié)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(lián)，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(tǒng)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(yè)控制中強大的功能優(yōu)勢，體現了可編程控制器與工業(yè)控制計算機及DCS（分布式工業(yè)控制系統(tǒng)）技術互相融合的發(fā)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(fā)展?jié)摿Α?/p>
5運動控制卡
運動控制卡是一種基于工業(yè)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(tǒng)的標準化、柔性、開放性等要求；（2）在各種工業(yè)設備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統(tǒng)等）、智能醫(yī)療裝置等設備的自動化控制系統(tǒng)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(yè)現場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發(fā)揮PC機的強大功能。
運動控制卡通常采用專業(yè)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(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運動軌跡規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等等）；控制卡完成運動控制的所有細節(jié)（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(tǒng)平臺下自行開發(fā)、構造所需的控制系統(tǒng)。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(yè)中設備自動化的各個領域。
這種運動控制模式在國外自動化設備的控制系統(tǒng)中比較流行，運動控制卡也形成了一個獨立的專門行業(yè)，具有代表性的產品有美國的PMAC、PARKER等運動控制卡。在國內相應的產品也已出現，如成都步進機電有限公司的DMC300系列卡已成功地應用于數控打孔機、汽車部件性能試驗臺等多種自動化設備上。
