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變頻器應用技術研究論文參考范文

隨著我國電力技術和科技的快速發展，電力變頻器廣泛的應用于工業生產以及人類日常生活中。這是我為大家整理的變頻器應用技術論文參考 范文 ，僅供參考!

變頻器應用技術論文參考范文篇一：《變頻器節能技術應用與研究》

　摘 要本文根據水泵、風機軸功率與轉速的平方成正比的特點，闡述變頻調速節能原理，提出泵與風機應采用變頻技術，已降低成本，延長設備使用壽命，提高經濟效益。

　關鍵詞變頻器;節能;水泵;風機

　0 引言

　鍋爐是比較常見的用于集中供熱設備，通常情況下，由于氣溫和負荷的變化，需對鍋爐燃燒情況進行調節，傳統的調節方式其原理是依靠增加系統的阻力，水泵采用調節閥門來控制流量，風機采用調節風門擋板開度的大小來控制風量。但在運行中調節閥門、擋板的方式，不論供熱需求大小，水泵、風機都要滿負荷運轉，拖動水泵、風機的電動機的軸功率并不會改變，電動機消耗的能量也并沒有減少，而實際生產所需要的流量一般都比設計的最大流量小很多，因而普遍存在著?大馬拉小車?現象。鍋爐這樣的運行方式不僅損失了能量，而且增大了設備損耗，導致設備使用壽命縮短，維護、維修費用高。把變頻調速技術應用于水泵(或風機)的控制，代替閥門(或擋板)控制就能在控制過程中不增加管路阻力，提高系統的效率。變頻調速能夠根據負荷的變化使電動機自動、平滑地增速或減速，實現電動機無級變速。變頻調速范圍寬、精度高，是電動機最理想的調速方式。如果將水泵、風機的非調速電動機改造為變頻調速電動機，其耗電量就能隨負荷變化，從而節約大量電能。

　1 變頻器應用在水泵、風機的節能原理

　圖1為水泵(風機)的H-Q關系曲線。圖1中，曲線R2為水泵(風機)在給定轉速下滿負荷時，閥門(擋板)全開運行時阻力特征曲線;曲線 R1為部分負荷時，閥門(擋板)部分開啟時的阻力特性曲線;曲線H(n1)和H(n2)表示不同轉速時的Q=f(H)曲線。采用閥門(擋板)控制時，流(風)量從Q2減小到Q1，阻力曲線從R2移到R1，揚程(風壓)從HA移到HB。采用調速控制時，H(n2)移到H(n1)，流(風)量從Q2減小到Q1，揚程(風壓)從HA移到HC。

　圖1 水泵(風機)的H-Q關系曲線

　圖2為水泵(風機)的P-Q的關系曲線。由圖2可以看出，流(風)量Q1時，采用閥門(擋板)控制的功率為PB。采用變頻調速控制的功率為 PC。?P=PB-PC就是節省的功率。

　圖2 為水泵(風機)的P-Q的關系曲線

　如果不計風機的效率?，則采用閥門(擋板)時的功率消耗在圖中由面積OHBBQ1所代表，而采用調速控制時的功率消耗由面積OHCCQ1所代表，后者較前者面積相差為HCHBBC，即采用調速控制流(風)量比采用閥門(擋板)控制可節約能量。

　2 水泵、風機的節能計算和分析

　通常轉速n與頻率f成正比，若將電動機的運行頻率由原來的50Hz降至40Hz時，其實際轉速則降為額定轉速的80%，即實際轉速nsn和額定轉速nn：nsn=(■)nn=0.4nn。設K為電機過載系數，則電動機額定功率Pn=Kn■■。因此電動機運行在40Hz時，實際功率為：

　Psn=Kn■■=K(0.4nn)3=0.064Kn■■=0.064Pn

　節能率 =■=■=■=93.6%

　表1 電動機節能率

　供熱公司勝利鍋爐房將電動機改為變頻調速，其中：

　表2 補水泵電動機在定速和變速不同情況下測出的數據

　根據表2的數據，一個采暖期按190天計算，工業電費單價為0.37元/kWh。加裝變頻器后補水泵電動機節約電費：

　(11-1.73)?24?190?0.37=15640.344元

　表3 鼓風機電動機在定速和變速不同情況下測出的數據

　根據表3的數據，勝利車間有5臺鼓風機電動機。一個采暖期按190天計算，工業電費單價為0.37元/kWh。加裝變頻器后鼓風機電動機節約電費：

　(18.5-3.95)?24?190?0.37?5=122743.8元

　表4 引風機電動機在定速和變速不同情況下測出的數據

　根據表4的數據，勝利車間有5臺鼓風機電動機。一個采暖期按190天計算，工業電費單價為0.37元/kWh。加裝變頻器后引風機電動機節約電費：

　(37-32.9)?24?190?0.37?5=34587.6元

　綜上所述，勝利車間安裝變頻后，一個保溫期合計節約電費：

　15640.344+122743.8+34587.6=172971.744元

　節能效果明顯。

　通過上述分析和實際應用，鍋爐水泵、風機采用變頻調速后具有以下優點。

　(1)水泵、風機的電動機工作電流下降，溫升明顯下降，同時減少了機械磨損，維修工作量大大減少。

　(2)保護功能可靠，消除了電動機因過載或單相運行而燒壞的現象，延長了使用壽命，能長期穩定運行。

　(3)電動機實現軟起動，實現平滑地無級調速，精度高，調速范圍寬(0-100%)。頻率變化范圍大(O-50Hz)。效率可高達(90%-95%)以上。減小了對電網的沖擊。

　(4)安裝容易，調試方便，操作簡便，維護量小。

　(5)節能省電，燃煤效率提高。

　(6)變頻器可采用軟件與計算機可編程控制器聯機控制的功能，容易實現生產過程的自動控制。

　3 結束語

　引進變頻器可以實現能源的有效利用，避免過多的能源消耗。使用變頻器節能主要是通過改變電動機的轉速實現流量和壓力的控制，來降低管道阻力，減少了閥門半開的能源損失。其次變頻狀態下的水泵(風機)運行轉速明顯低于工頻電源之下，這樣能盡量減少由于摩擦帶來的電力損耗。最后變頻技術是一種先進的現代自動化技術，自動化的運行能增加電力運行的可靠性，節省人力投入，從而實現了成本的節約。

　參考文獻

　[1]趙斌，莫桂強.變頻調速器在鍋爐風機節能改造中的應用[J].廣西電力.

　[2]吳民強.泵與風機節能技術問答[M].北京：中國電力出版社，1998.

　[3]梁學造，蔡澤發.異步電動機的降損節能 方法 [Z].湖南省電力工業局.

變頻器應用技術論文參考范文篇二：《變頻器技術改造實踐與應用》

　摘要介紹了鍋爐風機電機以及補水泵、循環泵電機等設備變頻器技術改造實例及應用，并對變頻器調速改造中應注意的一些技術問題進行了論述。

　關鍵詞自動化控制;變頻器;技術改造

　1 鍋爐風機電機應用變頻器調速控制

　以DHL141.57/150/90AⅡ熱水鍋爐為例，每臺鍋爐配置引風機和鼓風機各六臺，各電機主要技術參數如下：

　型號 容量(KW) 電壓(V) 額定電流(A)

　引風機 Y280S4 75 380 139.7

　鼓風機 Y200L4 30 380 57

　在進行變頻器改造以前，各風機在正常情況下的運行數據統計如下：

　平均電流 最大電流 最小電流

　引風機 142 145 139

　鼓風機 59 63 57

　首先選擇在1#5#爐的鼓、引風機上進行改造嘗試，并考慮到風機電機功率設計時配置，選擇相匹配功率的變頻器來控制電機，變頻器的型號為ABB ACS51001157A4(引風機)、ZXBP30(鼓風機)，電壓等級為380V，通過一段時間的運行測試，引風機工頻電流由原來的平均140(A)下降到現在的平均95―110(A)，鼓風機工頻電流由原來的平均57(A)下降到現在的平均30(A)節能效果相當顯著，并且變頻器技術性能完全滿足鍋爐運行工藝的要求(主要是風壓、風量、加減風的速率等)，電機在啟動、運行調節、控制操作等方面都得到極大的改善。變頻調速由安裝在鍋爐操作臺上的啟動、停機、轉速調整開關進行遠程控制，并可同DCS系統接口，通過DCS實現變頻器的調速控制，變頻調速裝置還提供報警指示、故障指示、待機狀態、運行狀態、連鎖保護等保護信息以及轉速給定值和風機實際轉速值等必要指示，以便操作人員進行操作控制。

　2 補水泵、循環泵電機應用變頻器進行調節控制

　以2臺補水泵、4臺循環泵實際應用為例，其電動機的技術參數分別為：

　序號 型號 功率 額定電流 流量

　補水泵 1#泵 Y180M4 18.5 35.9 25

　2#泵 Y180M4 18.5 35.9 25

　循環泵 1#泵 Y315M14 132 237 630

　2#泵 Y315M14 132 237 630

　3#泵 Y315M14 132 237 630

　4#泵 Y2315M4 132 240.4 630

　正常補水時泵出力太大，緊急補水時一臺泵又不能滿足耗水需要，同時啟動時出力又太大，連續供水補水效率高，效果也好。補水泵改用變頻器調節補水，不僅僅在于考慮它對電機的節能效益，更重要的是從生產設備運行安全角度考慮，變頻器選用富士FRN132P11S―4CX，電壓等級為380V。

　為充分利用變頻器，采用1臺變頻器來實現兩臺電機的調速控制;2臺補水泵均可實現變速、定速兩種方式運行，變頻器在同一時間只能作一臺電機的變頻電源，所以每臺電機啟動、停止必須相互閉鎖，用邏輯電路控制，保證可靠切換，出口采用雙投閘刀切換;2臺補水泵工作時，其中一臺由工頻供電作定速運行，另一臺由變頻器供電作變速運行，同一臺電機的變速、定速運行由交流接觸器相互閉鎖，即在變速運行時，定速合不上，如下圖中，1C1與1C2及2C1與2C2不允許同時合上;為確保工藝控制安全、可靠，變頻器及兩臺電機的控制、保護、測量單元全部集中在就地控制柜內，控制調節通過屏蔽信號電纜引接到控制室;

　圖1 補水泵電機變頻器接線，虛框內為改造增加部分3 變頻器調速改造中應注意的一些技術問題

　鍋爐的安全運行是全隊動力的根本保證，雖然變頻調速裝置是可靠的，但一旦出現問題，必須確保鍋爐安全供熱，所以，必須實現工頻――變頻運行的切換系統(旁路系統)，在生產過程中，采用手工切換如能滿足設備運行工藝要求，建議盡量不要選用自動旁路，對一般的小功率電機，采用雙投閘刀方式作為手動、自動切換手段也是比較理想的方法。

　對于大慣量負荷的電機(如鍋爐引風機)，在變頻改造后，要注意風機可能存在扭曲共振現象，運行中，一旦發生共振，將嚴重損壞風機和拖動電機。所以，必須計算或測量風機――電機連接軸系扭振臨界轉速以及采取相應的技術 措施 (如設置頻率跳躍功能避開共振點、軟連接及機座加震動吸收橡膠等)。

　采用變頻調速控制后，如果變頻器長時間運行在1/2工頻以下，隨著電機轉速的下降，電機散熱能力也下降，同時電機發熱量也隨之減少。所以電機的本身溫度其實是下降的，仍舊能夠正常運行而不至溫度過高。

　變頻器不能由輸出口反向送電，在電氣回路設計中必須注意，如在補水泵和循環泵變頻器改造接線圖中，要求1C1與1C2及2C1與2C2不允許同時合上，不僅要求在電氣二次回路中實現電氣的連鎖，同時要求在機械上實現機構互鎖，以確保變頻器的運行安全。

　低壓變頻器，由于體積較小，在改造中的安裝地點選擇比較容易些。選擇變頻器室位置，既要考慮離電機設備不能太遠，又要考慮周圍環境對變頻器運行可能造成的影響。變頻器的安裝和運行環境要求較高，為了使變頻器能長期穩定和可靠運行，對安裝變頻器室的室內環境溫度要求最好控制在0-40℃之間，如果溫度超過允許值，應考慮配備相應的空調設備。同時，室內不應有較大灰塵、腐蝕或爆炸性氣體、導電粉塵等。

　要保證變頻器柜體和廠房大地的可靠連接，保證人員和設備安全。為防止信號干擾，控制系統最好埋設獨立的接地系統，對接地電阻的要求不大于4?。到變頻器的信號線，必須采用屏蔽電纜，屏蔽線的一端要求可靠接地。

　隨著電力電子技術的發展，變頻器的各項技術性能也得到拓寬和提高，在熱電行業中，風機水泵類負荷較多，充分應用變頻器進行節能改造已經逐漸被大家所接受。對于目前低壓變頻器，投資較低、效益高，一年左右就可以收回投資而被廣泛應用。隨著目前國產變頻器的迅速發展，使得變頻器的性能價格比大大提高，為利用變頻器進行節能技術改造提供了更加廣闊的前景。

　參考文獻：

　[1]王占奎.變頻調速應用百例.北京：科學出版社出版，1999.4

　[2]吳忠智，吳加林.變頻器應用手冊.北京：機械工業出版社，2002.7

變頻器應用技術論文參考范文篇三：《淺議變頻調速技術的應用》

　摘要：調速和起制動性能、高效率、高功率因數的節電效果、適用范圍廣等優點,而被國內外公認為最有發展前途的調速方式。隨著工業自動化程度的不斷提高和能源全球性短缺,變頻器越來越廣泛地應用在冶金、機械、石油、化工、紡織、造紙、食品等各個行業以及風機、水泵等節能場合,并取得了顯著的經濟效益。近年來高電壓、大電流的SCR,GTO,IGBT,IG-GT以及智能模塊IPM(IntelligentPowerModule)等器件的生產以及并聯、串聯技術的發展應用,使高電壓、大功率變頻器產品的生產及應用成為現實。

　關鍵詞：變頻器，控制技術，應用

　電力電子技術誕生至今已近50年,他對人類的文明起了巨大的作用.近10年來,隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發展,電氣傳動技術面臨著一場歷史革命,即交流調速取代直流調速和計算機數字控制技術取代模擬控制技術已成為發展趨勢。交流電機變頻調速技術是當今節電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其有益的

　調速和起制動性能、高效率、高功率因數的節電效果、適用范圍廣等優點,而被國內外公認為最有發展前途的調速方式。

　1.變頻調速技術的現狀

　電氣傳動控制系統通常由電動機、控制裝置和信息裝置三部分組成。電氣傳動可分為調速和不調速兩大類,調速又分為交流調速和直流調速兩種方式。不調速電動機直接由電網供電。但是,隨著電力電子技術的發展,原本不調速的機械越來越多地改用調速傳動以節約電能,改善產品質量,提高產量。以我國為例,60%的發電量是通過電動機消耗的。因此,調速傳動有著巨大的節能潛力,變頻調速是交流調速的基礎和主干內容,變頻調速技術的出現使頻率變為可以充分利用的資源。近年來。變頻調速技術已成為交流調速中最活躍、發展最快的技術。

　1.1國外現狀

　采用變頻的方法,實現對電機轉速的控制,大約已有40年的歷史,但變頻調速技術的高速發展,則是近十年的事情,主要是由下面幾個因素決定:

　1.1.1市場有大量需求

　隨著工業自動化程度的不斷提高和能源全球性短缺,變頻器越來越廣泛地應用在冶金、機械、石油、化工、紡織、造紙、食品等各個行業以及風機、水泵等節能場合,并取得了顯著的經濟效益。

　1.1.2功率器件發展迅速

　變頻調速技術是建立在電力電子技術基礎之上的。近年來高電壓、大電流的SCR,GTO,IGBT,IG-GT以及智能模塊IPM(Intelligent Power Module)等器件的生產以及并聯、串聯技術的發展應用,使高電壓、大功率變頻器產品的生產及應用成為現實。在大功率交?交變頻(循環交流器)調速技術方面,法國阿爾斯通已能提供單機容量達30000kW的電器傳動設備用于船舶推進系統。在大功率無換向器電機變頻調速技術方面,意大利ABB公司提供了單機容量為60000kW的設備用于抽水蓄能電站;在中功率變頻調速技術方面,德國西門子公司Simovert A電流型晶閘管變頻調速設備單機容量為10-2600kVA和Simovert PGTOPWM變頻調速設備單機容量為100-900kVA,其控制系統已實現全數字化,用于電機風車,風機,水泵傳動;在小功率變頻調速技術方面,日本富士BJT變頻器最大單機容量可達700kVA,IGBT變頻器已形成系列產品,其控制系統也已實現全數字化。

　IPM投入應用比IGBT約晚二年,由于IPM包含了1GBT芯片及外圍的驅動和保護電路,有的甚至還把光耦也集成于一體,是一種更為適用的集成型功率器件。目前,在模塊額定電流10-600A范圍內,通用變頻器均有采用IPM的趨向。IPM除了在工業變頻器中被大量采用之外,經濟型的IPM在近年內也開始在一些民用品,如家用空調變頻器,冰箱變頻器,洗衣機變頻器中得到應用。IPM也在向更高的水平發展,日本三菱電機最近開發的專用智能模塊ASIPM將不需要外接光耦,通過內部自舉電路可單電源供電,并采用了低電感的封裝技術,在實現系統小型化、專用化、高性能、低成本方面又推近了一步。

　1.1.3控制理論和微電子技術的支持

　在現代自動化控制領域中,以現代控制論為基礎,融入模糊控制、專家控制、神經控制等新的控制理論,為高性能變頻調速提供了理論基礎;16位、32位高速微處理器以及信號處理器(DSP)和專用集成電路(ASIC)技術的快速發展,則為實現變頻調速的高精度、多功能提供了硬件手段。

　1.2國內現狀

　從整體上看我國電氣傳動系統制造技術水平較國際先進水平差距10-15年。在大功率交-交,無換向器電動機等變頻技術方面,國內只有少數科研單位有能力制造,但在數字化及系統可靠性方面與國外還有相當差距。而這方面產品在諸如抽水蓄能電站機組啟動及運行、大容量風機、壓縮機和軋機傳動、礦井卷揚機方面有很大需求。在中小頻率技術方面,國內學者做了大量變頻理論的基礎研究。早在80年代,已成功引入矢量控制的理論,針對交流電機具有多變量、強耦合、非線性的特點,采用了線性解耦和非線性解耦的方法,探討交流電機變頻調速的控制策略。

　進入90年代,隨著高性能單片機和數字信號處理的使用,國內學者緊跟國外最新控制策略,針對交流電機感應特點,采用高次諧波注入SPWM和空間磁通矢量PWM等方法,控制算法采用模糊控制,神經網絡理論對感應電機轉子電阻、磁鏈和轉矩進行在線觀測,在實現無速度傳感器交流變頻調速系統的研究上作了有益的基礎研究。在新型電力電子器件應用方面,由于GTR,GTO,IGBT,IPM等全控制器件的使用,使得中小功率的變流主電路大大簡化,大功率SCR,GTO,IG-BT,IGCT等器件的并聯、串聯技術應用,使高電壓、大電流變頻器產品的生產及應用成為現實。在控制器件方面,實現了從16位單片機到32位DSP的應用。國內學者一直致力于變頻調速新型控制策略的研究,但由于半導體功率器件和DSP等器件依賴進口,使得變頻器的制造成本較高,無法形成產業化,與國外的知名品牌相抗衡。國內幾乎所有的產品都是普通的V/f控制,僅有少量的樣機采用矢量控制,品種與質量還不能滿足市場需要,每年需大量進口高性能的變頻器。

　因此,國內交流變頻調速技術產業狀況表現如下:(1)變頻器控制策略的基礎研究與國外差距不大。(2)變頻器的整機技術落后,國內雖有很多單位投入了一定的人力、物力,但由于力量分散,并沒形成一定的技術和生產規模。(3)變頻器產品所用半導體功率器件的制造業幾乎是空白。(4)相關配套產業及行業落后。(5)產銷量少,可靠性及工藝水平不高。

　2.變頻調速技術未來發展的方向

　變頻調速技術主要向著兩個方向發展:一是實現高功率因數、高效率、無諧波干擾,研制具有良好電磁兼容性能的?綠色電器?;二是向變頻器應用的深度和廣度發展。隨著變流器應用領域深度和廣度的不斷開拓,變頻調速技術將越來越清楚地展示它在一個國家國民經濟中的重要性。可以預料,現代控制理論和人工智能技術在變頻調速技術的應用和推廣,將賦予它更強的生命力和更高的技術含量。其發展方向具有如下幾項:(1)實現高水平的控制;(2)開發清潔電能的變流器;(3)縮小裝置的尺寸;(4)高速度的數字控制;(5)模擬與計算機輔助設計(CAD)技術。論文檢測。

　3變頻調速技術的應用

　縱觀我國變頻調速技術的應用,總的說來走的是一個由試驗到實用,由零星到大范圍,由輔助系統到生產裝置,由單純考慮節能到全面改善工藝水平,由手動控制到自動控制,由低壓中小容量到高壓大容量,一句話,由低級到高級的過程。論文檢測。我國是一個能耗大國,60%的發電量被電動機消耗掉,據有關資料統計,我國大約有風機、水泵、空氣壓縮機4200萬臺,裝機容量約1.1億萬千瓦,然而實際工作效率只有40%-60%,損耗電能占總發電量的40%,已有 經驗 表明,應用變頻調速技術,節電率一般可達10%-30%,有的甚至高達40%,節能潛力巨大。

　有關資料表明,我國火力發電廠有八種泵與風機配套電動機的總容量為12829MW,年總用電量為450。2億千瓦小時。還有總容量約為3913MW的泵與風機需要進行節能改造,完成改造后,估計年節電量可達25。論文檢測。69億千瓦小時;冶金企業也是我國的能耗大戶,單位產品能耗高出日本3倍,法國4。9倍,印度1。9倍,冶金企業使用的風機泵類非常多,實施變頻改造,不僅可以大幅度節約電能,還可改善產品質量。

　參考文獻

　[1]何慶華,陳道兵. 變頻器常見故障的處理及日常維護[J]. 變頻器世界, 2009, (04) .

　[2]龍卓珉,羅雪蓮. 矩陣式變頻調速系統抗干擾設計[J]. 變頻器世界, 2009, (04) .

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畢業設計評語

　無論在學習、工作或是生活中，大家都用到過評語吧，借助評語能夠激發和維持被評價對象的內在動力，調動其內部潛力。相信許多人會覺得評語很難寫吧，以下是我為大家收集的畢業設計評語，僅供參考，歡迎大家閱讀。

　指導教師評語

　XXX同學的論文《數字調頻發射機的設計》，較好地完成了任務書所規定地研究任務。論文主要采用數字信號處理（DSP）和直接數字頻率合成（DDS）技術，實現了數字調頻發射機的設計。本設計由兩位同學完成，該生主要負責系統在DSP方面的設計。外語資料翻譯尚可，論文格式基本規范，論述基本準確，達到了預期的要求，符合學士學位論文答辯的要求。

　同意該同學參加畢業論文答辯。

　答辯委員會評語

　答辯小組通過對XXX同學的論文《數字調頻發射機的設計》的審核,認為該論文選題具有一定的研究價值,系統在DSP方面的設計基本合理。作者具有一定的閱讀參考資料的能力，基本完成了畢業論文任務書所規定的內容，答辯時能較比較正確地回答問題。

　經答辯小組討論，答辯成績定為中等。

　1.指導教師評語：

　該生在畢業設計（論文）期間工作態度（端正/一般），論文工作（認真刻苦/比較努力/一般），論文工作量（大/適中/小），論文難度（大/適中/小），掌握本學科的基礎理論和專門知識（扎實/較好/一般），分析問題和解決問題的能力（強/較強/一般），（很好地完成了/較好地完成了/基本完成了/沒能完成）畢業設計（論文）任務，（可以/經修改可以/不可以）參加畢業設計（論文）答辯。

　2.評閱人評語：

　該生的畢業設計（論文）選題（合適/較合適/一般）。該生在畢業設計（論文）工作中，（大量地/較廣泛的）閱讀了國內外參考文獻，（提出了/研制了/做了）的（實驗方案/裝置/實驗），得到了（）結果，體現了該生具備（強/較強/一般）綜合分析和獨立動手能力。論文條理（清晰/不清晰）、文字（通順/基本通順/不通順）、圖表（規范/不規范），（很好地完成了/完成了/沒完成）畢業設計（論文）任務，（可以/經修改可以/不可以）參加畢業設計（論文）答辯。

　3.綜合評語：

　（1）優秀：

　畢業設計(論文)內容完整，按期全部完成任務；方案選擇正確，論據充分，對設計中的主要問題分析深入，解決合理，有獨立見解；能很好運用所學理論和專業知識解決設計中的問題。論文條理清楚、計算準確，論述充分；答辯時能圓滿回答委員們所提出的問題。

　（2）良好：

　畢業設計(論文)內容完整，按期全部完成任務；方案選擇正確，論證較好，對設計中的主要問題分析較深入，解決較合理，有一定的見解；能較好地運用所學理論和專業知識解決設計中的問題。論文條理較清楚、計算準確，論述正確，答辯時回答問題比較正確全面。

　（3）中等：

　畢業設計(論文)的全過程表現比較好、能遵守紀律；設計內容完整，能按期完成任務書中規定的內容；方案選擇基本正確，能基本上運用所學理論和現場提供的資料解決設計中的有關問題。論證一般，對設計中的主要問題或專題部分有一定的分析能力，解決得基本合理，有一定的獨立工作能力；文字材料條理通順，立論正確，但論述有個別錯誤或表達不甚清楚。圖表完備，但質量一般，或有小的缺陷；答辯時回答基本正確，但分析不夠深入。

　（4）及格：

　畢業設計(論文)全過程表現一般，能遵守紀律；基本完成設計任務規定的內容，但不夠完整；方案選擇和主要技術措施無原則性錯誤，論點、論據基本成立，計算、分析、設計基本正確。文字材料通順，但論述不夠恰當、清晰；圖表質量不高，存在一些錯誤，但基本符合工程要求；答辯時回答問題無原則性錯誤，基本上能回答出主要問題。

　（5）不及格：

　畢業設計(論文)全過程表現差，不遵守紀律；沒有完成設計任務規定的內容；方案選擇和主要技術措施有原則性錯誤，計算和圖表有重大錯誤，在設計過程中缺乏獨立工作能力，畢業設計未達到最低要求；答辯時不能回答所提出的主要問題或回答主要問題時有原則性錯誤。

　1、在五分鐘的陳述中，該生介紹了論文的主要內容與結構，以及為此進行的研究，顯示出對所研究的問題有一定的認識。視頻設計很漂亮，但不太符合專業要求，若多從計算機專業的角度對實現過程進行設計則更好。

　2、論文借助統計分析軟件對xxx提供理論支持，研究意義重大。

　8、該生流利地陳述了寫作該論文的目的理論與實踐意義，網站設計過程很規范，但實體和概念之間聯系少，整個設計應該盡量符合計算機方面的要求。

　9、該論文反映出了作者在本門學科方面堅實的理論基礎系統的專業知識以及良好的科研能力。達到了碩士學位論文的要求，建議安排答辯。

　10、該生陳述清楚，回答問題流利。雖論文立意比較好，有一定的研究價值，但構架和內容都比較龐大，需要較強的獨立研究能力，論文題目和客戶端登陸服務器模塊也需稍作修改。該生準備工作充分，環節陳述完整，論文構思清晰，體現了較好的.專業基礎，時間把握也很好。就是論文中有需求但缺乏需求分析，對部分答辯問題回答不太清楚，圖的表示方式不規范。

　11、本文的寫作符合碩士研究生畢業論文規范，學術水準較好，體現了兩年學習的成果，可進入答辯程序。

　12、答辯的準備工作充分，對老師的提問能詳實回答，并對設計過程中所遇困境能反復探討研究，找出更好的解決方法，專業技術比較好。若能結合專業改進使靜態的網頁成為動態的則更好，不足在于數據庫中表的描述方式不太對，望改進。

　13、答辯過程中，該生能在規定時間內熟練扼要的陳述論文的主要內容，條理清晰，創新點明顯，回答問題時反映敏捷，表達準確，系統演示熟練，專業素養很高，經答辯委員會商議，一致同意其成績為優秀。

　14、該論文研究結果表明，xxxx，研究具有很強的實踐價值和操作性，充分反映了作者對于xxxx知識掌握的全面性，對于xxxx實踐有經驗，有分析，有思考，有建議。

　15、該生用dreamweave和access數據庫等技術對甘孜旅游網站進行設計，設計清新美觀，主要問題回答準確，基本概念清楚，望對論文中指正的數據庫存放問題進行修改。

跪求 多媒體技術在電力系統中的應用 畢業論文（有開題報告和任務書）

摘要: 多媒體通信技術是當今世界科技領域中最有活力、發展最快的高新信息技術，它時時刻刻都在影響著世界經濟的發展和科學技術進步的速度，并不斷改變著人類的生活方式和生活質量。多媒體通信綜合了多種媒體信息間的通信，它是通過現有的各種通訊網來傳輸、轉儲和接收多媒體信息的通信方式，幾乎覆蓋了信息技術領域的所有范疇，包括數據、音頻和視頻的綜合處理和應用技術，其關鍵技術是多媒體信息的高效傳輸和交互處理。

關鍵詞：多媒體 圖象 音頻 功能

The application of multimedia technology

Abstract: Multimedia communications technology is the world's science and technology in the field of the most dynamic and fastest growing high-tech information technology, it always have influence in the world economic development and the pace of scientific and technological progress and changing the human way of life and quality of life . A variety of integrated multimedia communications between the communications media information, it is through the various existing communications network to transmit and receive multimedia information and dump the means of communication, cover nearly the area of information technology in all areas, including data, audio and video The integrated treatment and application technology, its technology is the key to the efficient transmission of multimedia information and interactive processing

Key words: Multimedia audio features images

引 言

隨著技術的迅速發展，圖像、視頻等多媒體數據已逐漸成為信息處理領域中主要的信息媒體形式。多媒體通信是信息高速公路建設中的一項關鍵技術，是多媒體、通信、計算機和網絡等相互滲透和發展的產物，它將極大地提高人們的工作效率，改變人們的教育、娛樂等生活方式，是21世紀人們通信的基本方式。

第一章 多媒體通信技術基礎簡介

多媒體通信的基本概念和特征

1.1 基本概念

媒體是信息表示和傳輸的載體，是一個重要的概念。ITU-T I .374建議將媒體劃分為感覺媒體、表示媒體、顯示媒體、存儲媒體和傳輸媒體5類。

多媒體數據是指多種式樣信息的載體，如文本、圖形、圖像、聲音等數據。其特點主要有以下幾點：

（1）多媒體數據種類繁多（大多是非結構化數據），不同來源的媒體，具有完全不同的形式和格式；

（2）多媒體數據量龐大；

（3）多媒體數據具有時間特性和版本概念，如在視頻點播系統中必須考慮到媒體間以及媒體內部在時間上的同步關系。

由此可知多媒體數據與傳統的數值和字符不同，因而其存儲結構和存取方式也具有特殊性，描述它的數據結構和數據模型也是有差別的。在這種情況下就產生了一種全新的數據庫系統--多媒體數據庫系統。

多媒體數據庫是能夠有效實現多媒體數據的存儲、讀取、檢索等功能的數據庫系統。它的主要特點是：

（1）繼承了傳統數據庫的一些優點，例如數據獨立性、利用數據庫查詢語言進行高層次查詢、開發控制、容錯技術等；

（2）能對具有時空關系的數據進行同步和管理。

但是目前對于多媒體數據庫的功能以及實現方法還沒有達成共識，因而出現了多種形式的媒體數據庫，并且實現方法也各不相同。從其總體發展上看，多媒體數據庫的數據模型可分為關系數據模型、面向對象的數據模型和超媒體數據模型3類。

基于不同數據模型的多媒體數據庫管理系統（DBMS）的功能也有很大差別，通常基于關系數據模型的多媒體DBMS可以實現多媒體數據的存取，對多媒體數據對象之間的語義關系、時態關系、空間關系不加處理，所以這部分工作就留給應用程序去完成了。面向對象的數據模型和超媒體數據類型可以支持多媒體數據對象之間的語義關系、時態關系、空間關系的處理，其抽象程度更高，但DBMS的實現也相對復雜。

在多媒體通信系統中另一個常出現的詞匯是"超媒體"。在出版物中經常會出現表示注解意思的"注"字，由"注"你可以找到與之相關的一段文字或一篇文章。這種由"注"而鏈接到一段文字或一篇文章的鏈即稱為超鏈撥，同理，超級鏈也可以將若干不同媒體鏈接起來，其集合便稱為"超媒體"。

1.2多媒體通信的特征

多媒體通信技術的發展打破了傳統通信的單一媒體、單一電信業務的通信系統格局，反映了通信向高層次發展的一種趨勢，是人們對未來社會工作和生活方式的向往。多媒體通信技術是一種綜合技術，涉及多媒體技術、計算機技術、通信技術等多個領域。多媒體通信系統必須同時兼有集成性、交互性、同步性3個主要特征。

1.2.1 集成性

多媒體通信系統的集成性指的是能對內容數據信息、多媒體和超媒體信息、腳本信息和特定的應用信息等4類信息進行存儲、傳輸、處則和顯現的能力。

（1） 內容數據信息

（2） 信息是以某一種結構的形式存在的，典型的結構有兩種：一種是對象

構，其中可處理的最小單元為對象(Object)；另一種是文件結構，其中

處理的最小單元為文件（File）。

多媒體和超媒體信息

多媒體和超媒體信息與單媒體信息不一樣，它們是結構化的信息，由結構框架和內容數據2部分組成。多媒體和超媒體信息的最小表達形式由兩類，一類稱為對象，另一類稱為文件。

（3） 腳本信息

腳本信息是一組特定的用語意關系聯系起來的、結構化的多媒體和超媒體信息，需要提供表示這一組多媒體信息的運作過程和與外部處理模塊間的關系。

（4） 特定的應用信息

上述3類信息都是低層信息，可以由標準來定義和表示。特定的應用信息是高層信息，是與應用密切相關的，將隨應用場合的不同有很大的不同，它的表示方法是基于上述3類的基礎之上的。

1.2.2 交互性

交互性指的是在通信系統中人與系統之間的相互控制能力。在多媒體通信系統中，交互性有兩個方面的內容。一是人機接口，也就是人在使用系統的終端時用戶終端向用戶提供的操作界面；二是用戶終端與系統之間的應用層通信協議。

多媒體通信終端的用戶對通信的全過程有完備的交互控制能力，這是多媒體通信系統的一個主要特征，也是區別多媒體通信系統與非多媒體通信系統的一個主要準則。

1.2.3 同步性

同步性指的是在多媒體通信終端上顯現的圖像、聲音和文字均以同步方式工作。如用戶要檢索一個重要的歷史事件的片斷，該事件的活動圖像或靜止圖像存放在圖像數據庫中，其文字敘述和語言說明則是放在其他數據庫中。多媒體通信終端通過不同傳輸途徑將所需要的信息從不同的數據庫中提取出來，并將這些圖像、聲音、文字同步起來，構成一個整體的信息呈現在用戶面前。

多媒體通信系統中的同步性是多媒體通信系統最主要的特征之一，信息的同步與否決定了系統是多媒體系統還是非多種媒體系統。同步可在鏈路層級、表示層級和應用層級3個層面上實現

第二章 多媒體音頻技術

音頻技術發展較早，幾年前一些技術已經成熟并產品化，甚至進入了家庭，如數字音響。音頻技術主要包括四個方面:音頻數字化、語音處理、語音合成及語音識別。

音頻數字化目前是較為成熟的技術，多媒體聲卡就是采用此技術而設計的，數字音響也是采用了此技術取代傳統的模擬方式而達到了理想的音響效果。音頻采樣包括兩個重要的參數即采樣頻率和采樣數據位數。采樣頻率即對聲音每秒鐘采樣的次數，人耳聽覺上限在20KHz左右，目前常用的采樣頻率為11KHz，22KHz和44KHz幾種。采樣頻率越高音質越好，存貯數據量越大。CD唱片采樣頻率為44.1KHz，達到了目前最好的聽覺效果。采樣數據位數即每個采樣點的數據表示范圍，目前常用的有8位、12位和16位三種。不同的采樣數據位數決定了不同的音質，采樣位數越高，存貯數據量越大，音質也越好。CD唱片采用了雙聲道16位采樣，采樣頻率為44.1KHz，因而達到了專業級水平。

音頻處理包括范圍較廣，但主要方面集中在音頻壓縮上，目前最新的MPEG語音壓縮算法可將聲音壓縮六倍。語音合成是指將正文合成為語言播放，目前國外幾種主要語音的合成水平均已到實用階段，漢語合成幾年來也有突飛猛進的發展，實驗系統正在運行。在音頻技術中難度最大最吸引人的技術當屬語音識別，雖然目前只是處于實驗研究階段，但是廣闊的應用前景使之一直成為研究關注的熱點之一。

第三章 多媒體圖像視頻技術

3．1視頻技術

雖然視頻技術發展的時間較短，但是產品應用范圍已經很大，與MPEG壓縮技術結合的產品已開始進入家庭。視頻技術包括視頻數字化和視頻編碼技術兩個方面。

視頻數字化是將模擬視頻信號經模數轉換和彩色空間變換轉為計算機可處理的數字信號，使得計算機可以顯示和處理視頻信號。目前采樣格式有兩種:Y:U:V4:1:1和Y:U:V4:2:2，前者是早期產品采用的主要格式，Y:U:V4:2:2格式使得色度信號采樣增加了一倍，視頻數字化后的色彩、清晰度及穩定性有了明顯的改善，是下一代產品的發展方向。

視頻編碼技術是將數字化的視頻信號經過編碼成為電視信號，從而可以錄制到錄像帶中或在電視上播放。對于不同的應用環境有不同的技術可以采用。從低檔的游戲機到電視臺廣播級的編碼技術都已成熟。

3.2圖像壓縮技術

圖像壓縮一直是技術熱點之一，它的潛在價值相當大，是計算機處理圖像和視頻以及網絡傳輸的重要基礎，目前ISO制訂了兩個壓縮標準即JPEG和MPEG。JPEG是靜態圖像的壓縮標準,適用于連續色調彩色或灰度圖像。它包括兩部分:一是基于DPCM(空間線性預測)技術的無失真編碼，一是基于DCT(離散余弦變換)和哈夫曼編碼的有失真算法。前者圖像壓縮無失真，但是壓縮比很小，目前主要應用的是后一種算法，圖像有損失但壓縮比很大，壓縮20倍左右時基本看不出失真。

MJPEG是指MotionJPEG，即按照25幀/秒速度使用JPEG算法壓縮視頻信號，完成動態視頻的壓縮。

MPEG算法是適用于動態視頻的壓縮算法，它除了對單幅圖像進行編碼以外還利用圖像序列中的相關原則，將幀間的冗余去掉，這樣大大提高了圖像的壓縮比例。通常保持較高的圖像質量而壓縮比高達100倍。MPEG算法的缺點是壓縮算法復雜，實現很困難。

第四章 多媒體通信系統

1、 體系結構

多媒體通信(multimedia communcations)是在位于不同地理位置的參與者之間召開的一種會議或者進行的交流，通過局域網(LAN)、廣域網(WAN)、內聯網(intranet)、因特網(Internet)或者電話網來傳輸壓縮的數字圖像和聲音信號。像電視那樣的多目標廣播、錄象機那樣的流式播放、電話會議、電視會議、IP電話、可視電話和IP傳真等等都是多媒體通信技術的一些具體的和各有特色的應用。多年來，國際電信聯盟(ITU)為公共和私營電信組織制定了許多多媒體計算和通信系統的推薦標準，以促進各國之間的電信合作。ITU的26個(Series A～Z)系列推薦標準中，與多媒體通信關系最密切的7個系列標準如表4-1所示，三種類型的多媒體通信系統的核心技術標準集如表4-1所示。

表4-1 ITU系列推薦標準

系列名 主要內容

Series G 傳輸系統、媒體數字系統和網絡

Series H 視聽和多媒體系統

Series I 綜合業務數字網(ISDN)

Series J 電視、聲音節目和其他多媒體信號的傳輸

Series Q 電話交換和控制信號傳輸法

Series T 遠程信息處理業務的終端設備

2、網關的功能和結構

網關是一臺功能強大的計算機或者工作站，它擔負線路交換網絡(如電話網絡)和信息包交換網絡(如因特網)之間進行實時的雙向通信，提供異種網絡之間的連通性，它是傳統線路交換網絡和現代IP網絡之的橋梁。

IP電話(見"7.4 IP電話")的出現允許電話呼叫在信息包交換網絡上進行，從而引發一場電信工業的革命。但IP電話在成為主流電話服務的道路上遇到了許多障礙。其中最大的一個問題是在IP電話網絡和公眾交換電話網絡之間缺乏連通性。一個重要的原因是早期的網關存在對IP電話進入主流電話服務的限制。例如，通過網關建立呼叫比較困難，而且需要使用非常規的電話號碼；不同的網關之間的兼容性妨礙呼叫的建立；聲音的質量比較差、有回音以及延遲時間比較長等。這就促進了開發允許IP和PSTN客戶能夠相互通信的網關，其中的一個措施就是提高網關的處理能力。低檔的網關有1～6個端口，典型地使用高檔奔騰處理器的PC機方案，提供媒體處理、呼叫控制和信息包的處理等網關功能。高檔網關把網關功能分散到幾個處理器來實現，這叫做計算機基電話集成(computer-telephony integration，CTI)平臺，可提供100多個端口。

網關的基本功能可歸納為三種：

(1) 轉換協議(translating protocols)：網關作為一個解釋器，使不同的網絡能夠建立聯系，例如，允許PSTN和H.323網絡相互對話以建立和清除呼叫。

(2) 轉換信息格式(converting information formats)：不同的網絡使用不同的編碼方法，網關將對信息進行轉換，使異種網絡之間能夠自由地交換信息，例如聲音和電視。

(3) 傳輸信息(transferring information)：負責在不同網絡之間傳輸信息。

網關的主要部件包括：

(1) 線路交換網絡(switched-circuit network，SCN)接口卡，這是一種典型的T1/E1或者叫做PRI ISDN線路接口卡，它們與線路交換網絡進行通信。主速率接口(primary rate interface，PRI)由23個B通道和一個64 kb/s的D通道組成，叫做23B＋D，相當于T1線的帶寬。

(2) 數字信號處理器(digital signal processors，DSP)卡，它執行的任務包括聲音信號的壓縮和回音的取消等。

(3) 網絡接口(network interfaces)卡，它用來與H.323網絡進行通信，典型的網絡卡包括10/100BaseT網絡接口卡(network interface cards，NIC)，或者把它們的功能集成到主機板上。

(4) 控制處理器(control processor)，它協調其他網關部件的所有活動，這個部件通常是在系統的主機板上。

網關的主要軟件包括：

(1) 執行所有網關基本功能和選擇功能的網關軟件。例如，H.323網關平臺(Gateway Platform)執行轉換協議、轉換消息格式和傳輸信息等基本功能，支持聲音壓縮、協議轉換、實時的傳真解調/再調制以及執行H.323系列協議。

(2) 特定網關的應用軟件，它執行自定義的功能以及管理和控制功能。

3、會務器的功能和結構

會務器(gatekeepers)是用于連接IP網絡上的H.323電視會議客戶，是電視會議的關鍵部件之一，許多人把它當作電視會議的"大腦"。它提供授權和驗證、保存和維護呼叫記錄、執行地址轉換而不需要你去記憶IP地址、監視網絡、管理帶寬以限制同時呼叫的數目從而保證電視會議的質量、以及提供與現存系統的接口。會務器的功能一般都是用軟件來實現。會務器的功能分成兩個部分：基本功能和選擇功能。

會務器必須要提供的基本功能包括：

"地址轉換(Address Translation)：使用一種可由注冊消息(Registration messages)更新的轉換表，把別名地址轉換成傳輸地址(Transport Address)。這個功能在線路交換網絡上的電話企圖呼叫IP網絡上的PC時顯得尤其重要，在確定網關地址時也很重要。

準入控制(Admissions Control)：使用準入請求/準入確認/準入拒絕ARQ/ARC/ARJ(Admission Request, Confirm and Reject)消息，對訪問局域網進行授權。H323標準規定必須要有用來對網絡服務進行授權的RAS消息(RAS messages)，RAS是一個注冊/準入/狀態(Registration/Admission/Status)協議，但它不定義授權存取網絡資源的規則或者政策，因此服務提供者需要會務器來干預現存的授權方法。此外，企業管理人員和服務提供者也許想使用他

自己的標準來授權，例如，根據訂金、信用卡等。

帶寬控制(Bandwidth Control)：支持RAS帶寬消息(RAS bandwidth messages)，即帶寬請求/帶寬確認/帶寬拒絕BRQ/BCF/BRJ(Request, Confirm and Reject)消息，以強制執行帶寬控制。至于如何管理則要根據服務提供者或者企業管理人員的政策來確定。在許多情況下，如果在網絡或者特定的網關不擁擠的

況下，對任何帶寬的請求都應該給予滿足。

區域管理(Zone Management)：用于管理所有已經注冊的H.323端點(endpoint)，為它們提供上面介紹的功能。至于確定哪個終端可以注冊以及地理或者邏輯區域的組成(單個會務器管理的終端、網關和多點控制單元MCU)則由網絡設計人員決定。

會務器提供的選擇功能包括:

呼叫控制信號傳輸方法(Call Control Signalling)：在H.323中有兩種呼叫控制信號傳輸模型：會務器安排呼叫信號傳輸模型(Gatekeeper Routed Call Signaling Model)和直接端點呼叫信號傳輸模型(Direct Endpoint Call Signaling Model)。會務器可根據訪問提供者的要求進行選擇。

呼叫授權(Call Authorization)：會務器可根據服務提供者指定的條件對一個給定的呼叫進行授權或者拒絕。其條件可包括會議時間、預定的服務類型、對受限網關的訪問權限或者可用的帶寬等。

帶寬管理(Bandwidth Management)：根據服務提供者指定的帶寬分配確定是否有足夠的帶寬用于呼叫。

呼叫管理(Call Management)：提供智能呼叫管理。會務器維護一種H.323呼叫表以指示被呼叫終端是否處于忙狀態，并為帶寬管理(Bandwidth Management)功能提供信息。

會務器的結構

會務器通常設計成內外兩層，如圖4-8所示。會務器的內層叫做核心層，它由執行H.323協議堆的軟件和實現多點控制單元MCU(multipoint control unit)功能的軟件組成，有的軟件開發公司把它叫做H.323會務器核心功能部件。MCU的主要功能是連接多條線路并自動或者在會議主持人的指導下手動交換電視號。會務器的外層由許多應用程序的接口組成，用于連接網絡上現有的許多服務。外層軟件

淺談如何學習DSP軟件開發(dsp怎么學)

學習DSP（數字信號處理）軟件開發需要一定的基礎知識和系統學習的方法。以下是一些建議：

1.基礎知識：

在學習DSP軟件開發之前，建議先建立一些基礎知識，包括：

-數字信號處理基礎：理解信號和系統、時域和頻域分析等基本概念。

-數學基礎：熟悉離散數學、線性代數、微積分等數學概念。

-編程基礎：具備一定的編程基礎，最好熟悉C語言。

2.學習DSP算法：

-DSP算法學習是關鍵，了解常用的數字濾波器、快速傅里葉變換（FFT）等算法。

-可以學習使用MATLAB等工具進行模擬和仿真，加深對DSP算法的理解。

3.DSP開發環境：

-選擇一款DSP芯片，了解其架構和技術規格。

-學習DSP開發工具的使用，如CCS（CodeComposerStudio）等。

4.實際項目：

-參與實際的DSP項目，通過實踐提升技能。

-可以參加一些開源項目或者自己動手做一些小項目，鍛煉DSP軟件開發能力。

5.在線資源：

-利用在線資源，包括學術論文、教材、開發手冊等，擴展對DSP領域的了解。

-加入相關的社區和論壇，與其他DSP開發者交流經驗。

總體而言，學習DSP軟件開發需要堅實的理論基礎和實際動手能力。通過系統學習、實際項目經驗和不斷提升，可以逐漸成為熟練的DSP軟件開發工程師。

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數字化家庭是未來智能小區系統的基本單元。所謂“數字化家庭”就是基于家庭內部提供覆蓋整個家庭的智能化服務，包括數據通信、家庭娛樂和信息家電控制功能。 數字化家庭設計的一項主要內容是通信功能的實現，包括家庭與外界的通信及家庭內部相關設施之間的通信。從現在的發展來看，外部的通信主要通過寬帶接入。intenet，而家庭內部的通信，筆者采用目前比較具有競爭力的藍牙(bluetootlh)無線接入技術。 傳統的數字化家庭采用pc進行總體控制，缺乏人性化。筆者根據人工情感的思想設計一種配備多種外部傳感器的智能機器人，將此智能機器人視作家庭成員，通過它實現對數字化家庭的控制。 本文主要就智能機器人在數字化家庭醫療保健方面的應用進行模型設計，在智能機器人與醫療儀器和控制pc的通信采用藍牙技術。整個系統的成本較低，功能較為全面，擴展應用非常廣闊，具有極大的市場潛力。2 智能機器人的總體設計 2．1 智能機器人的多傳感器系統 機器人智能技術中最為重要的相關領域是機器人的多感覺系統和多傳感信息的集成與融合[1]，統稱為智能系統的硬件和軟件部分。視覺、聽覺、力覺、觸覺等外部傳感器和機器人各關節的內部傳感器信息融合使用，可使機器人完成實時圖像傳輸、語音識別、景物辨別、定位、自動避障、目標物探測等重要功能；給機器人加上相關的醫療模塊(ccd、camera、立體麥克風、圖像采集卡等)和專用醫療傳感器部件，再加上醫療專家系統就可以實現醫療保健和遠程醫療監護功能。智能機器人的多傳感器系統框圖如圖1所示。 2．2 智能機器人控制系統 機器人控制系統包含2部分：一是上位機，一般采用pc，它完成機器人的運動軌跡規劃、傳感器信息融合控制算法、視覺處理、人機接口及遠程處理等任務；二是下位機，一般采用多單片機系統或dsp等作為控制器的核心部件，完成電機伺服控制、反饋處理、圖像處理、語音識別和通信接口等功能。 如果采用多單片機系統作為下位機，每個處理器完成單一任務，通過信息交換和相互協調完成總體系統功能，但其在信號處理能力上明顯有所欠缺。由于dsp擅長對信號的處理，而且對此智能機器人來說經常需要信號處理、圖像處理和語音識別，所以采用dsp作為智能機器人控制系統的控制器[2]。 控制系統以dsp(tms320c54x)為核心部件，由藍牙無線通信、gsm無線通信(支持gprs)、電機驅動、數字羅盤、感覺功能傳感器(視覺和聽覺等)、醫療傳感器和多選一串口通信(rs-232)模塊等組成，控制系統框圖如圖2所示。 (1)系統通過驅動電機和轉向電機控制機器人的運動，轉向電機利用數字羅盤的信息作為反饋量進行pid控制。 (2)采用愛立信(ericsson)公司的rokl01007型電路作為藍牙無線通信模塊，實現智能機器人與上位機pc的通信和與其他基于藍牙模塊的醫療保健儀器的通信。 (3)支持gprs的gsm無線通信模塊支持數據、語音、短信息和傳真服務，采用手機通信方式與遠端醫療監控中心通信。 (4)由于tms320c54x只有1個串行口，而藍牙模塊、gsm無線模塊、數字羅盤和視覺聽覺等感覺功能傳感器模塊都是采用rs一232異步串行通信，所以必須設計1個多選一串口通信模塊進行轉換處理。當tms320c54x需要藍牙無線通信模塊的數據時通過電路選通；當t~ms320c54x需要某個傳感器模塊的數據時，關斷上次無線通信模塊的選通，同時選通該次傳感器模塊。這樣，各個模塊就完成了與1~ms320c54x的串口通信。3 主要醫療保健功能的實現 智能機器人對于數字化家庭的醫療保健可以提供如下的服務： (1)醫療監護 通過集成有藍牙模塊的醫療傳感器對家庭成員的主要生理參數如心電、血壓、體溫、呼吸和血氧飽和度等進行實時檢測，通過機器人的處理系統提供本地結果。 (2)遠程診斷和會診 通過機器人的視覺和聽覺等感覺功能，將采集的視頻、音頻等數據結合各項生理參數數據傳給遠程醫療中心，由醫療中心的專家進行遠程監控，結合醫療專家系統對家庭成員的健康狀況進行會診，即提供望(視頻)、聞、問(音頻)、切(各項生理參數)的服務[3]。 3．1機器人視覺與視頻信號的傳輸 機器人采集的視頻信號有2種作用：提供機器人視覺；將采集到的家庭成員的靜態圖像和動態畫面傳給遠程醫療中心。 機器人視覺的作用是從3維環境圖像中獲得所需的信息并構造出環境對象的明確而有意義的描述。視覺包括3個過程： (1)圖像獲取。通過視覺傳感器(立體影像的ccd camera)將3維環境圖像轉換為電信號。 (2)圖像處理。圖像到圖像的變換，如特征提取。 (3)圖像理解。在處理的基礎上給出環境描述。 通過視頻信號的傳輸，遠程醫療中心的醫生可以實時了解家庭成員的身體狀況和精神狀態。智能機器人根據醫生的需要捕捉適合醫療保健和診斷需求的圖像，有選擇地傳輸高分辨率和低分辨率的圖像。在醫療保健的過程中，對于圖像傳送有2種不同條件的需求： (1)醫生觀察家庭成員的皮膚、嘴唇、舌面、指甲和面部表情的顏色時，需要傳送靜態高清晰度彩色圖像；采用的方法是間隔一段時間(例如5分鐘)傳送1幅高清晰度靜態圖像。 (2)醫生借助動態畫面查看家庭成員的身體移動能力時，可以傳送分辨率較低和尺寸較小的圖像，采用的方法是進行合理的壓縮和恢復以保證實時性。 3．2機器人聽覺與音頻信號的傳輸 機器人采集的音頻信號也有2種作用：一是提供機器人聽覺；二是借助于音頻信號，家庭成員可以和醫生進行溝通，醫生可以了解家庭成員的健康狀況和心態。音頻信號的傳輸為醫生對家庭成員進行醫療保健提供了語言交流的途徑。 機器人聽覺是語音識別技術，醫療保健智能機器人帶有各種聲交互系統，能夠按照家庭成員的命令進行醫療測試和監護，還可以按照家庭成員的命令做家務、控制數字化家電和照看病人等。 聲音的獲取采用多個立體麥克風。由于聲音的頻率范圍大約是300hz一3400hz，過高或過低頻率的聲音在一般情況下是不需要傳輸的，所以只用傳送頻率范圍在1000hz-3000hz的聲音，醫生和家庭成員就可以進行正常的交流，從而可以降低傳輸音頻信號所占用的帶寬，再采用合適的通信音頻壓縮協議即可滿足實時音頻的要求。智能機器人的聽覺系統如圖3所示。3．3各項生理信息的采集與傳輸 傳統檢測設備通過有線方式連到人體上進行生理信息的采集，各種連線容易使病人心情緊張，從而導致檢測到的數據不準確。使用藍牙技術可以很好地解決這個問題，帶有藍牙模塊的醫療微型傳感器安置在家庭成員身上，盡量使其不對人體正常活動產生干擾，再通過藍牙技術將采集的數據傳輸到接收設備并對其進行處理。 在智能機器人上安裝1個帶有藍牙模塊的探測器作為接收設備，各種醫療傳感器將采集到的生理信息數據通過藍牙模塊傳輸到探測器，探測器有2種工作方式：一是將數據交給智能機器人處理，提供本地結果；二是與internet連接(也可以通過gsm無線模塊直接發回)，通過將數據傳輸到遠程醫療中心，達到醫療保健與遠程監護的目的。視頻和音頻數據的傳輸也采用這種方式。智能機器人的數據傳輸系統如圖4所示。 4 藍牙模塊的應用 4．1藍牙技術概況 藍牙技術[4]是用于替代電纜或連線的短距離無線通信技術。它的載波選用全球公用的2．4ghz(實際射頻通道為f=2402 k×1mhz，k=0，1，2，…，78)ism頻帶，并采用跳頻方式來擴展頻帶，跳頻速率為1600跳/s。可得到79個1mhz帶寬的信道。藍牙設備采用gfsk調制技術，通信速率為1mbit/s，實際有效速率最高可達721kbit/s，通信距離為10m，發射功率為1mw；當發射功率為100mw時，通信距離可達100m，可以滿足數字化家庭的需要。 4．2藍牙模塊 rokl01007型藍牙模塊[5]是愛立信公司推出的適合于短距離通信的無線基帶模塊。它的集成度高、功耗小(射頻功率為1mw)，支持所有的藍牙協議，可嵌入任何需要藍牙功能的設備中。該模塊包括基帶控制器、無線收發器、閃存、電源管理模塊和時鐘5個功能模塊，可提供高至hci(主機控制接口)層的功能。單個藍牙模塊的結構如圖5所示。 4．3主，從設備硬件組成 藍牙技術支持點到點ppp(point-t0-point pro-tocol)和點對多點的通信，用無線方式將若干藍牙設備連接成1個微微網[6]。每個微微網由1個主設備(master)和若干個從設備(slave)組成，從設備最多為7臺。主設備負責通信協議的動作，mac地址用3位來表示，即在1個微微網內可尋址8個設備(互聯的設備數量實際是沒有限制的，只不過在同一時刻只能激活8個，其中1個為主，7個為從)。從設備受控于主設備。所有設備單元均采用同一跳頻序列。 將帶有藍牙模塊的微型醫療傳感器作為從設備，將智能機器人上的帶有藍牙模塊的探測器作為主設備。主從設備的硬件主要包括天線單元、功率放大模塊、藍牙模塊、嵌入式微處理器系統、接口電路及一些輔助電路。主設備是整個藍牙的核心部分，要完成各種不同通信協議之間的轉換和信息共享，以及同外部通信之間的數據交換功能，同時還負責對各個從設備的管理和控制。 5 結束語 隨著社會的進步，經濟的發展和人民生活水平的提高，越來越多的人需要家庭醫療保健服務。文中提出的應用于數字化家庭醫療保健服務的智能機器人系統的功能較為全面，且在家用智能機器人、基于藍牙技術的智能家居和數字化醫院等方面的拓展應用非常廣闊，具有極大的市場潛力。 更多論文請到文秘雜燴網

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數控專業畢業論文

數控技術和數控裝備是制造工業現代化的重要基礎。這個基礎是否牢固直接影響到一個國家的經濟發展和綜合國力，關系到一個國家的戰略地位。因此，世界上各工業發達國家均采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業。

在我國，數控技術與裝備的發展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數控領域，以PC平臺為基礎的國產數控系統，已經走在了世界前列。但是，我國在數控技術研究和產業發展方面亦存在不少問題，特別是在技術創新能力、商品化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數控領域沿著可持續發展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數控研究開發部門和生產廠家所面臨的重要任務。

為完成此任務，首先必須確立符合中國國情的發展道路。為此，本文從總體戰略和技術路線兩個層次及數控系統、功能部件、數控整機等幾個具體方面探討了新世紀的發展途徑。

1 總體戰略

制定符合中國國情的總體發展戰略，對21世紀我國數控技術與產業的發展至關重要。通過對數控技術和產業發展趨勢的分析和對我國數控領域存在問題的研究，我們認為以科技創新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續發展道路將是一種符合我國國情的發展數控技術和產業的總體戰略。

1.1 以科技創新為先導

中國數控技術和產業經過40多年的發展，從無到有，從引進消化到擁有自己獨立的自主版權，取得了相當大的進步。但回顧這幾十年的發展，可以看到我們在數控領域的進步主要還是按國外一些模式，按部就班地發展，真正創新的成分不多。這種局面在發展初期的起步階段，是無可非議的。但到了世界數控強手如林的今天和知識經濟即將登上舞臺的新世紀，這一常規途徑就很難行通了。例如，在國外模擬伺服快過時時，我們開始搞模擬伺服，還沒等我們占穩市場，技術上就已經落后了；在國外將脈沖驅動的數字式伺服打入我國市場時，我們就跟著搞這類所謂的數字伺服，但至今沒形成大的市場規模；近來國外將數字式伺服發展到用網絡（通過光纜等）與數控裝置連接時，我們又跟著發展此類系統，前途仍不樂觀。這種老是跟在別人后面走，按國外已有控制和驅動模式來開發國產數控系統，在技術上難免要滯后，再加上國外公司在我國境內設立研究所和生產廠，實行就地開發、就地生產和就地銷售，使我們的產品在性能價格比上已越來越無多大優勢，因此要進一步擴大市場占有率，難度自然就很大了。

為改變這種現狀，我們必須深刻理解和認真落實“科學技術是第一生產力”的偉大論斷，大力加強數控領域的科技創新，努力研究具有中國特色的實用的先進數控技術，逐步建立自己獨立的、先進的技術體系。在此基礎上大力發展符合中國國情的數控產品，從而形成從數控系統、數控功能部件到種類齊全的數控機床整機的完整的產業體系。這樣，才不會被國外牽著鼻子，永遠受別人的制約，才有可能用先進、實用的數控產品去收復國內市場，打開國際市場，使中國的數控技術和數控產業在21世紀走在世界的前列。

1.2 在商品化上狠下工夫

近幾年我國數控產品雖然發展很快，但真正在市場上站住腳的卻不多。就數控系統而言，國產貨仍未真正被廣大機床廠所接受，因此出現國產數控系統用于舊機床改造的例子較多，而裝備新機床的卻很少，機床廠出產的國產數控機床大多數用的都是國外的系統。這當然不是說舊機床的數控化改造不重要，而是說明從商品的角度看，我們的數控系統與國外相比還存在相當大的差距。

影響數控系統和數控機床商品化的主要因素除技術性能和功能外，更重要的就是可靠性、穩定性和實用性。以往，一些數控技術和產品的研究、開發部門，所追求的往往是一些體現技術水平的指標（如多少通道、多少軸聯動、每分鐘多少米的進給速度等等），而對影響實用性的一些指標和一些小問題卻不太重視，在產品的穩定性、魯棒性、可靠性、實用性方面花的精力相對較少。從而出現某些產品鑒定時的水平都很高，甚至也獲各種大獎。但這些高指標、高性能的產品到用戶哪兒卻由于一些小問題而表現不盡人意，最后喪失了信譽，打不開市場。這說明，高指標、高性能的樣機型的產品離用戶真正需要的實用、可靠的商品是有相當大的距離的，將一個高指標、高性能的產品變為一個有市場的商品還需作出大量艱苦的努力。

另一方面，數控系統和數控機床不像家電類產品那樣易于大批量生產，應用環境也不那么簡單。數控產品是在生產環境中使用，面臨的是五花八門的工藝問題。如果開發部門對這些問題掌握得不透，就難以將產品設計得很完善。而且數控產品的某些問題在開發、試用，甚至鑒定時都難以發現。這就造成，同樣型號的數控機床在有的用戶那兒運行得很好，而在別的用戶那兒卻表現欠佳。或者同樣型號的數控機床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件時卻不盡人意。出現這種情況，有時是用戶操作人員的水平問題，但有時就是數控產品本身潛在問題的暴露。為解決這一問題，國外一些公司設立了專門機構來測試考驗自己的產品，如為考驗新開發的數控系統，廠家自己設計和從生產實際中收集了大量零件程序，讓數控系統運行各種各樣的程序，一旦發現問題，即立即反饋給開發部門予以解決。經過這樣的測試考驗過程后，數控系統的潛在問題就大為減少。以往，我們的產品就很少進行這樣嚴格的全面的自我測試考驗。好些問題要等到用戶去給我們挑出來。這樣，即使一個小問題也將嚴重影響國產數控產品的聲譽。

因此，我們應充分重視上述問題，在商品化上切實狠下工夫，將其作為數控產業的主干來抓，貫穿于技術研究、產品開發、試制、生產等的全過程中，從而將我們已有的技術水平較高的數控產品變成真正有市場的好商品。

1.3 將管理和營銷作為產業發展重點

經過20來年市場風雨的沖擊，國人已越來越認識到，技術固然重要，但在市場經濟的環境下，要在激烈的全球競爭中獲勝，管理和營銷就顯得更為重要。例如，我國臺灣生產的數控機床不但占領了大陸市場的相當大的份額，而且還打進了美國市場。是臺灣數控機床的技術和質量超過美國了嗎？顯然不是。那他們靠的是什么？重要的一條就是在企業管理和產品營銷上下了工夫。而我們長期以來把主要精力放在開發技術和提高水平上，忽視了經營管理、市場開拓、產品營銷等方面的工作，結果在新技術、新產品開發出來以后，在產品質量提高以后，企業仍然處于產品銷售不暢的困境〔1〕。國內外的經驗說明，數控產品的競爭力不僅取決于技術，更取決于經營管理能力和營銷能力。

因此，從現在起我們應將管理和營銷作為產業發展重點，真正擺脫計劃經濟時代所遺留下來的思維方式和工作習慣的束縛，建立適應市場的高效、靈敏的運行機制和有效的激勵機制。通過這種機制，一方面切實加強企業管理，激發企業負責人和廣大職工的負責精神、創造精神和獻身精神，努力提高產品的競爭能力；另一方面充分調動企業內外、行業內外一切積極因素，大力加強市場開拓力度，奮力打通營銷渠道。可以堅信，有過硬競爭力的產品，再加上北京開關廠那樣的“找、掙、鉆、搶”精神，我們就一定能在市場競爭中取得勝利。

1.4 大力加強技術支持和服務

數控系統和數控機床作為典型的高技術產品，對用戶的技術支持和服務是相當重要的。以前國產數控產品喪失信譽的原因，除可靠性問題外，另一大問題就是缺乏有力的技術支持和服務。用戶花了很多錢買的數控機床或數控系統，一旦出現問題卻叫天天不應，叫地地不靈，以后誰還敢買我們的產品。因此，應將對用戶的技術支持和服務當成重要的日常工作來抓，使我們在市場上向縱深挺進時，有一個強大后方。因此，為了取得數控產品市場競爭的全面勝利，必須建立以技術支持和服務為核心的強大后方。當然，為贏得主動，后方也須主動出擊。目前，利用先進的信息技術手段（如網絡和多媒體），將為建立新一代立體化的技術支持和服務體系開辟新的途徑。

1.5 堅持可持續發展道路

可持續發展是下一世紀企業發展的重要戰略，我國數控產業要有大的發展也必須堅持走可持續發展的道路。綠色是實現可持續發展的重要途徑，其主要思想是清潔和節約。為此應大力加強綠色數控產品的開發，加速促進數控產品、數控產業以及整個制造業的綠色化，主要戰略措施應考慮以下幾方面：①有效減少產品制造及使用過程中的環境污染。如減少數控機床的鑄件結構，消除鑄造對環境的污染；將數控機床主軸的潤滑以油氣潤滑、噴油潤滑等取代油霧潤滑，減少對生產環境的污染；在精密數控機床及其運行環境的溫度控制中取消氟利昂制冷的恒溫技術；以電傳動代替機械傳動，減少噪聲污染。②大幅度降低資源消耗和能源消耗。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗及污染，并減少產品壽命結束后硬件裝置的拆卸回收問題；以永磁驅動代替感應驅動，提高效率和功率因數，節約能源；以電傳動代替機械傳動，提高效率，減少能源消耗。③加強用數控技術改造傳統機床。這既符合運用信息技術和自動化技術改造傳統產業，使傳統產業生產技術和裝備現代化這一產業可持續發展的目標得以實現，又可取得巨大的經濟效益。我國擁有普通機床數百萬臺，加強用數控技術改造傳統機床將成為下世紀我國數控領域的重要發展方向。 ④大力發展綠色數控機床。綠色數控機床應是材料消耗少、能耗低、無污染，壽命長且便于拆卸回收的新型機床。例如，以并聯結構代替串聯結構就是開發綠色數控機床的一條途徑，這是因為并聯結構機床消耗的金屬材料僅為常規串聯結構機床的幾分之一，其加工量也比常規機床大幅度減少，特別是消除了大型結構件的鑄造，這將顯著降低機床制造過程中的能源消耗和對環境的污染。此外，并聯結構機床有利于采用電傳動，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。

國際標準化組織制定了ISO14000環境管理標準，全球環境問題“法律化”的趨勢正在進一步發展，可持續發展將成為企業通向國際市場的通行證〔2〕。因此，我們的數控產品要在下一世紀走向國際市場，我們的企業就必須“從我做起，從現在做起”。

2 技術途徑

2.1 發展具有中國特色的新一代PC數控系統

數控系統是各類數控裝備的核心，因此通過科技創新首先發展具有中國特色的新型數控系統，將是推動數控產業化進程的有效技術途徑。

實踐證明，10年來我們所走的PC數控道路是完全正確的。PC機（包括工業PC）產量大、價格便宜，技術進步和性能提高很快，且可靠性高（工業PC主機的MTBF已達30年〔3〕）。因此，以其作為數控系統的軟硬件平臺不但可以大幅度提高數控系統的性能價格比，而且還可充分利用通用微機已有軟硬件資源和分享計算機領域的最新成果，如大容量存儲器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯網通訊等。此外，以通用微機作為數控平臺還可獲得快速的技術進步，當PC機升級換代時，數控系統也可相應升級換代，從而長期保持技術上的優勢，在競爭中立于不敗之地。

目前，PC數控系統的體系結構有2種主要形式：（1）專用數控加PC前端的復合式結構；（2）通用PC加位控卡的遞階式結構。另外還有一種正在發展的數字化分布式結構。其方案是將由DSP等組成的數字式伺服通過以光纜等為介質的網絡與數控裝置連接起來，組成一完整的數控系統。這種系統雖然性能很好，但由于開發和生產成本太高，近期難以被國內廣大用戶所接受。我們認為，上述結構并不是符合中國國情的最好方案，適合中國國情的應是將所有數控功能全軟件化的集成式結構，因為這種結構的硬件規模最小，不但有利于降低系統成本，而且更重要的是可以有效提高系統的可靠性。

幾十年的經驗表明，可靠性好壞是國產數控系統能否發展的關鍵。雖然影響數控系統可靠性的因素很多，但過大的硬件規模和較低的硬件制造工藝水平往往對可靠性造成最大的威脅。以往，國產數控系統在總體設計時由于種種原因的限制，不得不選用技術指標不太高的普通CPU，這樣，為完成數控的復雜功能往往需要由多個CPU來組成系統，有時還需另加一些專用或通用硬件電路來實現數控系統的一些高實時性功能（如細插補、位置伺服控制等），從而造成系統硬件規模龐大。對于數控系統這種批量不大的產品，在國內現有工藝條件下，很難從硬件制造的角度保證系統的可靠性，因而使得國產數控系統在生產現場的表現不佳，對國產數控系統的形象和聲譽造成嚴重影響，使得不少用戶現在還心有余悸。

因此，我們在開發新型數控系統時，應優先選用新型高性能CPU（如高主頻的Pentium II、Pentium III等）作為系統的運算和控制核心，并盡量用軟件來實現數控的所有功能。這樣，可大幅度減小系統硬件的規模。此外，還應在軟件設計、電源設計、接插件設計與選用、接地與屏蔽設計和施工等方面采用強抗擾高可靠性設計與制造技術，從而全面提高系統的可靠性。

由于一個新型高性能CPU可以代替數十個普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平臺上不僅可以完成數控系統的基本功能（如信息處理、刀補計算、插補計算、加減速控制等）和開關量控制功能（內裝PLC），而且還可以完成伺服控制功能。這樣，以前由DSP完成的數字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量變換控制等）均可由PC中的CPU完成，從而實現內裝式伺服控制，這不僅有效縮小了數控部分的硬件規模，而且還大幅度縮小了伺服控制部分硬件規模。

這種具有內裝PLC和內裝伺服控制的全軟件化集成式數控系統，其硬件規模將達到最小化，整個數控系統除一個PC平臺外，剩下的只有驅動機床運動的功率接口和反饋接口。這既有效提高了系統可靠性，又消除了信息傳遞瓶頸，提高了系統性能，同時還可顯著降低系統成本，使系統（包括電機）售價將可降至現有數控系統的一半左右。顯然，這種高性能、高可靠性、低成本的新型數控系統將具有極強的競爭力，有望為開創中國數控的新局面作出貢獻。

此外，集成化PC數控系統還有一大優點，就是容易實現開放式結構。這是因為，這種系統的硬件本身已經是完全開放的，構成開放式數控系統的工作完全在軟件上，只要制定好標準和協議，從信息處理、軌跡插補、加減速控制、開關量控制到伺服控制都可以實現開放，從而可大大方便用戶的使用。

2.2 推進數控功能部件的專業化生產

解決數控系統問題后，如何實現數控機床的模塊化設計與制造便是我國機床制造企業快速響應市場需求，在競爭中獲勝的另一關鍵。要實現數控機床的模塊化設計制造，必須解決數控機床功能部件的專業化生產問題。目前我國在這方面離實際需求還有相當大的差距。因此，在今后的若干年內，我們必須大力促進數控機床功能部件的開發和專業化生產。其要點如下：

(1)新型永磁電主軸單元 電主軸已成為國際市場上最熱門的數控機床功能部件。但目前這類產品幾乎都為感應異步型，存在以下突出問題：①轉子上存在繞組，有大電流流過，因此轉子發熱嚴重，直接影響主軸精度；②低速出力小且轉矩脈動大，難以滿足寬范圍切削要求；③效率和功率因素低，不僅電機體積和重量大而且要求逆變器容量大、耗能多；④控制系統復雜、成本高。

因此，利用我國稀土永磁材料的優勢，開發新型大功率、高效率、寬調速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現有電主軸存在的問題，形成具有中國特色的新一代電主軸產品。由于永磁電主軸的機械結構和控制系統都較感應異步型電主軸簡單，因此易于進行專業化大規模生產。當然，這還要攻克主軸支承（陶瓷軸承、流體動靜壓軸承、磁懸浮軸承）技術、高精度高速動平衡技術、高速驅動、檢測與控制技術、高可靠性安全保證技術等關鍵技術。

(2)廉價的高性能伺服系統 目前，一套進給交流伺服系統（驅動器+電機）的價格一般都在萬元以上，主軸伺服系統的價格高達數萬元，已成為降低國產數控機床成本的一大障礙。因此，應配合新型集成化國產數控系統的發展，大力開發廉價的高性能內裝式伺服系統。由于內裝式伺服的硬件部分只有電機和功率接口，充分利用我國的永磁資源優勢，通過專業化生產可以把電機的造價降下來，而采用智能化的IPM模塊作為功率接口也很便宜，因此將內裝式進給伺服的價格控制在數千元以內，將內裝式主軸伺服的價格控制在2萬元以內，將是完全可能的。

(3)直線交流伺服系統 直線交流伺服系統是下一世紀數控機床不可缺少的功能部件，目前我國還沒有成熟產品，因此應加強研究、開發和推廣應用。考慮到常規機床的防磁問題較難解決，而并聯機床的防磁相對容易，因此可為常規結構機床開發感應異步型直線電機，為并聯結構機床開發永磁同步型直線電機，從而揚長避短，構成符合實際應用要求的新型高速高精度進給系統。在此基礎上，可進一步開發將驅動與支承合二為一的磁懸浮工作臺。

(4)零傳動數控轉臺與擺頭 數控轉臺與擺頭是多坐標數控機床的關鍵部件，傳統的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達到高速加工所需的速度和精度，因而必須另辟蹊徑開發新型零傳動（無機械傳動鏈）數控轉臺和擺頭，以促進我國高速高精度多坐標數控機床的發展。

(5)高速高精度檢測裝置 高速高精度是下世紀數控機床發展的主題，這不但需要高性能的控制和驅動，同時還需要高品質的檢測環節，因此應在現有技術基礎上，進一步開發0.1 μm以上精度的高速(60 m/min以上)線位移傳感器和100萬脈沖/r的角位移傳感器，此類技術國外對我國是封鎖的。

2.3 加速數控機床的全國產化，打好市場翻身仗

數控產業化的最終成功將體現在數控機床的全國產化和市場占有率上。在上述總體戰略指導下，采取抓兩頭（低價位數控機床和高速高效數控機床）、帶中間（普通數控機床）、促重型（重型關鍵裝備）的方針，將是在國內市場上快速收復失地，在國際市場上穩步進軍，最終打贏國產數控機床市場翻身仗的一種有效戰術和策略。關于普通數控機床的發展已有許多文章作了專門論述，因此下面僅就低價位數控機床、高速高效數控機床和重型數控機床的發展問題作一討論。

(1)大力發展低價位數控機床 低價位機床是功能滿足用戶要求(無功能浪費)、技術指標適中、可靠性好、價格便宜的普及型數控機床。這類機床已成為國際市場上數控機床的發展趨勢之一，也是國內眾多用戶渴求的產品，其市場前景相當廣闊。然而，如果采用國外數控系統（包括伺服）按照傳統思路來發展低價位機床，是很難將價格降至廣大用戶所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化國產數控系統來發展高性能的低價位數控機床，將是一條最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此構成的全國產普及型數控車床的售價完全可以控制在10萬元以內，三坐標數控銑床可控制在15萬元左右，加工中心可控制在20萬元左右。此價位的國產數控機床將是具有較強競爭力的。

(2)加速開發高速高效數控機床 高速高效是數控機床發展的另一大潮流。發展高速高效數控機床的技術途徑可有以下幾條：①通過提高切削速度和進給速度，從而達到成倍提高生產效率，有效提高零件的表面加工質量和加工精度并解決常規加工難以解決的某些特殊材料（如鋁鈦合金、模具鋼、淬硬鋼）和特殊形狀零件（如復雜薄壁零件）的高效加工問題。②通過工藝復合，減少工件的安裝次數，有效縮短搬運和裝夾時間。例如，將五面五軸加工中心與立車復合構成萬能加工中心，可實現一次裝卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圓周銑加工孔和以螺旋軌跡插補實現不鉆底孔的直接攻絲等新加工方法，大幅度減少換刀次數，提高加工效率。④為數控機床開發智能尋位加工功能，消除對精密夾具和人工找正的依賴，有效縮短單件小批加工的準備時間。

在我國現實條件下如果沿用傳統思路是難以實現上述途徑的，因此，必須立足國情，結合實際勇于創新，大膽探索新的道路。 考慮到常規數控機床在總體結構上基本上采用工件和刀具沿各自導軌共同運動的方案，一方面由于機床傳動環節剛性不足和導軌中的摩擦阻力較大，使運動部件難以獲得高的進給速度；另一方面由于工件、夾具和工作臺的總質量比較大，使之難以獲得高的加速度。此外，傳統機床結構是一種串聯開鏈結構，組成環節多、結構復雜，并且由于存在懸臂部件和環節間的聯接間隙，不容易獲得高的總體剛度，因此難以適應高速高效加工的特殊要求。為此，開發國產高速高效數控機床時，可采用工件固定，以直線電機組成并聯短鏈直接驅動主軸和刀具運動、將高速高精度傳動與高剛度支撐合二為一的適合于高速高效加工中心的新型結構。采用該結構的高速高效數控機床不但速度高、剛度高，如果在傳動與控制上處理得當，可以達到比常規機床更高的加工精度和加工質量，而且具有機械結構簡單，零部件通用化、標準化程度高，制造成本低，易于經濟化批量生產等顯著優點。因此，沿此思路發展高速高效數控機床將是一條符合國情、易于取得成功的道路。

(3)突破重型數控機床的設計制造技術 重型數控機床（特別是多坐標重型數控機床）是國民經濟和國防生產中的重大關鍵設備，屬于戰略物資，真正先進的重型數控機床國外是不可能賣給我們的，因此，在我國下世紀數控產品的發展中必須依靠自己的力量進行解決。發展重型數控機床必須有過硬的基礎，我們在數控機床國產化的進程中應不斷總結經驗，加強基礎技術和關鍵技術研究，充分發揮我國產學研相結合的優勢，各部門通力合作、共同努力，爭取在下世紀初取得突破性進展。

目前，在發展重型數控機床中除需加強基礎理論研究外，還應加強其關鍵技術研究。例如，重型機床的控制就是需要加以特殊解決的關鍵問題。因重型機床加工的工件特別昂貴不允許報廢，為了確保機床工作可靠，在數控系統中可采用雙（或多）CPU冗余工作方案，以確保運算和控制的絕對正確，并在出現故障時自動診斷、自動修復或自動替補，確保加工不出問題。此外，在電源上可采取雙蓄電池供電的全隔離供電方案，即一組電池在給系統供電時，可對另一組電池進行充電，電網與控制系統是完全隔離的。這就徹底消除了重型車間中電網電壓波動厲害、干擾嚴重對數控系統造成的影響，從而有效保證系統的可靠性。又如，重型數控機床的驅動也是一大關鍵問題。當行程長度超過5 m，普通滾珠絲桿就難以勝任大負荷的傳動，因此目前一般采用預加負載的雙齒輪-齒條機構、靜壓蝸桿-蝸母條機構、四足（或雙足）爬行進給機構等來實現長行程傳動。但這些方案存在結構復雜、速度和加速度低、動態性能差、難以達到高精度、維護保養復雜等問題。為此可發展陣列式高效直線電機直接驅動技術和空間并聯機構驅動技術，以新的途徑來解決重型數控機床的高速、高精度驅動問題。除此之外，機床結構的優化設計、長行程精密檢測、重力變形補償、切削力變形補償、熱變形補償等也是重型數控機床中必須解決的關鍵問題，必須予以充分重視。

3 結語

制定符合中國國情的總體發展戰略，確立與國際接軌的發展道路，對21世紀我國數控技術與產業的發展至關重要。本文在對數控技術和產業發展趨勢的分析，對我國數控領域存在的問題進行研究的基礎上，對21世紀我國數控技術和產業的發展途徑進行了探討，提出了以科技創新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續發展道路的總體發展戰略。在此基礎上，研究了發展新型數控系統、數控功能部件、數控機床整機等的具體技術途徑。

我們衷心希望，我國科技界、產業界和教育界通力合作，把握好知識經濟給我們帶來的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴峻挑戰，為在21世紀使我國數控技術和產業走向世界的前列，使我國經濟繼續保持強勁的發展勢頭而共同努力奮斗！

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