控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

【摘 要】機(jī)械電子工程專業(yè)是通過學(xué)習(xí)現(xiàn)代機(jī)械科學(xué)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)、機(jī)電一體化應(yīng)用技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，掌握機(jī)械、電子信息和計(jì)算機(jī)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)及相關(guān)理論和方法。學(xué)生畢業(yè)后可從事現(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用及技術(shù)管理等工作。

【關(guān)鍵詞】控制理論 控制工程 機(jī)械電子工程

科技的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，從某種意義上來講，促進(jìn)了機(jī)械電子行業(yè)的發(fā)展。但是隨著市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)的不斷加強(qiáng)，對(duì)于機(jī)械電子工程而言，又將面臨一場(chǎng)新的挑戰(zhàn)，對(duì)此必須引起足夠的重視。在對(duì)機(jī)械電子工程充分了解的同時(shí)，必須掌握外在的發(fā)展環(huán)境。信息時(shí)代的到來，大大推動(dòng)了機(jī)械工程的發(fā)展，尤其是電子信息工程的建立，更是加速了兩者的結(jié)合統(tǒng)一。機(jī)械電子工程由傳統(tǒng)的能量連接、動(dòng)能連接開始逐漸向智能化的方向發(fā)展，轉(zhuǎn)而向信息連接的方向上發(fā)展，從而使其具有了人工智能化的特點(diǎn)。

一、機(jī)械電子工程的產(chǎn)生

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷變化與發(fā)生，人們生活方式的逐漸改變，促進(jìn)了機(jī)械電子工程這一新型產(chǎn)業(yè)的建立與發(fā)展。它的建立與發(fā)展經(jīng)歷了一系列的復(fù)雜發(fā)展變化，其最早源自于機(jī)械工業(yè)行業(yè)的發(fā)展，隨著人們對(duì)于機(jī)械發(fā)展的要求越來越高，電機(jī)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的出現(xiàn)，這就在一定程度上為其發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展模式下，主要是以手工機(jī)械為主進(jìn)行生產(chǎn)生活活動(dòng)，但是隨著社會(huì)的不斷變革與深化，這種生活方式已經(jīng)很難再適應(yīng)時(shí)代社會(huì)發(fā)展的需要，故此為了改變傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)模式，在信息技術(shù)出現(xiàn)的大背景下，逐漸將機(jī)械與電子信息技術(shù)相結(jié)合，這就促進(jìn)了機(jī)械電子工程的發(fā)展，嚴(yán)格意義上來講，信息時(shí)代的到來正是加快了機(jī)械電子化的發(fā)展，沒有信息技術(shù)就不可能產(chǎn)生機(jī)械電子工程。

二、控制工程學(xué)簡(jiǎn)介

控制工程（control engineering）是處理自動(dòng)控制系統(tǒng)各種工程實(shí)現(xiàn)問題的綜合性工程技術(shù)?？刂乒こ淌且怨こ炭刂普摓槔碚摶A(chǔ)，綜合應(yīng)用了信息理論和計(jì)算機(jī)理論的相關(guān)概念?？刂乒こ滩痪窒抻谌魏我粋€(gè)工程學(xué)科，在機(jī)械工程、采礦工程、管理工程、航空工程、電氣工程、生物工程、土木工程等工程學(xué)科中都有同樣而廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，控制工程還融合了自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個(gè)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)。其應(yīng)用的控制理論主要有兩種：“古典控制理論”，“現(xiàn)代控制理論”。“古典控制理論”的內(nèi)容主要是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，主要研究單輸入和單輸出線性定常時(shí)不變這類控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題。而“現(xiàn)代控制理論”是在“古典控制理論”的基礎(chǔ)上，以狀態(tài)空間方程為基礎(chǔ)，研究多輸入、多輸出、變參數(shù)、非線性等控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題。隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展，智能機(jī)器人、軋機(jī)系統(tǒng)、先進(jìn)加工控制系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，與控制工程的結(jié)合愈來愈廣泛而密切。

三、機(jī)械電子工程的特點(diǎn)

機(jī)械電子工程，顧名思義與傳統(tǒng)的機(jī)械工程相比較有著明顯的特點(diǎn)：第一，主要是具有明顯的電子信息技術(shù)特征。無論是機(jī)械結(jié)構(gòu)本身還是外在設(shè)計(jì)都充滿了時(shí)代的氣息，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)完全被充分的體現(xiàn)出來，將更多地現(xiàn)代化元素融入機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，使其機(jī)械設(shè)計(jì)不僅僅是單純的機(jī)械工程，可以從多個(gè)角度進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，從而更加能適應(yīng)時(shí)代社會(huì)發(fā)展的需要，更好的促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展。第二，機(jī)械電子工程在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上更加簡(jiǎn)單便捷，操作起來更加容易。但是往往對(duì)于設(shè)計(jì)要求上更加嚴(yán)格，與傳統(tǒng)機(jī)械相比較而言，設(shè)計(jì)必須具有一定的可操作性和創(chuàng)新性。設(shè)計(jì)產(chǎn)品的創(chuàng)新是為了更好的適應(yīng)時(shí)代社會(huì)的進(jìn)步，同時(shí)也是為了更好的符合人們簡(jiǎn)單操作的實(shí)際需要，對(duì)此引起了社會(huì)各界廣大消費(fèi)者的關(guān)注。同時(shí)對(duì)于機(jī)械師而言也提出了更高的要求，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的同時(shí)必須考慮到它的實(shí)用性以及受眾的可接受性，在一定程度上設(shè)計(jì)的創(chuàng)新還可以推動(dòng)機(jī)械行業(yè)的廣泛發(fā)展，很多傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)之所以不能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要就是因?yàn)樵诩夹g(shù)上難以突破創(chuàng)新，將其主要功能不能很好的被充分發(fā)揮出來，設(shè)計(jì)過于簡(jiǎn)單化，機(jī)械難以操作。很多機(jī)械者并不能完全掌握機(jī)械的使用方法與原理，這樣在很大程度上還增加了機(jī)械事故的發(fā)生，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須加強(qiáng)對(duì)其設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新，不斷引入新的元素，真正意義上促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展。

四、機(jī)械電子工程的應(yīng)用

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)機(jī)械電子工程的研究力度不斷地加深，機(jī)械電子工程的應(yīng)用領(lǐng)域不斷地?cái)U(kuò)大，對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械工程來說，它的應(yīng)用領(lǐng)域受到了極大的限制，傳統(tǒng)的機(jī)械工程僅僅只是應(yīng)用在一些比較低級(jí)的和要求不是很高的基礎(chǔ)領(lǐng)域，而隨著時(shí)代的進(jìn)步，這些比較低級(jí)的和要求不是很高的基礎(chǔ)領(lǐng)域會(huì)逐步地淘汰，機(jī)械電子工程將會(huì)取代傳統(tǒng)的機(jī)械工程，它的應(yīng)用領(lǐng)域正好可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的機(jī)械工程的不足，機(jī)械電子工程的應(yīng)用領(lǐng)域不是一些比較低級(jí)的和要求不是很高的基礎(chǔ)領(lǐng)域，而是經(jīng)過改造的比較低級(jí)的和要求不是很高的基礎(chǔ)領(lǐng)域和一些比較高級(jí)的領(lǐng)域。隨著時(shí)代的發(fā)展以及人們對(duì)機(jī)械電子工程的研究力度不斷地加深，機(jī)械電子工程的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)更廣更大。

五、控制理論在機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

伺服系統(tǒng)（servosystem）是將指令信號(hào)精確、快速的轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)。例如，飛機(jī)和船舶的舵角操縱由于所需的力很大，不可能由人力直接操縱，需要伺服系統(tǒng)來完成，伺服系統(tǒng)的作用就是使舵面的轉(zhuǎn)角精確地跟隨駕駛員的操縱動(dòng)作。當(dāng)使用自動(dòng)駕駛方式時(shí)，伺服系統(tǒng)要使舵面轉(zhuǎn)角精確實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛儀輸入的指令。

工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)關(guān)節(jié)，就用到了伺服系統(tǒng)。它的受控過程是機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。采用微處理機(jī)作為控制器。關(guān)節(jié)軸的實(shí)際位置由旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量，轉(zhuǎn)換為電的數(shù)字信號(hào)后，反饋給控制器。微處理機(jī)經(jīng)過控制算法后，輸出控制指令，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換和伺服功率放大，提供給關(guān)節(jié)上的伺服電機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)根據(jù)控制指令驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，直至機(jī)器人運(yùn)動(dòng)達(dá)到輸入?yún)⒖夹盘?hào)設(shè)定的位置為止。

伺服系統(tǒng)是機(jī)電控制系統(tǒng)中典型的一個(gè)重要部分，其應(yīng)用的主要就是控制理論來實(shí)現(xiàn)機(jī)械與電子的相互結(jié)合。

六、結(jié)束語

在現(xiàn)在的社會(huì)狀況下，我們對(duì)機(jī)械電子工程的研究越來越重視，它并不僅僅是一門學(xué)科的研究，對(duì)機(jī)械電子工程的研究更重要的是對(duì)我們現(xiàn)實(shí)生活的重大意義。我們應(yīng)該意識(shí)到對(duì)機(jī)械電子工程研究的投入極為重要，對(duì)機(jī)械電子工程的研究有了很多的發(fā)展，其作用的領(lǐng)域也是越來越廣，其發(fā)展的作用不容忽視。