项目技术报告(应用研究)格式

第一篇：项目技术报告(应用研究)格式

项目技术报告（应用研究）1.项目研究背景

1.1项目由来（或研究背景）

1.2国内外研究现状

2.研究思路与技术方案

3.研究内容及方法（重点写）

3.1实验室研究

3.2中试实验过程

3.3环保及“三废”处理

4.研究结果及创新点

5.存在问题

6.应用推广情况

7.参考文献

项目技术报告（基础研究）

1.项目研究背景

1.1项目由来（或研究背景）1.2国内外研究现状

2.研究背景、应用领域、作用意义

3.技术方案、技术原理、技术特征、总体性能指标3.1技术方案 3.2技术原理 3.3技术特征 3.4总体性能指标 4.研究试验内容（重点写）5.项目的先进性和创造性 6.参考文献

项目研究工作报告

主要说明项目研究过程以及取得的成果

1、任务来源与研究目标

2、研究过程

3、工作中取得的成绩

4、人员分工贡献大小

5、经费使用

6、成果权属

效益分析报告

包括：主要技术经济指标、分析研究内容、预计达到的经济指标、投入劳动量、经济分析（价格、实际收支等，经费总算及课题实际总支出的分析比较）技术效果、经济、社会效益和结论等。经济效益主要是指直接经济效益、潜在经济效益和二次经济效益。直接经济效益是成果应用后获取的效益。二次经济效益是他人应用成果后产生的效益。潜在经济效益是在适用范围内推广应用可能取得的效益。社会效益是指对社会的影响，例如环境和生态条件改善等。

以上材料没有非常严格固定的格式，只要包含了规定的几个方面即可。往往根据自己的实验、成果特点来编写，尽量将自己的工作及成果反应全面即可。

第二篇：WiFi技术应用研究

英德市实验小学存档资料2013/4/21

Wi-Fi技术的应用研究

张华宾

摘要：无线网络正快速进入社会各领域。本文通过对几种无线组网技术的比较，说明了Wi-Fi在组建家庭无线网络时所拥有的无可比拟的优势。并详细介绍了基于Wi-Fi技术、以家庭网关为核心的家庭无线网络体系结构，并着重从家庭网关和信息家电方面对基于Wi-Fi的家庭无线网络的应用架构和实现原理进行了分析，讨论了一些具体实施时的关键技术。最后对基于Wi-Fi的无线网络的发展和应用前景进行了展望。

关键词：Wi-Fi家庭网络家庭网关

英特网的迅速发展，使人们的生活发生了翻天覆地的变化。人们的日常生活已经越来越离不开网络。现在，人们已经习惯了在网上炒股、购物、查询账目、缴费和搜索资料。人们迫切希望能够任何时间、在任何地方使用网络。很显然，无线网络是最佳的选择。

随着电子技术的不断发展，越来越多的手机、笔记本电脑等支持WiFi的终端产品越来越流行。而基于WiFi标准的无线网络成为了最为普及的无线组网形式。在家庭中，如果我们能把现有的家用电器以及电子产品以某种形式连成无线网络，进行统一的管理和控制，并将其连入Internet进行远程调度，那将是多么令人惬意的事情啊！

1．无线组网技术

1.1 WiFi、HomeRF和Bluetooth

目前，用于实现无线组网的主要有WiFi、HomeRF以及Bluetooth（蓝牙）。它们都工作在2.4CHz频段。该频段全球开放，即不用申请就可以在世界的任何地方使用这一频段进行通信。

1.1.1 WiFi

WiFi(Wireless Fidelity，无线保真技术)即IEEE802.11协议。是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。WiFi的第一个版本发表于1997年，其中定义了介质访问接入控制层（MAC层）和物理层。规定了无线局域网的基本网络结构和基本传输介质，规范了物理层(PHY)和介质访问层(MAC)的特性l21。物理层采用红外、DSSS(直接序列扩频)或FSSS(调频扩频)技术。1999年又增加了IEEE802.lla、和IEEE802.llg标准。其传输速率最高可达54Mbps。能够广泛支持数据、图像、语音和多媒体等业务。

1.1.2 HomeRF

HomeRF是专门为家庭用户设计的无线局域网技术，由HomeRF工作组开发。能够提供

lMbps—lOMbps的速率。采用跳频扩谱方式、时分多址(TDMA)和载波监听多重访问冲突避免(CSMA/CA)等技术，通过家庭中的一台主机在移动数据和语音设备之间实现通信。HomeRF提供了与TCP，IP良好的集成，支持广播、多播和48位lP地址。但是HomeRF开放性不好，而且技术本身还存在抗干扰性差等缺点。

1.1.3 Bluetooth(蓝牙)

Bluetooth（蓝牙）是一种短距离无线通信技术，可把各种便携式电脑和蜂窝式移动电话用无线网络联系起来，达到计算机和通信的更加紧密的连接，提供随时随地的数据信息的交换和传输。传输速率lMbps。它有限的带宽和较小的传输距离无法满足人们日常应用的需求。

1.2 WiFi的优势

1)无线电波的覆盖范围广。蓝牙的电波覆盖范围很小，半径大约只有15米左右，而WiFi的半径可达100米。甚至可以覆盖整栋大楼。

2)WiFi的传输速度很快，最高可达54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。在网络覆盖范围内，允许用户在任何时间、任何地点访问网络，随时随地享受诸如网上证券、视频点播(VOD)、远程教育、远程医疗、视频会议、网络游戏等一系列宽带信息增值服务，并实现移动办公。

3)无须布线，可以不受现实地理条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。只要在需要的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入。这样，在“热点”所发射出的电波的覆盖范围内，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。4)健康安全。IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫瓦，实际发射功率约60毫瓦-70毫瓦，而手机的发射功率约200毫瓦--l瓦间，手持式对讲机高达5瓦。与后者相比，WiFi产品的辐射更小。

5)WiFi应用现在已经非常普遍。支持WiFi的电子产品越来越多，像手机、MP4、电脑等，基本上已经成为了主流标准配置。而且由于WiFi网络能够很好地实现家庭范围内的网络覆盖，适合充当家庭中的主导网络，家里的其他具备WiFi功能的设备，如电视机、影碟机、数字音响、数码相框、照相机等，都可以通过WiFi建立通信连接，实现整个家庭的数字化与无线化，使人们的生活变得更加方便与丰富。

2．WiFil作方式

WiFi定义了两种类型的设备。一种是无线站。通常通过一台PC机加上一块无线网卡构成。另一种称为无线接入点(Ac-cess Point，AP)，它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口（802.3接口）构成，桥接软件符合802.ld桥接协议。接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合到有线的网络上。

WiFi定义了两种模式：infrastructure模式和ad hoc模式。m-frastructure模式，即无线网络至少有一个和有线网络连接的无线接入点，还包括一系列无线的终端站。由于很多用户需要访问有线网络上的设备或服务，所以基本上都会采用这种模式。ad hoc模式，也称为点对点模式（pear to pear模式）或IBSS(In-dependent Basic Service Set).3．家庭无线网络中的WiFi的实现

3.1 以家庭网关为核心的家庭网络结构

为了实现家庭内部网络与外部Internet相连互通，在家庭内网和外部Internet之间需要一个家庭网关。该网关是整个家庭无线网络系统的核心部分，它一方面完成家庭无线网络中各种不同通信协议之间的转换和信息共享，并且同外部网络进行数据交换，另一方面还负责对家庭中网络终端进行管理和控制。家庭中的网络终端也通过这个网关与外部网络连通。实现交互和信息共享。同时，该网关还应有防火墙能力，能够避免外界网络对家庭内部网络终端设备的非法访问和攻击。其结构如图1所示。

3.2 WiFi技术在家庭无线网络中的实现

在家庭网络中，WiFi主要应用在各种信息家电和家庭网关上。我们可以使用个人电脑、手持网络终端或者遥控器与家庭网关进行连接，并通过家庭网关对各种信息家电实施有效的管理和控制。因此，可以采用客户一服务器体系结构。网关充当服务器的角色，控制设备对各种信息家电的控制也通过网关完成。这样有利于实现胖服务器—瘦客户端的结构。

3.2.1家庭网关模块 家庭网关是我们整个网络的核心部件。所有的信息家电以及控制设备都要连接到这个网关上。同时，网关还要与外部Intemet互连。那么网关需要实现WiFi，并提供如TCP/IP、HTIP、WebServer等高层应用和图形用户界面。完成此功能的协议结构如图2所示。其应用层采用统一设备管理协议(UniversalDevice Control Protocol，UDCP)，用

3来进行整个网络中设备的添加、删除、状态查询、参数配置等管理和控制。UDPC采用客户一服务器结构，服务器端位各信息家电和控制设备，客户为家庭网关。

家庭网关基于嵌入式Linux进行架构。由嵌入式Unux系统实现WiFi功能，并提供图形用户界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server高层应用。用户可以通过身份鉴别后登录家庭网关，并使用系统提供的图形控制界面对信息家电进行控制和管理。

家庭网关同时支持嵌入式Web服务器。当我们合法登录后，就可以使用该服务器提供的Web页面对网络中的各种信息家电进行管理和控制。嵌入式的Web服务器可选用boa，它是嵌入式Lmux下应用最为广泛的HTTP服务器程序，功能全面。并且能够很好的支持CGI技术进行服务器端的扩展。而且boa支持大家广泛熟悉的C语言来实现CCI程序。

家庭网关启动后，完成系统的初始化，并加载相关的服务。将接收到的用户的控制或查询命令进行处理，CCI程序将命令转换成为UDCP报文，通过WiFi模块发送给网络中的信息家电或控制设备。同时，家庭网关还通过WiFi来接收信息家电的当前状态信息，通过处理后将其反馈给控制设备，以便用户使用。

3.2.2信息家电模块

信息家电上的WiFi功能有两种实现模式。一种是信息家电自身带有WiFi功能。这是理想的状态。现在已经有很多家用电器比如电视机、DVD等都已经具备了此功能。第二种是对原本不带WiFi功能的家用电器进行WiFi扩展。可选用Rabbit公司的WiFi核心模块和其相应的开发包进行相关扩展。由于信息家电的高端功能都由家庭网关来完成，所以可以不用实现WiFi的上层协议，只实现对其的控制。

信息家电将自身采集到的各种状态信息传递给其自身的或者是扩展的微控制器，微控制器接收到这些数据后将其转换成UDCP报文，并通过WiFi模块将其发送给家庭网关。同时，信息家电还通过WiFi模块接受来自家庭网关的信息，处理后转换成对家电的控制或查询，并将其随后的状态信息由WiFi模块反馈给家庭网关。

4．结束语

现在越来越多的家用电器及电子产品开始支持WiFi功能。WiFi的普及以及相关软件的发展将会使家用电器完成功能上的飞跃。通过网络将各种家电连接，可实现功能上的重构和资源的再配置。

随着网络的普及和推广，将家庭中的各种带有网络功能的家用电器通过无线技术连接成局域网络，并与外部Internet相连，构成智能化、多功能的现代家居智能系统将会成为新的流行趋势。

参考文献：

[1]唐思敏．WIFI技术及其应用研究[J]，福建电脑．2009，(10):59-60．

第三篇：青海无人机航测技术应用研究项目通过评审

青海无人机航测技术应用研究项目通过评审

来源：一览矿产英才网

3月31日，由青海省地矿测绘院开展的“无人机航测技术在青藏高原矿区应用研究”项目通过专家组评审。专家认为，项目首次在青藏高原海拔4300米高度进行无人机航摄，填补了全省高原矿区无人机自主飞行获取影像数据和应用无人机航测技术测绘1∶2000大比例尺地形图的空白，研究成果达到国际先进水平。

此次研究基于固定翼无人飞机航摄系统，研究了无人机航测在高原矿区特别是高海拔矿区开展航空摄影、相片控制、内业加密、立体测图等技术，获取了分辨率为0.18米的120平方公里的影像数据，绘制了25平方公里1∶2000遥感正射影像图、数字高程模型、数字线划图、数字地表模型，航摄影像质量和成图精度均达到规范要求，为下一步的地质勘查和“数字矿山”建设奠定了基础。

专家建议，今后应加强高海拔和低温缺氧对飞机性能、飞控设备影响的研究，这对应用无人机在高海拔地区进行应急指挥、地质灾害监测预报、矿产资源开发监测、生产大比例尺地形图等具有重要的工程实践意义。矿产英才网专业的矿业人才招聘网站

第四篇：关于机电一体化技术及其应用研究

摘要:讨论了机电一体化技术对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用，并说明其在钢铁工业中的应用以及发展趋势。

关键词：机电一体化 技术 应用机电一体化技术发展

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。

1.1 数字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；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，如虚拟设计、计算机集成制造等。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。

1.2 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。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。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。

1.3 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。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，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。

1.4 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。

1.5 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，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

1.6 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 Electronic Mechanical 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。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。

1.7 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。

1.8 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。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。

1.9 绿色化 科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。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。机电一体化技术在钢铁企业中应用

在钢铁企业中，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。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：

2.1 智能化控制技术(IC)由于钢铁工业具有大型化、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钢铁企业的产品设计、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、炼钢———连铸———轧钢综合调度系统、冷连轧等。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 计算机集成制造系统(CIMS)钢铁企业的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。目前钢铁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，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁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。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。

2.5 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、现场总线化检测仪表、现场

总线化PLC(Programmable Logic Controller)和现场就地控制站等的发展。

2.6 交流传动技术 传动技术在钢铁工业中起至关重要的作用。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。

第五篇：及机电一体化技术及其应用研究

机电一体化技术及其应用研究

摘 要 讨论了机电一体化技术对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用，并说明其在钢铁工业中的应用以及发展趋势。

关键词 机电一体化 技术 应用机电一体化技术发展

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。

1.1 数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；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，如虚拟设计、计算机集成制造等。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

1.3 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。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，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。

1.4 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。

1.5 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，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

1.6 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 Electronic Mechanical 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。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。

1.7 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。

1.8 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。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。

1.9 绿色化

科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。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。2 机电一体化技术在钢铁企业中应用

在钢铁企业中，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。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：

2.1 智能化控制技术(IC)

由于钢铁工业具有大型化、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钢铁企业的产品设计、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、炼钢---连铸---轧钢综合调度系统、冷连轧等。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 计算机集成制造系统(CIMS)

钢铁企业的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。目前钢铁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，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁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。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。

2.5 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、现场总线化检测仪表、现场总线化PLC(Programmable Logic Controller)和现场就地控制站等的发展。

2.6 交流传动技术

传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。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。

参考文献杨自厚． 人工智能技术及其在钢铁工业中的应用[J]．冶金自动化，1994（5）唐立新.钢铁工业CIMS特点和体系结构的研究[J]．冶金自动化，1996（4）唐怀斌． 工业控制的进展与趋势 [J]．自动化与仪器仪表，1996（4）王俊普． 智能控制[M]． 合肥：中国科学技术大学出版社，1996林行辛． 钢铁工业自动化的进展与展望[J]．河北冶金，1998（1）

6殷际英． 光机电一体化实用技术[M]．北京：化学工业出版社，2003芮延年． 机电一体化系统设计[M]． 北京：机械工业出版社，2004．

电机功率转换的原理

引言：

电机调速实质的探讨，是关系到近代交流调速发展的重要理论问题。随着近代变频调速矢量控制及直接转矩控制等调速控制理论的提出和实践，很多有关文献和论著都把调速的转矩控制确认为调速的普遍规律，并提出调速的实质和关键在于电磁转矩控制。然而，这种观点尚缺乏理论和实践的证明，值得商榷。

本文根据电机功率转换的普遍原理，提出并证明恒转矩调速的实质在于电机的轴功率控制，转速调节是功率控制的响应，其关键为如何通过电功率控制轴功率。

一、功率控制与转矩控制

根据机电能量转换原理，凡电动机都可划分为主磁极和电枢两个功能部分。主磁极的作用是建立主磁场，电枢则是与磁场相互作用将电磁功率转换为轴功率。

直流电动机的主磁极和电枢不仅结构鲜明，而且功能独立，无疑符合以上定义。而交流（异

步）电动机通常以定子、转子划分构成，需加说明。

根据所述电枢定义，异步机的轴功率产生于转子，因此，异步机真正的电枢是转子。问题在于定子，一方面定子励磁产生主磁场，故定子是主磁极。另一方面，定子又通过电磁感应为电枢（转子）输送电磁功率，却不产生轴功率，因此定子又具有电枢的部分特征，这里我们把它称为伪电枢。定子的这种复合功能，是异步机区别于直流机的主要特征。

从电枢输出角度观察，电动机的轴功率与电磁转矩机械转速的关系为：

PM＝MΩ(1)

或 Ω＝PM／M（2）

公式（2）除了给出了电机转速与轴功率和电磁转矩间的量值关系以外，同时表明，电机转速最终只能通过轴功率或电磁转矩两种控制获得调节，前者简称功率控制，后者简称转矩控制。

1.功率控制

功率控制是以轴功率PM为调速主控量，作用对象必然是电枢或伪电枢。电磁转矩在调速稳态时，取决于负载转矩的大小。

即 M＝Mfz(3)

当负载转矩一经为客观工况所确定之后，电磁转矩就唯一地被决定了，因此电磁转矩不仅与调速控制无关，而且不能随意改变其量值。

电磁转矩对转速的作用表现在调速的过渡过程，转矩的变化是转速响应滞后的结果，此时，功率控制造成电磁转矩响应。

设电机调速前的稳态转速为Ω1，轴功率为PM1，调速后的稳态转速为Ω2，相应的轴功率变为PM2。由于电磁转矩：

M＝PM／Ω(4）

故调速时，电磁转矩变为：

M＝PM2／Ω

由于受惯性的作用，在t＝0的调速瞬时Ω＝Ω1，故

M＝PM2／Ω1

t=0

此时的电磁转矩将与原来的电磁转矩M1＝PM1／Ω1不等，转矩平衡被破坏并产生动态转矩，电机转速在动态转矩作用下开始由Ω1向Ω2过渡，其变化规律为：

Ω1＝（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2（5）

电磁转矩则为：M＝PM2／（Ω1－Ω2）e－t/T＋Ω2

随着时间增大，动态转矩减小，直至电磁转矩与新的负载转矩平衡，即：

M＝PM2／Ω2＝Mfz，转速稳定在Ω2不变，电机调速结束。上述的调速过程可以由图1的框图说明。

图1 功率控制的调速流程

功率控制作用的是电枢，主磁场或主磁通量保持不变，根据电机理论，电机的额定电磁转矩正比于主磁通量，受限于电枢的最大载流量。因此功率控制调速时，电机的额定电磁转矩输出能力不变，属于恒转矩调速。

2.转矩控制

根据公式（2），电机转速在轴输出功率不变的前提下，与电磁转矩成反比。由于受电磁转矩以额定转矩为上限的约束，转矩控制实际上只能在额定转矩以下实现，因此属于恒功率调速。

电磁转矩的独立控制方法主要依据转矩公式：

M＝CMΦmIS（直流机）(6)

或 M＝CMΦmI2COSφ2（交流机）(7)

受控的物理量为主磁通Φm，由于主磁通量Φm产生于主磁极，因此转矩控制实际上是磁场控制，作用对象为主磁极。转矩控制调速同样要保证稳态时的转矩平衡，即：

M＝Mfz

由于调速稳态时，电磁转矩发生了变化，因此要求负载转矩适应于电磁转矩变化，即要求负载跟踪电机。

转矩控制实际是弱磁调速，主要用于额定转速以上的调速。鉴于本文重点讨论的是功率控制，故不赘述。

二、功率控制的方法与性能

电机调速的轴功率控制只能通过电功率间接控制来实现。以异步机为例，图2是其等效三端口网络。

图2.异步机的等效网络

其中电枢（转子）除产生轴功率输出外，还产生以感应电压u2和电流i2为参量的电功率响应。由于该功率与转差率成正比，故称转差功率，其端口简称Ps口。

如果电机转子为笼型，其绕组呈短路状，Ps口为封闭不可控的。反之为绕线型，Ps口则是开启可控的，转子可以通过Ps口输出或输入电功率。由此可见，异步机的功率控制调速有两种方式，一种是通过伪电枢间接对电枢实现轴功率控制；另一种是通过Ps口直接控制电枢轴功率。前者主要适用于笼型异步机，后者则适用于绕线型异步机。

1.定子伪电枢功率控制。

图3.异步机定子功率控制调速

作为伪电枢，定子向电枢（转子）传输的电磁功率：

Pem＝P1－△P1（8）

电枢的轴功率则为：

PM＝Pem－△P2(9)

故 PM＝P1－（△P1＋△P2）(10)

可见，控制伪电枢的输入功率P1或增大其损耗△P1就可以控制电枢的轴功率，后者显然是低效率、高损耗的调速，不宜推荐。

控制P1调速的唯一方法是调压━━变频，即所谓的变频调速。由于：

P1＝m1U1I1COSφ1(11)

故对于电压源供电调节端电压U1是控制功率P1的必须手段。问题的关键是为什么不能单纯调压，而必须辅以变频？这是定子除了伪电枢的功能之外，还同时兼主磁极之故。前已叙及，功率控制的要点有：

① 保持主磁通量不变

② 作用对象是电枢或伪电枢

③ 控制目标是轴功率

如果单纯调压而频率不变，定子的主磁极功能就要受到严重影响。根据电机理论，做为主磁极，定子的主磁通量：

Φm＝E／4.44W1kr1f

1＝KE1／f1

≈KU1／f1(12)

恒频调压的结果，主磁通Φm将随U1下降而减小，形成了前述的转矩控制。更主要的是此时不但未能控制功率P1，反而增大了电机损耗，与目的绝然相悖。

设负载为恒转矩性质，由转矩平衡方程，电磁转矩：

M＝Mfz＝const

又 M＝CMΦmI1COSφ1

＝CMΦmI2COSφ2(13)

设功率因数不变，定转子电流I1、I2将随主磁通Φm下降而正比增大，其结果功率P1不变，但定转子损耗：

△P1＝m1I 12 r1

△P2＝m2I 222 r1

将按电流的平方律增大。根据式（10），轴功率控制虽能实现，却属低效率高损耗的调速。为此，异步机定子的功率控制调速，必须要将定子的主磁极和伪电枢两种功能游离开。针对同一定子绕组，一方面使主磁极产生的磁场保持稳定，同时又要控制其向电枢传递的电磁功率。

于是变频调速建立了一条重要原则，就是调压变频，且保证V／F（压频比）为常数，这样就确保了上述控制要求的实现。顺便指出，近代变频调速的矢量控制，实际上就是遵循这一原理。矢量控制的核心思想，是把磁场与转矩游离开，分别加以控制，认为调速的根本在于转矩，而事实上游离的却是磁场和电磁功率，虽然结果无误，但理论上必须加以澄清。

2.转子功率控制

对于绕线转子异步机的调速，可以利用转差功率端口━Ps口直接控制轴功率。方法是由Ps口移出或注入转差功率。需要指出：

① 所述的转差功率应区别经典电机学中的转子损耗转差功率，为此将后者称为转子损耗功率，记以△P2。

② 转差功率有电能与热能之分，分别记以Pes和Prs，两者性质不同，对调速的影响也不同。

图4.异步机转子功率控制调速

当在转子的Ps口引入电转差功率Pes时，转子的轴功率：

PM＝（Pem±Pes）－△P2（14）

式中的Pem为定子向转子传输的电磁功率，电转差功率的负号表示从Ps口移出，正号表示从Ps口注入。Pes属电功率，故与电磁功率相合成，结果使轴功率PM发生变化，电机转速得到相应调节。

电转差功率调速的典型实例是串级调速和双馈调速，前者的电转差功率为负，流向为从转子移出，故实现的是额定转速以下的调速。后者的电转差功率可以双向流动，既可以移出，又可以注入，因此可以实现低同步和超同步两种调速。

当Ps口引入的是热转差功率Prs时，转子的轴功率则为：

PM＝Pem－（△P2＋Prs）(15)

显然热转差功率的引入，增大了电枢（转子）的损耗，轴功率随Prs的增大而减小，其典型例子是异步机转子串电阻调速。

三、功率控制的理想空载转速，效率与机械特性

根据电机学，电动机的理想空载转速主要取决于电枢的电磁功率，因有：

Ω0＝Pem／M（16）

由于电磁转矩为负载所决定，理想空载转速Ω0就决定于某一负载条件下电磁功率的大小。功率控制调速的电枢功率可以综合表达为：

PM＝∑Pem－∑p2（17）

相应的转速：

PM／M＝∑Pem／M－∑p2／M（18）

Ω＝Ω0－△Ω(19)

其中Ω0＝∑Pem／M为功率控制调速的理想空载转速，因此调节电枢的电磁功率可以改变电机的理想空载转速。换言之，电机的理想空载转速取决于电枢的电磁功率。又，△Ω＝∑p2／M 为电机的转速降。由此表明增大电枢损耗，可以增加电机转速降。

电机调速的效率表达为：

η＝PM／（P1－∑pi）

＝PM／（Pem－△P2)

因此，在一定的轴功率PM输出条件下，控制电磁功率的调速是高效率的节能型调速，而控制损耗功率的调速必然是低效率的耗能型调速。

公式（18）同时刻画出了功率控制调速的机械特性，当连续改变电磁功率∑Pem时，如果损耗功率不变，电机的理想空载转速随∑Pem连续变化，其机械特性为一族平行的曲线。而增大损耗，电磁功率不变时，电机理想空载转速不变，改变的只是转速降，其机械特性为一族汇交型曲线。如图5给出了两种调速的定性曲线。

图5 a.电磁功率调速特性b.转速降调速特性

综上所述，可以得出以下结论：

① 电磁功率控制调节的是理想空载转速，损耗功率控制调节的是转速降。

② 电磁功率控制是高效率节能型的调速，其机械特性必为平行曲线族。损耗功率控制属低效率耗能调速，其机械特性必为汇交型曲线族。

四、异步机调速的分类与方法

与按n＝ 60f1/p·(1-S）表达式不同，根据本文所述的电机调速功率控制理论，异步机调速可分类表示如下：

性质/方案 控制点/变量 方法 要点

五、结论

1.电机调速的基本原理有两种，一为轴功率控制，二是转矩控制。转矩控制实际是磁场控制，适于恒功率调整。

2.轴功率控制的作用对象是电枢或伪电枢，并最终只能通过电功率控制来实现。其中，电磁功率调节的是理想空载转速，损耗功率改变的是转速降。前者为高效节能型，后者为低效耗能型，两者的机械特性亦由此决定。

3.轴功率控制的调速具有恒转矩特性，电磁转矩的变化是转速响应滞后所造成的，调速稳态时，电磁转矩只决定于负载，与控制无关。

4.变频调速和电转差功率控制调速同属电磁功率控制调速，两者性能一致，并无本质差别。