航天通信毕业论文

机电一体化技术的应用与发展前景 摘要:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。 关键词:机械工业;机电一体化;数控;模块化 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。 在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电 一体化”为特征的发展阶段。 一、机电一体化的核心技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处 理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下 几方面着手。 (一)机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。 (二)传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵 敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰 有着直接的关系。为了避免电干扰,目前 有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信 息传感器来说,目前主要发展非接触型检 测技术。 (三)信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、 信息处理设备(特别是微型计算机)的普 及应用紧密相连。为进一步发展机电一体 化,必须提高信息处理设备的可靠性,包 括模/数转换设备的可靠性和分时处理 的输入输出的可靠性,进而提高处理速 度,并解决抗干扰及标准化问题。 (四)驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用,但 在快速响应和效率等方面还存在一些问 题。目前,正在积极发展内部装有编码器 的电机以及控制专用组件-传感器-电 机三位一体的伺服驱动单元。 (五)接口技术 为了与计算机进行通信,必须使数据 传递的格式标准化、规格化。接口采用同 一标准规格不仅有利于信息传递和维修, 而且可以简化设计。目前,技术人员正致 力于开发低成本、高速串行的接口,来解 决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕 器的大容量化、小型化、标准化等问题。 (六)软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为 了减少软件的研制成本,提高生产维修的 效率,要逐步推行软件标准化,包括程序 标准化、程序模块化、软件程序的固化、推 行软件工程等。 二、机电一体化技术的主要应用领域 (一)数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40 年的发展,在结构、功能、操作和控制精度 上都有迅速提高,具体表现在: 1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即 采用多C PU、多主总线的体系结构。 2、开放性设计,即硬件体系结构和功 能模块具有层次性、兼容性、符合接口标 准,能最大限度地提高用户的使用效益。 3、W O P技术和智能化。系统能提供 面向车间的编程技术和实现二、三维加工 过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊 控制等智能机制。 4、大容量存储器的应用和软件的模 块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也 加强了C N C系统的控制功能。 5、能实现多过程、多通道控制,即具 有一台机床同时完成多个独立加工任务 或控制多台和多种机床的能力,并将刀具 破损检测、物料搬运、机械手等控制都集 成到系统中去。 6、系统的多级网络功能,加强了系统 组合及构成复杂加工系统的能力。 7、以单板、单片机作为控制机,加上专 用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。 (二)计算机集成制造系统(CIMS) C IM S的实现不是现有各分散系统 的简单组合,而是全局动态最优综合。它 打破原有部门之间的界线,以制造为基干 来控制“物流”和“信息流”,实现从经营 决策、产品开发、生产准备、生产实验到生 产经营管理的有机结合。企业集成度的提 高可以使各种生产要素之间的配置得到 更好的优化,各种生产要素的潜力可以得 到更大的发挥。 (三)柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统是计算机化的制造系 统,主要由计算机、数控机床、机器人、料 盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。 它可以随机地、实时地、按量地按照装配 部门的要求,生产其能力范围内的任何工 件,特别适于多品种、中小批量、设计更改 频繁的离散零件的批量生产。 (四)工业机器人 第1代机器人亦称示教再现机器人, 它们只能根据示教进行重复运动,对工作 环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活 性;第2代机器人带有各种先进的传感元 件,能获取作业环境和操作对象的简单信 息,通过计算机处理、分析,做出一定的判 断,对动作进行反馈控制,表现出低级智 能,已开始走向实用化;第3代机器人即智 能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂 的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独 立行动,与第5代计算机关系密切。 三、机电一体化技术的发展前景 纵观国内外机电一体化的发展现状 和高新技术的发展动向,机电一体化将朝 着以下几个方向发展。 (一)智能化 智能化是机电一体化与传统机械自 动化的主要区别之一,也是21世纪机电 一体化的发展方向。近几年,处理器速度 的提高和微机的高性能化、传感器系统的 集成化与智能化为嵌入智能控制算法创 造了条件,有力地推动着机电一体化产品 向智能化方向发展。智能机电一体化产品 可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取 代制造工程中人的部分脑力劳动。 (二)系统化 系统化的表现特征之一就是系统体 系结构进一步采用开放式和模式化的总 线结构。系统可以灵活组态,进行任意的 剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调 控制和综合管理。表现特征之二是通信功 能大大加强,一般除R S232等常用通信 方式外,实现远程及多系统通信联网需要 的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一 体化更加注重产品与人的关系,如何赋予 机电一体化产品以人的智能、情感、人性 显得越来越重要。机电一体化产品还可根 据一些生物体优良的构造研究某种新型 机体,使其向着生物系统化方向发展。 (三)微型化 微型机电一体化系统高度融合了微 机械技术、微电子技术和软件技术,是机 电一体化的一个新的发展方向。国外称微 电子机械系统的几何尺寸一般不超过 1cm 3,并正向微米、纳米级方向发展。由于 微机电一体化系统具有体积小、耗能小、 运动灵活等特点,可进入一般机械无法进 入的空间并易于进行精细操作,故在生物 医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国 防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利 用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在 实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 (四)模块化 模块化也是机电一体化产品的一个 发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。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、电气接 口、动力接口、信息接口的机电一体化产 品单元是一项复杂而重要的事,它需要制 订一系列标准,以便各部件、单元的匹配 和接口。机电一体化产品生产企业可利用 标准单元迅速开发新产品,同时也可以不 断扩大生产规模。 (五)网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化 有重大影响,使其朝着网络化方向发展。 机电一体化产品的种类很多,面向网络的 方式也不同。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。 (六)绿色化 工业的发达使人们物质丰富、生活舒 适的同时也使资源减少,生态环境受到严 重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化 是时代的趋势,其目标是使产品从设计、 制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极 小,资源利用率极高。机电一体化产品的 绿色化主要是指使用时不污染生态环境, 报废时能回收利用。绿色制造业是现代制 造业的可持续发展模式。 综上所述,机电一体化是众多科学技 术发展的结晶,是社会生产力发展到一定 阶段的必然要求。它促使机械工业发生战 略性的变革,使传统的机械设计方法和设 计概念发生着革命性的变化。大力发展新 一代机电一体化产品,不仅是改造传统机 械设备的要求,而且是推动机械产品更新 换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业 的必由之路。 参考文献: 1、李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003. 2、芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004. 3、王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化,2006(6). 4、章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7). 5、梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯,2007(9).

刚刚过去的20世纪，是人类科学技术飞速发展的时代，也是航天技术飞速发展的时期，半个多世纪以来，航天技术对人类社会的发展做出了巨大贡献。与此同时，中国的航天事业也取得了举世瞩目的辉煌成就。下面我将回顾中国航天事业的历史成就，展望未来发展，并简要介绍中国在航天领域开展的国际合作。 一、中国航天事业取得的成就 经过51年的发展，我国航天事业已经形成了六个能力——进入空间的能力、卫星研制能力、载人航天能力、深空探测能力、航天基础与保障能力，以及卫星应用能力。 1、进入空间的能力 中国长征运载火箭具备了吨的近地轨道、吨的同步转移轨道的运载能力，能够发射世界上绝大多数商业卫星。1996年10月以来，长征火箭已经连续60次发射成功。 至今，长征火箭进行了102次飞行，将87颗国产卫星和6艘飞船、28颗国外商用卫星送入预定轨道。前50次发射用了28年，后50次仅用了9年并且全部发射成功。未来我们将迎来新一轮高密度发射。 2、卫星研制与运行能力 目前我国已经拥有通讯、遥感、资源、导航定位、气象、科学实验、海洋七个卫星系列。在通信卫星方面：1984年，中国第一颗地球静止轨道试验通信卫星东方红二号发射成功，此后我们先后发射了东方红二号甲实用通信卫星、东方红三号中等通信容量的广播卫星。今年，我们用东方红四号(DFH-4)大型静止轨道卫星平台，为尼日利亚成功研制并在发射了大容量通信卫星。东方红四号平台设计寿命15年，输出功率 KW，适用于大容量通信广播、电视直播卫星等。它的成功研制，标志着中国卫星研制达到了新的高度。 在遥感卫星方面：20世纪80年代至今，我们已经形成了气象卫星、资源卫星、海洋卫星等三个遥感卫星系列。 ——气象卫星：中国在上世纪80年代发射了首颗“风云1号”太阳同步轨道气象卫星，90年代发射了“风云二号”地球静止轨道气象卫星。两种气象卫星均实现了稳定的业务化应用，并被世界气象组织列入业务应用卫星序列。 ——地球资源卫星：上世纪90年代，中国和巴西合作开发了第一代中巴“资源1号”卫星，之后我们自行研制了第二代中国“资源二号”卫星，获得了更高的时间分辨率和空间分辨率。这些卫星均已实现业务化运行，广泛用于经济建设的各领域。 ——海洋卫星：进入21世纪，我们先后发射了海洋-1A和1B两颗海洋探测与监测卫星，用于海洋污染监测，海冰预报，海岸带特征调查、海洋资源探测等。两颗卫星获取的海洋基础信息在发展我国海洋事业中发挥了重要作用。 在返回式卫星方面：从1975年至今，我们成功发射和回收了5种类型、21颗返回式卫星。利用返回式卫星，我们开展了资源调查、地图测绘、地质调查等遥感应用，并为国内外用户进行了100多项微重力和空间环境条件下的材料、生命科学实验，以及农作物种子搭载试验等。 在导航卫星方面：从上世纪90年代开始，我们采用双星定位技术和较少的资金投入，自主研制、建设了第一代“北斗”区域导航卫星系统。这一系统已具备了在中国及周边地区范围内的定位、授时功能，可提供区域性全天候导航定位服务。 在科学技术试验卫星方面：40多年来先后发射了10颗科学技术试验类卫星，形成了科学试验卫星系列。这些卫星在空间环境探测、空间科学试验和新技术试验等方面，发挥了积极的作用。至今，我国自行研制和发射了80多颗人造地球卫星。未来，中国航天器的发射数量将大大增加，技术水平将不断提高。 3、载人航天的能力 1999年月11月，我国成功发射了第一艘无人飞船，2003年10月15日，中国神舟5号飞船圆满完成了我国首次载人飞行，标志着中国独立掌握了载人航天技术。2005年10月12～17日，两名航天员圆满完成神舟六号飞行任务，实现了2人5天、航天员直接参与空间科学实验活动的新跨越。 神舟飞船采用了三舱一段结构，两对太阳电池翼构型，升力控制返回和圆顶降落伞回收方案，飞船轨道舱兼具生活舱，可驻留轨道数月开展空间科学探测和技术试验。从神舟二号到五号，四个轨道舱的上百种仪器进行了对地观测、空间科学实验。这项工程形成了100多项具有自主知识产权的新技术、新方法。 4、深空探测的能力 实施月球探测工程是中国向深空探测迈出的第一步。这一工程分三个阶段实施。在第一阶段，发射在月球200公里轨道运行的月球卫星——嫦娥1号，它的任务是拍摄月表三维照片，分析月球上多种元素的分布，探测月壤厚度，探测地月空间环境。嫦娥1号已进入发射准备阶段，计划2007年10月发射，在轨运行一年。完成第一阶段工程后，将实施第二、第三阶段工程。 5、航天基础与保障能力 ——经过51年的发展，中国航天已具备较强的设计能力、加工制造能力、完备的测试和试验能力、可靠的发射能力、有效的测控管理能力，形成了较完整的航天工业体系 ——在发射场方面，建设了酒泉、西昌和太原发三个射场。为配合新一代运载火箭计划，正在论证在海南建设新的发射场。 ——在测控通信领域，建立了覆盖国家本土、太平洋和非洲地区的航天测控网，基本满足了航天活动的测控需要。 ——在地面和应用系统方面，建成了中国遥感卫星地面站、国家卫星气象中心、国家卫星海洋应用中心和中国资源卫星应用中心等卫星地面和应用系统。在载人航天、月球探测等领域，也建成了配套的专业工程体系。 6.空间应用能力 几十年来，中国的航天事业在国民经济和社会发展中发挥了重要的促进作用，形成了广泛的空间应用的能力。例如：通信卫星承担了几十套电视节目、30路对外广播和8000多部卫星电话的传输任务，使电视人口覆盖率由68%增加到90%以上，全国500多个大中城市开通了长途自动拨号电话，基本改变了新疆、青海、云南、贵州等边远地区及海防海岛收视难、通信难的状况。政府利用“村村通”卫星直播平台，解决了全国10万个行政村的电视覆盖盲点。依靠通信卫星电视广播网播出教育节目，使3千多万人接受了大中专电视教育，远程教育网培养的大学毕业生已达200多万人，现有1600多万人在校学习。卫星遥感已在我国气象、地矿、测绘、农林、水利、海洋、环保、区域和城市规划等方面得到广泛应用。利用卫星遥感对洪水、干旱、台风、地震、森林火灾、病虫害等进行预报和评估，每年减少数百亿元自然灾害造成的损失。 中国进行了300多种农作物种子卫星搭载试验，完成了50多个品系大面积种植推广，经过太空育种的种子，可比原有品种增产10%-20%。利用空间微重力的特殊环境，获得了高质量的蛋白质晶体，掌握了有应用前景的空间生物制药技术和方法。 二、中国航天事业的未来发展 去年10月，中国政府发布了《2006年中国的航天》白皮书，描述了未来五年及较长一个时期，我国航天事业的发展目标和主要任务。未来一段时间，我们将重点实施下面五项重大工程。 一是继续实施载人航天工程。重点突破航天员出舱活动、空间飞行器交会对接等重大关键技术，为建立具有一定应用规模的有人照料、长期在轨飞行的空间实验室奠定基础。2008年我们将发射神舟七号飞船，突破航天员出舱活动。 二是实施月球探测工程。发射“嫦娥1号”后，将实施探月工程第二、第三阶段计划，2013年左右，完成月面软着陆探测；在2020年前，发射小型采样返回舱，采集月球样品返回地球，进行深入研究。 三是启动并实施高分辨率对地观测系统工程。将在天基、近空间、空基不同层次进行大气、陆地、海洋的综合观测，形成全天候、全天时、稳定运行的对地观测能力，并可根据需要对特定地区进行高精度观测，满足立体观测和高分辨率观测的需要。 四是完善“北斗”导航试验卫星系统。自主研制并建成12颗卫星组成的区域导航定位系统，满足中国及周边地区用户需求；在此基础上，进一步扩展到由30多颗不同轨道卫星组成的全球卫星导航定位系统，获得高精度授时和用户位置报告能力。 五是研制新一代无毒、无污染和大推力的运载火箭。使近地轨道运载能力从吨提高到25吨，同步转移轨道运载能力从吨提高到14吨。新型火箭预计在2013年左右投入使用。 三、积极推进国际合作，为维护世界和平力做贡献 和平利用外层空间，造福全人类，是中国发展航天事业的宗旨。坚持“平等互利、和平利用、共同发展”是我们开展航天合作的原则。目前，我国与俄罗斯、欧洲空间局等几十个国家和国际组织建立了良好的航天合作关系，先后与60多个国家和组织开展了双边、区域、多边以及商业服务等多种形式的广泛空间合作。例如，我国已为国外客户成功发射28颗卫星；我国与巴西成功研制了中巴资源卫星；我国参加了欧洲伽俐略导航卫星项目，并与欧洲成功实施了双星探测项目。今年中国航天局与俄罗斯航天局签署了中俄火星探测合作协议。我们还为尼日利亚研制和发射了大容量通信卫星。作为重要的航天国家，中国加入了多个国际航天组织，并在联合国及有关组织的外空事务中发挥着重要作用。 结语 过去五十年，中国航天事业取得了举世瞩目的成就；未来十五年，中国航天事业将面临更多的挑战，也充满了难得的发展机遇，中国航天将进入更快发展的新时期。太空属于人类，航天需要合作。我们愿意与世界各国共同推进航天领域的国际合作，为人类和平利用太空贡献力量！