发布时间：2024-09-13 11:30:16 人气：
激发极化法的仪器设备
我国激发极化法测量中主要采用视极化率ηs和视频散率Ps两个参数：电法勘探技术
电法勘探技术
可见其基本观测量都是电位差,因此激发极化法仪器与电阻率法仪器的基本部分大体上一致的。不同的是激发极化法测量的是一定供电时间T和断电时间t时的电位差,是一定频率fD和fG时的电位差,并且通常是由测量仪器直接表示参数ηs和Ps值。因此,要求激发极化仪包含有时间控制电路和归一或计算电路等。此外,直流激发极化与交流激发极化仪器又各有特点。下面分别加以说明。
（一）时间域激发极化法仪器
直流激发极化法仪器分为两个部分：一是供电部分；一是测量部分。
1.直流激发极化仪器的供电部分
由于激发极化法需要测量断电后的二次电位差,其数值较一次电位差小得多,加上为适应野外大面积快速普查及加大勘探深度的需要,供电电源应具有一定的功率。目前以干电池作为供电电源的已不多了,大部分采用的是中等功率（1～2kW）的发送机或大于5kW或10kW的发送机。两者都需要配备发电机组作供电电源,前者体积不是很大,目前野外用得较多,后者体积较大,比较笨重,一般都装在汽车上,用于低电阻率或低极化率地区或大距离供电的观测。
各种直流激发极化法发送机虽然性能、具体电路方面各有不同,但其基本工作原理却大体相同,均可用图2-19所示的简化原理图来说明。发送机一般应包括电源变流器、变压器、整流器、换向器和程序控制器等几个部分。
变流器中主要部分是一个功率振荡器,它将直流电源变换成数百赫兹的中频交流电,然后经变压器（T）升压,再由整流器整流成单向脉动电流。由于其脉动频率远高于激电工作频率,故可看作直流电。它经过换向器后由A、B电极供入地下。由发送机送入地下的电流波形及测量电极间电位差的波形如图2-20所示。
程序控制器的作用,是输出一系列的脉冲以控制各部的工作。下面结合图2-19和图2-20以占空比为1：1和周期为8s的情况为例说明其工作过程。
图2-19 直流激电仪发送机的简化原理图
图2-20 直流激电法的供电电流和测量电极间电位差的波形图
程序控制器发出周期为4s的方波来控制变流器,但其只在方波为正半周时有输出。变流器的输出波形如图2-21（b）所示,它是输出2s、停2s地间断工作。这样便达到了使整流器输出的单向电流也是断续的,如图2-21（c）所示。程序控制器还输出一组脉冲信号,控制换向器的两对开关。例如,在0～2s期间内,开关K1和K2接通,K3和K4断开,整流器输出的正极接A,负极接B,为正向供电；在2～4s内,变流器无输出,供电停止,在此期间,程序控制器使换向器的开关反接（K1、K2断开,K3、K4接通）,为后面2s反向供电做好准备；在4～6s期间内,整流器正极通过开关K3接到B,负极通过开关K4接到A,形成反向供电；在6～8s内又停止供电,且开关K1、K2接通,K3、K4断开,为下一次正向供电做好准备。这样连续地工作就形成正供2s、停2s、反供2s、再停2s的8s供电周期,如图2-21（e）所示。如改变供电周期,只要改变程序控制器输出脉冲的频率便可以了。
图2-19中的电源是由小功率发送机配制的。中功率或大功率的发送机,供电电源一般采用400Hz的中频发电机,不需要变流器便可直接由变压器升压。
2.直流激电仪的测量部分
目前国内较常用的几种直流激电仪的接收机大同小异,基本上都包括测量部分、程序控制部分和电源部分。现以图2-21所示的电位差波形图和图2-22所示框图来说明其工作原理。
图2-21 直流激发极化仪发送机波形图
（a）程序控制器发出的方波；（b）变压器输出的波形；（c）整流器输出的波形；（d）程序控制器发出的控制换向器的波形；（e）AB输出端的波形
图2-22 直流激电仪接收机的原理框图
（1）测量部分
MN电极将电位差ΔU和ΔU2及各种干扰信号一起送入。经过手动自电补偿器,进行一次粗略的极化电位差的补偿。后经前置放大及滤波器,压制50Hz工业电及高频干扰,把有用信号送入主放大器再次放大。并将总场电位差ΔU“归一”到某一电压值,以便直读视极化率。自动自电补偿部分的设置是因双向短脉冲制式连续供电,断电时间很短,来不及再进行手工补偿,加上二次场放电未完及极化电位差的变化等使二次测量之前主放大器输出不为零,自动自电补偿的作用即在断电的末期,（下次供电之前瞬间）跟踪记下残存电位差,由主放大器前加一适当的补偿,使主放大器输出为零。同步整向器的作用是把放大的双向信号经过整向后变为单向信号,以便于测量。为测准随时间变化而信号又较弱的二次电位差ΔU2,许多仪器都采用积分测量方案,即通过积分器记录待测电位差一段时间内的积分值,起到压制干扰的作用。由于主放大器已对ΔU值做了“归一”,则积分器输出便直接显示为视极化率。国外一些仪器亦可直接输出充电率。此外,测量二次电位差时的延迟时间的长短,在各种类型仪器中亦不同,一般普查型接收机只在1～2个延时上测量。用于详细研究激发极化异常的接收机,可由操作人员选择多个延时,用不同的积分时间记录极化率或充电率。这样便可在放电曲线上测得一系列的点,反映激发极化效应的时间特性,为解释激发极化异常提供更多信息。
（2）程序控制部分
程序控制部分的作用是发出一系列脉冲,保证接收机与发送机的动作同步,严格按既定程序工作。常用仪器的程序控制部分均由脉冲信号源、脉冲分配器和执行机三部分组成。其功能如下：
保证在断电后延迟ty秒,积分器开始积分,积分ti秒之后积分器停止工作；在下次供电之前,自动开启自动自电补偿器进行自动跟踪补偿；每供电1次后,开动同步整向器1次。
程序部分的同步方式是利用发送机供入地下的电流信号启动接收机,即所谓的“远点启动”。常用的“远点启动”方式有：利用发送机断开供电电流时,接收机输入信号（总场电位差）的较大电位跃变,触发程序控制器的脉冲信号源,如国产的DWJ-2A型激电仪就采用了这种“远点启动”方式；利用接收器输入信号（总场电位差）来鉴定程序控制器中的一个本机振荡器相位。使它与发送机完全同步,这种同步方式叫作锁相同步,加拿大的M-S型激电仪就采用了这种同步方式。
（3）电源部分
接收机的电源一般都利用普通干电池,经稳压为放大器程序控制部分提供各种电压。
（二）频率域激发极化仪
交流激发极化仪与直流激发极化仪一样,也包括发送部分和测量部分。
1.供电部分（发送部分）
图2-23 交流激电仪发送机的简化方框图
交流激发极化仪的发送部分的任务是把交流或直流供电电源变成超低频交流电供入地下。为测量视频散率,一般要求有两个以上的工作频率,并要求频率稳定,能自稳流,保证不同频率具有相同而稳定的电流。其简化框图如图2-23所示,其中逆变器的作用是把直流供电电流转换为超低频方波电流。稳流器是保证超低频电流稳定,当某种原因使供电电流发生变化时,它能自动调整,仍保持供电电流不变。保护电路的作用是在供电电路电流过大或电压过高时,能即时切断供电电源,以免损坏发送机内部器件；同时,也保证不产生误导通,以便发送机安全工作。程序控制器发出超低频信号、稳流脉冲信号、保护信号,以保证逆变器按需要协同动作、安全可靠。信号源可以由多频振荡器组成,也可由一个主振荡器分频而得,它不仅为程序控制器提供超低频信号,还是程序控制器的时钟脉冲源和稳流脉冲源。上述各部所需低压电源由电池稳压后提供。小功率供电电源可由干电池或蓄电池经变流、升压、整流后提供。较大功率的供电源,多用400Hz中频发电机经升压、整流后提供。
2.接收部分（测量部分）
交流激发极化仪主要用于测量视频散率,也可用于测量交流视电阻率等。由于接收器的输入信号一般是超低频并且是较弱的,常伴有多种干扰,接收机的作用是从输入信号中滤除非工作频率的频谱,对有用信号加以放大、归一、检波,最后送读数电路,从表头或其他显示系统直读视频散率。接收部分的简化框图如图2-24所示。图中前置放大器一般都采用高输入阻抗、低噪声的放大器,常用改变反馈系数的办法适应输入信号的大小,同时,在前置放大器之前常设低通滤波器,用以消除50Hz工业干扰。低通及高通滤波器分别用于消除输入信号中的高次谐波及超低频大地电流干扰。主放大器的作用是把输入信号再放大,使其达到需要值,并把高频电位差ΔUg归一至某一电压值,以便直读视频散率。检波电路的作用是把已经放大滤波的信号变成直流信号送于读数电路。读数电路由比较电路和基准电压组成,可直读视频散率。
图2-24 交流激电仪接收机的原理框图
（三）不极化电极
图2-25 不极化电极的结构
激电法的装备与电阻率法基本相同,故不重复。但在激电法特别是在直流激电法中,需要在断电后观测二次场ΔU2,为了防止在断电期间因测量电极M、N的极差不稳而影响ΔU2的观测质量,所以必须用一对特殊的电极,这种电极常被称作不极化电极。不极化电极的结构如图2-25所示,其特点是铜电极通过硫酸铜溶液间接与地接触,由于M、N两电极处于同一种硫酸铜饱和溶液中,故两电极具有相同的电极电位,其电极极化电位差应等于零。当然,溶液与铜电极不易做到纯度上完全一致,以致电极极化电位差常不等于零,故在电法勘探规范中规定各电极间的极化电位差不得大于±2mV,这一要求通常是能达到的。硫酸铜溶液常是盛在下部未上釉的瓷罐内,电极通过未上釉的部分与地接触,以保证电极的导电性。不极化电极还有其他一些种类,这里就不一一介绍了。
最强越野房车——奔驰乌尼莫克4X4越野房车
乌尼莫克4X4越野房车的变化还是相当明显，我们熟悉的多条幅气格栅被粗壮的单根进气格栅所代替，变得更加有力量感。奔驰的三叉星骄傲的树立在格栅中央。驾驶室延续了经典设计，驾驶室框架结构相同。改装厂在原车金属保险杠的基础做了加装，同时增加了驾驶室铝合金翻滚架以及驾驶室外顶部行李箱。乌尼莫克4X4越野房车保险杠下面还设计了个抽拉式的隐藏梯子，便于对发动机进行检修保养作业。位于车辆驾驶室右侧可以看到涉水套件的硬件部分包括高位进气，高位排气，乌尼莫克千系列标准涉水800mm，由于此车选装了涉水套件，涉水深度达到了1200mm，乌尼莫克军版提供更是高达1500mm的涉水能力。高位进气口有个小灯，用途暂不清楚，笔者推测应该是一个示廓灯的作用。
乌尼莫克4X4越野房车箱体采用三明治结构，墙体厚度55（mm）断桥隔热结构，外蒙皮采用超高强度玻璃钢板材，内层为德国品牌玻璃钢内饰板材，箱体与车架的链接采用的是三点无应力式浮动平衡副梁，保证车辆在极限路面上可以剧烈扭动，而箱体则能逆向缓冲扭力，确保箱体及车内绝对安全。车辆尾部顶部还配有倒车影像系统附有辅助照明，可以选装后绞盘，尾部储物箱，尾部自行车架，尾部油桶架，尾部拖车钩（美式，包括电路改装），尾部沙板+铁楸。
车辆外部配有室外用电接口，压力加水口前置过滤，室外用水接口，侧照明，左侧遮阳棚，室外厨房。简洁而实用的外部设置，能够带来更加舒适的使用体验。
进入车内首先看到的是配有对卡座与电动升降桌的会客区，共配有四条预紧式安全带，满足法规要求所以整车可核载人数为2（驾驶室）+4（生活舱）=6人，一侧还有小型带锁止机构储物柜，左侧配有两个双层夹胶越野房车专用外推窗，提供良好的照明和通风。
朝后卡座的背部是前文说到的贯通舱口，与驾驶室采用柔性连接，卡座靠背采用可拆卸设计。电路系统配有大功率混合供电系统，荷兰进口Victron5KW充逆变一体机，24V500AH(12KWH）磷酸铁锂电池组。德国品牌开关，电流监控器和供电系统紧急开关。
尾部设有L型厨房区域，设有不锈钢洗菜盆带进口冷热水龙头，方便清洗食材进行烹饪美食的前期准备；一旁的嵌入式德国品牌2.1千瓦单眼电磁炉，为车内提供了无明火烹饪的基础；顶部还配有排脱油烟机，防止整个生活区乌烟瘴气。洗菜池下方则是带锁止机构的储物柜以及可以容纳全套德国品牌厨具且带固定的地方，门板则是猜到，水果刀，剪刀的固定架，有了这些装备可以从容处理任何一种好食材。车辆尾部中间的位置上部配有嵌入式西门子微蒸烤一体机，小小身材加上那超高的颜值更是可以制作多种美食，堪称美食大满贯；下部则有嵌入式125L冰箱，对于房车而言，让车主在旅途中吃上可口的饭菜是它的职责所在，有好的设备处理好的食材，自然少不了保持食材新鲜的储存容器--冰箱。
卡座背后还有一台网络液晶电视配有4G盒子，使得旅途生活更加精彩。卡座的靠背采用略带角度的设计，可以提供良好的长途体验；黑夜笼罩大地准备休息时可将桌子降下来与卡座组合一张1900*1050（mm）的小双人床，两个成年人休息略挤，更加适合两个小朋友。顶部配有的天窗既作为采光用途同时是逃生窗，还可以通过这里登上车顶平台，当然也可通过主驾驶一侧的爬梯。会客区的顶部还藏有一张电动升降尺寸为1900*1150（mm）的双人床，可提供两个成年人舒适的睡眠。车辆配有德国Dometic2.4KW带热泵的底置空调，德国Webasto4KW柴油暖风锅炉和正压式新风过滤系统带花粉过滤，有了这些设备的加持可以为车内创造冬暖夏凉的舒适环境。
生活区总控制面板一如往常的设立在了乘客门顶部，逆变器控制面板受空间影响移至了会客区储物柜的上方。会客区另一侧除储物柜外还有出风口和一扇夹胶越野房车专用外推窗，多扇窗的配合给予会客区良好的空气环境以及光线。
新一代乌尼莫克4X4越野房车驾驶室内部变化还是比较大的，一改老款的朴实无华感，采用了更具现代化的设计。主副驾驶之间由于受到中置发动机影响形成一个大鼓包，原厂提供了储物格和座椅两种选择，实拍车辆选择了储物格，毕竟夹在中间坐的真心不舒服。接近平地板设计以及新驾驶室较老款加长了120mm，给予了驾驶室内部较为宽裕的空间。驾驶室与生活舱采用贯通式设计，一来前后交流，二来方便突发情况可以不下车的情况下进入驾驶室。
新一代乌尼莫克千系列共用了梅赛德斯--奔驰Actros卡车的组合仪表盘，12.7cm，带视频功能和仪表台，使得更具现代化以及“豪华感”。中控台的中间是电动玻璃升降的控制开关，以及左右后视镜的调节，中控台上永久电源插座24V/15A。新款乌尼莫克取消了离合踏板，同时采用了节省空间的怀挡设计，搭载的完全同步式电动-气动变速箱带有八个前进挡和六个倒挡，可为车辆提供充沛的牵引力。此外，特殊越野齿轮组配有八个前进挡和八个倒挡，可供低速行驶时使用。这使其具备了操控极为平顺、使用寿命极长以及效率极高的特点。同步电子快速倒挡功能可加快行驶方向的改变速度。主副驾驶均采用空气弹簧座椅，座椅来自知名商用车座椅供应商ISRI（伊斯灵），新的座椅设计在舒适性方面以及位置都较老款有提升，更利于观察仪表盘以及操纵按键。
发动机采用了中置布置的布置形式，更有利于越野机动性。搭载的OM3944缸高压共轨直喷柴油发动机，废气涡轮增压中冷，输出功率为170千瓦（231马力）扭矩高达900牛米2200转/分，满足欧六排放标准带OBD—C，空气压缩机3101/min—18bar，进气管带预滤及空滤，加热式油水分离器，保养间隔1400工作小时。与之相匹配的是UG100E全同步器变速箱，分时四驱气动控制前驱结合。
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IGBT驱动 波形求助
看你波形基本正常，如果**是下管，蓝色是上管驱动的话，有可能是下管动作的时候导致上管E级浮动，导致的共模干扰，把探头双绞，或者用蓄电池的手持示波器可以用来排除这个问题。如果这样还有的话，就是调吸收和驱动电阻了。希望对你有用。
逆变电压改变方法
直流端调压 逆变输出电压的调节由直流电压为可调来实现。这时逆变器仅具有变频功能，而直流侧则具有可控整流的功能（见相控整流电路和直流变换电路）。该功能可由以下电路结构实现：①相控整流电路；②不控整流电路加直流斩波电路；③斩控整流电路；④交流调压电路加不控整流电路。较常用的是前两种。
逆变器内部调压 直流端采用不控整流电路。直流电压不变，逆变输出电压的调节在逆变器内部实现。这时逆变器兼具变频和调压两种功能。这种调压方式较之直流端调压具有主电路结构简单、电网侧功率因数高、电压调节动态响应快等优点，因而得到更多的应用。
逆变电路内部调压功能以调压范围和线性度等工作指标来衡量。但由于在调压过程中也会影响逆变输出电压的谐波含量，而谐波含量的高低对逆变器出端滤波器容量、体积和重量、整机效率、输出功率都有影响，因此在评价各种调压方式时，除了考虑上述调压功能之外，还要兼顾谐波含量的影响。
常见的逆变器内部调压方式有以下两种。
①桥内移相调压方式：图1a为电压型单相逆变电路(见自换流式电压型逆变电路)。各桥臂用自关断元件的通用符号表示，其控制极脉冲分布状态如图1b。由图可见，ug1和ug4、ug2和ug3保持相位互补关系，但ug3和ug2分别引前于ug1和ug4某一电角度θ，该角度在0°～180°范围内连续可调。图1a中虚线框A内两臂称为基准臂，B内两臂则称为移相臂。改变移相臂对基准臂的相位差θ即可改变输出电压波形，从而改变输出电压基波方均根值。对输出电压进行分析，可得式中n为正奇数,τ为脉冲宽度。上式表明，改变参数τ（相当于改变相移角θ）,即可改变各次谐波幅值。其中基波方均根值可表示为桥内移相调压方式的优点是控制简单，调压线性度好，但输出电压谐波含量较大。
②正弦脉宽调制(SPWM)调压方式：仍以单相电压型逆变电路为例（图2a），为简单计，各桥臂仍用自关断元件（如GTO、GTR和Power MOSFET等，若采用普通晶闸管则需附加换流电路），显然，主电路结构与图1完全相同，脉宽调制（英文缩写 PWM）控制方式是高频电力电子电路常用的控制方式。在逆变电路的范围内，它可视为频控方式与斩控方式的结合，其基本思路是使电路中可控元件以远高于逆变器输出频率f的载波频率fc开关工作，而可控元件在每一载波周期(Tc=1/fc)中的占空比D(D=τ/Tc，τ为元件导通时间，即控制极脉冲宽度)则受控于控制信号ug的幅值，因此所谓正弦波脉宽调制（英文缩写SPWM）是指在一个逆变周期T(T=1/f)中
为什么在伏赫并网时不需要伏赫限制
因为并网逆变器输出的电压和频率必须跟当地电网匹配的，这个是基本要求。
伏赫限制器工作原理就是根据整定的最大允许伏赫比Bmax和当前频率计算出当前允许的最高电压UFhBmaxf将其与电压给定值Ug比较取二者中较小值作为计算电压偏差的基准Ub由此调节的结果必然是发电机电压UF≤UFh。
数控专业毕业论文
数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。
为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。
1 总体战略
制定符合中国国情的总体发展战略，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。通过对数控技术和产业发展趋势的分析和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路将是一种符合我国国情的发展数控技术和产业的总体战略。
1.1 以科技创新为先导
中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服快过时时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓的数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。
为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。
1.2 在商品化上狠下工夫
近几年我国数控产品虽然发展很快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产货仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。
影响数控系统和数控机床商品化的主要因素除技术性能和功能外，更重要的就是可靠性、稳定性和实用性。以往，一些数控技术和产品的研究、开发部门，所追求的往往是一些体现技术水平的指标（如多少通道、多少轴联动、每分钟多少米的进给速度等等），而对影响实用性的一些指标和一些小问题却不太重视，在产品的稳定性、鲁棒性、可靠性、实用性方面花的精力相对较少。从而出现某些产品鉴定时的水平都很高，甚至也获各种大奖。但这些高指标、高性能的产品到用户哪儿却由于一些小问题而表现不尽人意，最后丧失了信誉，打不开市场。这说明，高指标、高性能的样机型的产品离用户真正需要的实用、可靠的商品是有相当大的距离的，将一个高指标、高性能的产品变为一个有市场的商品还需作出大量艰苦的努力。
另一方面，数控系统和数控机床不像家电类产品那样易于大批量生产，应用环境也不那么简单。数控产品是在生产环境中使用，面临的是五花八门的工艺问题。如果开发部门对这些问题掌握得不透，就难以将产品设计得很完善。而且数控产品的某些问题在开发、试用，甚至鉴定时都难以发现。这就造成，同样型号的数控机床在有的用户那儿运行得很好，而在别的用户那儿却表现欠佳。或者同样型号的数控机床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件时却不尽人意。出现这种情况，有时是用户操作人员的水平问题，但有时就是数控产品本身潜在问题的暴露。为解决这一问题，国外一些公司设立了专门机构来测试考验自己的产品，如为考验新开发的数控系统，厂家自己设计和从生产实际中收集了大量零件程序，让数控系统运行各种各样的程序，一旦发现问题，即立即反馈给开发部门予以解决。经过这样的测试考验过程后，数控系统的潜在问题就大为减少。以往，我们的产品就很少进行这样严格的全面的自我测试考验。好些问题要等到用户去给我们挑出来。这样，即使一个小问题也将严重影响国产数控产品的声誉。
因此，我们应充分重视上述问题，在商品化上切实狠下工夫，将其作为数控产业的主干来抓，贯穿于技术研究、产品开发、试制、生产等的全过程中，从而将我们已有的技术水平较高的数控产品变成真正有市场的好商品。
1.3 将管理和营销作为产业发展重点
经过20来年市场风雨的冲击，国人已越来越认识到，技术固然重要，但在市场经济的环境下，要在激烈的全球竞争中获胜，管理和营销就显得更为重要。例如，我国台湾生产的数控机床不但占领了大陆市场的相当大的份额，而且还打进了美国市场。是台湾数控机床的技术和质量超过美国了吗？显然不是。那他们靠的是什么？重要的一条就是在企业管理和产品营销上下了工夫。而我们长期以来把主要精力放在开发技术和提高水平上，忽视了经营管理、市场开拓、产品营销等方面的工作，结果在新技术、新产品开发出来以后，在产品质量提高以后，企业仍然处于产品销售不畅的困境〔1〕。国内外的经验说明，数控产品的竞争力不仅取决于技术，更取决于经营管理能力和营销能力。
因此，从现在起我们应将管理和营销作为产业发展重点，真正摆脱计划经济时代所遗留下来的思维方式和工作习惯的束缚，建立适应市场的高效、灵敏的运行机制和有效的激励机制。通过这种机制，一方面切实加强企业管理，激发企业负责人和广大职工的负责精神、创造精神和献身精神，努力提高产品的竞争能力；另一方面充分调动企业内外、行业内外一切积极因素，大力加强市场开拓力度，奋力打通营销渠道。可以坚信，有过硬竞争力的产品，再加上北京开关厂那样的“找、挣、钻、抢”精神，我们就一定能在市场竞争中取得胜利。
1.4 大力加强技术支持和服务
数控系统和数控机床作为典型的高技术产品，对用户的技术支持和服务是相当重要的。以前国产数控产品丧失信誉的原因，除可靠性问题外，另一大问题就是缺乏有力的技术支持和服务。用户花了很多钱买的数控机床或数控系统，一旦出现问题却叫天天不应，叫地地不灵，以后谁还敢买我们的产品。因此，应将对用户的技术支持和服务当成重要的日常工作来抓，使我们在市场上向纵深挺进时，有一个强大后方。因此，为了取得数控产品市场竞争的全面胜利，必须建立以技术支持和服务为核心的强大后方。当然，为赢得主动，后方也须主动出击。目前，利用先进的信息技术手段（如网络和多媒体），将为建立新一代立体化的技术支持和服务体系开辟新的途径。
1.5 坚持可持续发展道路
可持续发展是下一世纪企业发展的重要战略，我国数控产业要有大的发展也必须坚持走可持续发展的道路。绿色是实现可持续发展的重要途径，其主要思想是清洁和节约。为此应大力加强绿色数控产品的开发，加速促进数控产品、数控产业以及整个制造业的绿色化，主要战略措施应考虑以下几方面：①有效减少产品制造及使用过程中的环境污染。如减少数控机床的铸件结构，消除铸造对环境的污染；将数控机床主轴的润滑以油气润滑、喷油润滑等取代油雾润滑，减少对生产环境的污染；在精密数控机床及其运行环境的温度控制中取消氟利昂制冷的恒温技术；以电传动代替机械传动，减少噪声污染。②大幅度降低资源消耗和能源消耗。如以软件代替硬件，从而减少硬件制造的资源和能源消耗及污染，并减少产品寿命结束后硬件装置的拆卸回收问题；以永磁驱动代替感应驱动，提高效率和功率因数，节约能源；以电传动代替机械传动，提高效率，减少能源消耗。③加强用数控技术改造传统机床。这既符合运用信息技术和自动化技术改造传统产业，使传统产业生产技术和装备现代化这一产业可持续发展的目标得以实现，又可取得巨大的经济效益。我国拥有普通机床数百万台，加强用数控技术改造传统机床将成为下世纪我国数控领域的重要发展方向。 ④大力发展绿色数控机床。绿色数控机床应是材料消耗少、能耗低、无污染，寿命长且便于拆卸回收的新型机床。例如，以并联结构代替串联结构就是开发绿色数控机床的一条途径，这是因为并联结构机床消耗的金属材料仅为常规串联结构机床的几分之一，其加工量也比常规机床大幅度减少，特别是消除了大型结构件的铸造，这将显著降低机床制造过程中的能源消耗和对环境的污染。此外，并联结构机床有利于采用电传动，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。
国际标准化组织制定了ISO14000环境管理标准，全球环境问题“法律化”的趋势正在进一步发展，可持续发展将成为企业通向国际市场的通行证〔2〕。因此，我们的数控产品要在下一世纪走向国际市场，我们的企业就必须“从我做起，从现在做起”。
2 技术途径
2.1 发展具有中国特色的新一代PC数控系统
数控系统是各类数控装备的核心，因此通过科技创新首先发展具有中国特色的新型数控系统，将是推动数控产业化进程的有效技术途径。
实践证明，10年来我们所走的PC数控道路是完全正确的。PC机（包括工业PC）产量大、价格便宜，技术进步和性能提高很快，且可靠性高（工业PC主机的MTBF已达30年〔3〕）。因此，以其作为数控系统的软硬件平台不但可以大幅度提高数控系统的性能价格比，而且还可充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等。此外，以通用微机作为数控平台还可获得快速的技术进步，当PC机升级换代时，数控系统也可相应升级换代，从而长期保持技术上的优势，在竞争中立于不败之地。
目前，PC数控系统的体系结构有2种主要形式：（1）专用数控加PC前端的复合式结构；（2）通用PC加位控卡的递阶式结构。另外还有一种正在发展的数字化分布式结构。其方案是将由DSP等组成的数字式伺服通过以光缆等为介质的网络与数控装置连接起来，组成一完整的数控系统。这种系统虽然性能很好，但由于开发和生产成本太高，近期难以被国内广大用户所接受。我们认为，上述结构并不是符合中国国情的最好方案，适合中国国情的应是将所有数控功能全软件化的集成式结构，因为这种结构的硬件规模最小，不但有利于降低系统成本，而且更重要的是可以有效提高系统的可靠性。
几十年的经验表明，可靠性好坏是国产数控系统能否发展的关键。虽然影响数控系统可靠性的因素很多，但过大的硬件规模和较低的硬件制造工艺水平往往对可靠性造成最大的威胁。以往，国产数控系统在总体设计时由于种种原因的限制，不得不选用技术指标不太高的普通CPU，这样，为完成数控的复杂功能往往需要由多个CPU来组成系统，有时还需另加一些专用或通用硬件电路来实现数控系统的一些高实时性功能（如细插补、位置伺服控制等），从而造成系统硬件规模庞大。对于数控系统这种批量不大的产品，在国内现有工艺条件下，很难从硬件制造的角度保证系统的可靠性，因而使得国产数控系统在生产现场的表现不佳，对国产数控系统的形象和声誉造成严重影响，使得不少用户现在还心有余悸。
因此，我们在开发新型数控系统时，应优先选用新型高性能CPU（如高主频的Pentium II、Pentium III等）作为系统的运算和控制核心，并尽量用软件来实现数控的所有功能。这样，可大幅度减小系统硬件的规模。此外，还应在软件设计、电源设计、接插件设计与选用、接地与屏蔽设计和施工等方面采用强抗扰高可靠性设计与制造技术，从而全面提高系统的可靠性。
由于一个新型高性能CPU可以代替数十个普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平台上不仅可以完成数控系统的基本功能（如信息处理、刀补计算、插补计算、加减速控制等）和开关量控制功能（内装PLC），而且还可以完成伺服控制功能。这样，以前由DSP完成的数字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量变换控制等）均可由PC中的CPU完成，从而实现内装式伺服控制，这不仅有效缩小了数控部分的硬件规模，而且还大幅度缩小了伺服控制部分硬件规模。
这种具有内装PLC和内装伺服控制的全软件化集成式数控系统，其硬件规模将达到最小化，整个数控系统除一个PC平台外，剩下的只有驱动机床运动的功率接口和反馈接口。这既有效提高了系统可靠性，又消除了信息传递瓶颈，提高了系统性能，同时还可显著降低系统成本，使系统（包括电机）售价将可降至现有数控系统的一半左右。显然，这种高性能、高可靠性、低成本的新型数控系统将具有极强的竞争力，有望为开创中国数控的新局面作出贡献。
此外，集成化PC数控系统还有一大优点，就是容易实现开放式结构。这是因为，这种系统的硬件本身已经是完全开放的，构成开放式数控系统的工作完全在软件上，只要制定好标准和协议，从信息处理、轨迹插补、加减速控制、开关量控制到伺服控制都可以实现开放，从而可大大方便用户的使用。
2.2 推进数控功能部件的专业化生产
解决数控系统问题后，如何实现数控机床的模块化设计与制造便是我国机床制造企业快速响应市场需求，在竞争中获胜的另一关键。要实现数控机床的模块化设计制造，必须解决数控机床功能部件的专业化生产问题。目前我国在这方面离实际需求还有相当大的差距。因此，在今后的若干年内，我们必须大力促进数控机床功能部件的开发和专业化生产。其要点如下：
(1)新型永磁电主轴单元 电主轴已成为国际市场上最热门的数控机床功能部件。但目前这类产品几乎都为感应异步型，存在以下突出问题：①转子上存在绕组，有大电流流过，因此转子发热严重，直接影响主轴精度；②低速出力小且转矩脉动大，难以满足宽范围切削要求；③效率和功率因素低，不仅电机体积和重量大而且要求逆变器容量大、耗能多；④控制系统复杂、成本高。
因此，利用我国稀土永磁材料的优势，开发新型大功率、高效率、宽调速范围永磁同步型交流电主轴单元，将可有效解决现有电主轴存在的问题，形成具有中国特色的新一代电主轴产品。由于永磁电主轴的机械结构和控制系统都较感应异步型电主轴简单，因此易于进行专业化大规模生产。当然，这还要攻克主轴支承（陶瓷轴承、流体动静压轴承、磁悬浮轴承）技术、高精度高速动平衡技术、高速驱动、检测与控制技术、高可靠性安全保证技术等关键技术。
(2)廉价的高性能伺服系统 目前，一套进给交流伺服系统（驱动器+电机）的价格一般都在万元以上，主轴伺服系统的价格高达数万元，已成为降低国产数控机床成本的一大障碍。因此，应配合新型集成化国产数控系统的发展，大力开发廉价的高性能内装式伺服系统。由于内装式伺服的硬件部分只有电机和功率接口，充分利用我国的永磁资源优势，通过专业化生产可以把电机的造价降下来，而采用智能化的IPM模块作为功率接口也很便宜，因此将内装式进给伺服的价格控制在数千元以内，将内装式主轴伺服的价格控制在2万元以内，将是完全可能的。
(3)直线交流伺服系统 直线交流伺服系统是下一世纪数控机床不可缺少的功能部件，目前我国还没有成熟产品，因此应加强研究、开发和推广应用。考虑到常规机床的防磁问题较难解决，而并联机床的防磁相对容易，因此可为常规结构机床开发感应异步型直线电机，为并联结构机床开发永磁同步型直线电机，从而扬长避短，构成符合实际应用要求的新型高速高精度进给系统。在此基础上，可进一步开发将驱动与支承合二为一的磁悬浮工作台。
(4)零传动数控转台与摆头 数控转台与摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆蜗轮等传动的转台与摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度，因而必须另辟蹊径开发新型零传动（无机械传动链）数控转台和摆头，以促进我国高速高精度多坐标数控机床的发展。
(5)高速高精度检测装置 高速高精度是下世纪数控机床发展的主题，这不但需要高性能的控制和驱动，同时还需要高品质的检测环节，因此应在现有技术基础上，进一步开发0.1 μm以上精度的高速(60 m/min以上)线位移传感器和100万脉冲/r的角位移传感器，此类技术国外对我国是封锁的。
2.3 加速数控机床的全国产化，打好市场翻身仗
数控产业化的最终成功将体现在数控机床的全国产化和市场占有率上。在上述总体战略指导下，采取抓两头（低价位数控机床和高速高效数控机床）、带中间（普通数控机床）、促重型（重型关键装备）的方针，将是在国内市场上快速收复失地，在国际市场上稳步进军，最终打赢国产数控机床市场翻身仗的一种有效战术和策略。关于普通数控机床的发展已有许多文章作了专门论述，因此下面仅就低价位数控机床、高速高效数控机床和重型数控机床的发展问题作一讨论。
(1)大力发展低价位数控机床 低价位机床是功能满足用户要求(无功能浪费)、技术指标适中、可靠性好、价格便宜的普及型数控机床。这类机床已成为国际市场上数控机床的发展趋势之一，也是国内众多用户渴求的产品，其市场前景相当广阔。然而，如果采用国外数控系统（包括伺服）按照传统思路来发展低价位机床，是很难将价格降至广大用户所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化国产数控系统来发展高性能的低价位数控机床，将是一条最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此构成的全国产普及型数控车床的售价完全可以控制在10万元以内，三坐标数控铣床可控制在15万元左右，加工中心可控制在20万元左右。此价位的国产数控机床将是具有较强竞争力的。
(2)加速开发高速高效数控机床 高速高效是数控机床发展的另一大潮流。发展高速高效数控机床的技术途径可有以下几条：①通过提高切削速度和进给速度，从而达到成倍提高生产效率，有效提高零件的表面加工质量和加工精度并解决常规加工难以解决的某些特殊材料（如铝钛合金、模具钢、淬硬钢）和特殊形状零件（如复杂薄壁零件）的高效加工问题。②通过工艺复合，减少工件的安装次数，有效缩短搬运和装夹时间。例如，将五面五轴加工中心与立车复合构成万能加工中心，可实现一次装卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圆周铣加工孔和以螺旋轨迹插补实现不钻底孔的直接攻丝等新加工方法，大幅度减少换刀次数，提高加工效率。④为数控机床开发智能寻位加工功能，消除对精密夹具和人工找正的依赖，有效缩短单件小批加工的准备时间。
在我国现实条件下如果沿用传统思路是难以实现上述途径的，因此，必须立足国情，结合实际勇于创新，大胆探索新的道路。 考虑到常规数控机床在总体结构上基本上采用工件和刀具沿各自导轨共同运动的方案，一方面由于机床传动环节刚性不足和导轨中的摩擦阻力较大，使运动部件难以获得高的进给速度；另一方面由于工件、夹具和工作台的总质量比较大，使之难以获得高的加速度。此外，传统机床结构是一种串联开链结构，组成环节多、结构复杂，并且由于存在悬臂部件和环节间的联接间隙，不容易获得高的总体刚度，因此难以适应高速高效加工的特殊要求。为此，开发国产高速高效数控机床时，可采用工件固定，以直线电机组成并联短链直接驱动主轴和刀具运动、将高速高精度传动与高刚度支撑合二为一的适合于高速高效加工中心的新型结构。采用该结构的高速高效数控机床不但速度高、刚度高，如果在传动与控制上处理得当，可以达到比常规机床更高的加工精度和加工质量，而且具有机械结构简单，零部件通用化、标准化程度高，制造成本低，易于经济化批量生产等显著优点。因此，沿此思路发展高速高效数控机床将是一条符合国情、易于取得成功的道路。
(3)突破重型数控机床的设计制造技术 重型数控机床（特别是多坐标重型数控机床）是国民经济和国防生产中的重大关键设备，属于战略物资，真正先进的重型数控机床国外是不可能卖给我们的，因此，在我国下世纪数控产品的发展中必须依靠自己的力量进行解决。发展重型数控机床必须有过硬的基础，我们在数控机床国产化的进程中应不断总结经验，加强基础技术和关键技术研究，充分发挥我国产学研相结合的优势，各部门通力合作、共同努力，争取在下世纪初取得突破性进展。
目前，在发展重型数控机床中除需加强基础理论研究外，还应加强其关键技术研究。例如，重型机床的控制就是需要加以特殊解决的关键问题。因重型机床加工的工件特别昂贵不允许报废，为了确保机床工作可靠，在数控系统中可采用双（或多）CPU冗余工作方案，以确保运算和控制的绝对正确，并在出现故障时自动诊断、自动修复或自动替补，确保加工不出问题。此外，在电源上可采取双蓄电池供电的全隔离供电方案，即一组电池在给系统供电时，可对另一组电池进行充电，电网与控制系统是完全隔离的。这就彻底消除了重型车间中电网电压波动厉害、干扰严重对数控系统造成的影响，从而有效保证系统的可靠性。又如，重型数控机床的驱动也是一大关键问题。当行程长度超过5 m，普通滚珠丝杆就难以胜任大负荷的传动，因此目前一般采用预加负载的双齿轮-齿条机构、静压蜗杆-蜗母条机构、四足（或双足）爬行进给机构等来实现长行程传动。但这些方案存在结构复杂、速度和加速度低、动态性能差、难以达到高精度、维护保养复杂等问题。为此可发展阵列式高效直线电机直接驱动技术和空间并联机构驱动技术，以新的途径来解决重型数控机床的高速、高精度驱动问题。除此之外，机床结构的优化设计、长行程精密检测、重力变形补偿、切削力变形补偿、热变形补偿等也是重型数控机床中必须解决的关键问题，必须予以充分重视。
3 结语
制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。
我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！
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