淺談新型控制策略及其在機械工程中的應(yīng)用

程莉

【摘 要】隨著現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的自動化應(yīng)用也越來越被重視，企業(yè)對自動化程度及自動化所達到的目標(biāo)要求也越來越高。所以，即便工作人員和技術(shù)人員的工作在不斷的摸索著進行，但只要有技術(shù)有一點進步的希望或機械制造上有一點改進的希望技術(shù)人員就會加倍努力將其做到最好。本研究將帶讀者進一步了解一下新型控制策略在機械工程中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】控制策略；計算機；新型控制方法

本研究將為讀者詳盡介紹新型控制策略以及新型控制策略在機械工程中的應(yīng)用。為讀者了解新型控制策略和機械自動化奠定良好的基礎(chǔ)。本文會分別對二者各自的特點進行分析，也會就二者之間的關(guān)系展開探討，這樣不僅可以使新型控制策略在機械工程中得到更好的應(yīng)用，也可以使新型控制策略有更寬廣的發(fā)展空間，使得新型控制策略的應(yīng)用體系越來越完善，加速機械工程的發(fā)展。希望本研究可以對欲在機械工程及相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的讀者有一定的啟示。

1 提高控制策略的重要性

傳統(tǒng)控制策略針對的對象是精確的、不變化且是線性的，其操作條件和運行環(huán)境是確定的、不變的。隨著工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，控制精度和性能要求的提高，必須考慮控制對象參數(shù)乃至結(jié)構(gòu)的變化、非線性的影響、運行環(huán)境的改變以及環(huán)境干擾等時變和不確定因素，現(xiàn)代工業(yè)控制要求達到越來越高的設(shè)計目標(biāo)，并在越來越復(fù)雜和不確定的環(huán)境下進行控制，人們只有從應(yīng)用數(shù)學(xué)、控制理論、工程實踐等不同的角度和起點出發(fā)，對新型控制方法進行研究，才能得到滿意的控制效果。從工程應(yīng)用角度出發(fā)，新型控制策略主要包括：自括應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制、預(yù)測控制、魯棒控制、模糊控制、專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及遺傳算法等。這些控制策略相互之間以及與各咱傳統(tǒng)控制策略之間相互滲透、交叉和結(jié)合，又形成各式各樣的復(fù)合控制策略。

2 專家控制在機械控制中的的重要性

專家控制在機械磨削精度控制中的應(yīng)用在精密絲杠磨削中，為達到高精度的螺距要求，工件的回轉(zhuǎn)運動和軸向運動必須滿足嚴(yán)格的同步，才能達到高精度的螺距要求。這種同步運動在普通螺紋磨床上加工絲杠時，一般靠機械傳動來實現(xiàn)，而且絲杠螺距精度在磨削過程中還受到環(huán)境溫度、工件熱變形、磨削力以及傳動鏈誤差的影響。比較由權(quán)威的就是席光輝等根據(jù)機械傳動鏈的誤差測量、特征計算，設(shè)計一個專家精度控制系統(tǒng)，對絲杠磨削過程實現(xiàn)智能補償控制。其主要設(shè)想是實際磨削加工的動態(tài)環(huán)境下，根據(jù)產(chǎn)生的不同誤差特征，在系統(tǒng)中找到一條與之相適應(yīng)的控制規(guī)則，通過運用規(guī)則得到最補償控制量，使螺距誤差逐漸減小。專家控制方式是盡快糾正偏差，采用開關(guān)模式進行控制。專家，顧名思義就是在某個領(lǐng)域中比較有權(quán)威的人物，掌握的知識量一定比一般人要多并且精，對技術(shù)及方法的改進也有自己獨到的見解。若螺距誤差的趨勢增大，則說明前一次補償控制量不夠，應(yīng)加大補償量來減弱增大的趨勢，采用比例模式控制。若誤差達到某個極值，隨后逐漸減小，應(yīng)減小補償控制量，只是在原來的保持值基礎(chǔ)上增加一個不太大的值，以保持這一輸出值直到誤差反向為止。此專家系統(tǒng)也可應(yīng)用于其他類型的機床加工過程中。

3 預(yù)測控制的應(yīng)用

預(yù)測控制在高速液壓機中的應(yīng)用高壓化、高速化、低能耗、低噪音與智能化問題也已成為不前液壓機的技術(shù)發(fā)展趨勢。但是高速化、高壓化帶來的直接現(xiàn)象就是負(fù)載慣性增大，系統(tǒng)超調(diào)變大，換言之系統(tǒng)精度將下降。通過建立對象的預(yù)測模型，根據(jù)采樣時刻及在此之前幾步系統(tǒng)輸出的歷史數(shù)據(jù)，建立系統(tǒng)輸出一步預(yù)測模型，然后再根據(jù)預(yù)測輸出值計算系統(tǒng)誤差變化率的預(yù)測值，并由此確定控制器輸出，實現(xiàn)“提前控制”。預(yù)測控制適合在掌握的數(shù)據(jù)量較少的情況下應(yīng)用，并能夠精確預(yù)測出欲得到的數(shù)據(jù)。這種方法具有實用性強，計算方法簡單的的優(yōu)點，有很大的發(fā)展空間?；贕M（1，1）模型的灰色預(yù)測方法，依據(jù)對歷史數(shù)據(jù)進行AGO累加生成，建立數(shù)據(jù)列的預(yù)測模型，通過從整體上掌握和預(yù)測系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)列的動態(tài)規(guī)律和發(fā)展趨勢，地系統(tǒng)輸出進行預(yù)測。

4 魯棒控制的應(yīng)用

魯棒控制及其在雙連桿柔性臂軌跡跟蹤中的應(yīng)用控制系統(tǒng)的魯棒性是指系統(tǒng)的某種性能或某個指標(biāo)在某種擾動下保持不變的程度（或?qū)Ω蓴_不敏感的程度）。一個控制系統(tǒng)是否具有魯棒性是它能否可靠地應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵。柔性機械臂是一個強耦合、非線性、時變的多輸入多輸出分布參數(shù)系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的固有特點是其大幅整體運動與小幅彈性振動的耦合，并且具有逆運動學(xué)不確定性及多種不確定因素，其動力學(xué)行為相當(dāng)復(fù)雜，針對這樣一個復(fù)雜的控制地象，同時控制連桿的整體運動及由彈性引起的振動是非常困難的。李元春等用基于假設(shè)模態(tài)法和奇異攝動理論，將系統(tǒng)分為慢變和快變兩個子系統(tǒng)。在設(shè)計慢變子系統(tǒng)控制器時，考慮了由非線性機械結(jié)構(gòu)引起的結(jié)構(gòu)不確定性，利用滑模變結(jié)構(gòu)控制方法設(shè)計了魯棒控制器，魯棒控制系統(tǒng)也是判斷整個系統(tǒng)是否可靠的關(guān)鍵。

5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的應(yīng)用

由于切削過程具有隨機因素多、時變參數(shù)多、非線性程度高特點，難以建立其精確的數(shù)學(xué)模型，用傳統(tǒng)的、基于被控對象精確數(shù)學(xué)模型的控制方法不能獲得良好的控制效果。張英等將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接用作數(shù)控機床智能控制系統(tǒng)的控制器，其設(shè)計的直接作用式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，經(jīng)切深變化實驗表明：淺論新型控制策略及其在機械工程中的應(yīng)用在切深發(fā)生突變這種十分不利的情況下，系統(tǒng)的最大超調(diào)量也只有30%左右，而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始值是隨機發(fā)生的，實驗結(jié)果說明應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制使數(shù)控機床的加工過程控制系統(tǒng)具有很強的處理未知非線性被控對象的能力，而且控制性能良好，自適應(yīng)能力強。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有很大的發(fā)展前景，這方面的人才也將會受到很大的歡迎。

6 結(jié)語

相信讀者們讀了本研究后一定獲得了不少的啟示。當(dāng)然，若想要在機械領(lǐng)域長久的發(fā)展還需要自己不斷的努力加以學(xué)習(xí)。俗話說一分辛苦一分收獲，所有的成功都不是偶然的，只有在平時下了功夫當(dāng)機遇來了的時候才能抓住，并一舉獲得成功。新型控制策略的應(yīng)用也同樣是這個道理，反復(fù)琢磨才會掌握的更精確更細(xì)致，以便于從小的方面下手進行突破。但愿本研究能夠?qū)π滦涂刂撇呗灶I(lǐng)域及機械工程方面的學(xué)者有所幫助。

【參考文獻】

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[責(zé)任編輯：丁艷]