機(jī)電控制系統(tǒng)的控制方式分析

夏文娟

（山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250000）

機(jī)電控制系統(tǒng)通過特制的機(jī)電傳感裝置對(duì)各機(jī)電設(shè)施的運(yùn)行過程實(shí)施監(jiān)督和控制操作，該系統(tǒng)之中的控制裝置負(fù)責(zé)分析與比較的工作，并且由專門的執(zhí)行裝置來完成系統(tǒng)中的執(zhí)行環(huán)節(jié)。機(jī)電控制系統(tǒng)的控制方法并不是單一的，可以是兩種方式的結(jié)合，各種方式都具有自己的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，文章就此進(jìn)行了探討。

1 機(jī)電控制的含義與基本要求

機(jī)電控制技術(shù)是控制機(jī)電整體化運(yùn)作與產(chǎn)品制造程序的一項(xiàng)重要技術(shù)，有機(jī)結(jié)合有關(guān)機(jī)電技術(shù)的操作就是機(jī)電一體化的概念。機(jī)電控制系統(tǒng)最主要的特征就是精準(zhǔn)、高速和穩(wěn)定，系統(tǒng)的穩(wěn)定性是保證其穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行還能夠逐漸減少產(chǎn)生的偏差。

2 機(jī)電控制系統(tǒng)的控制方式

2.1 按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方式

目前的機(jī)電控制系統(tǒng)中得到最廣泛應(yīng)用的就是按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方式，被控量是需要在反饋控制系統(tǒng)中被控制的量，給定值和被控量之間的差值是需要測(cè)量的。系統(tǒng)在控制時(shí)以偏差為依據(jù)，被控量與給定值相偏離時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)產(chǎn)生的偏差不斷修正，所以這種閉環(huán)控制方式是按偏差調(diào)節(jié)的，應(yīng)用反饋控制原理來控制被控對(duì)象，調(diào)節(jié)被控對(duì)象和控制裝置間的關(guān)聯(lián)。因?yàn)榉祷氐谋豢亓繒?huì)和給定值相互對(duì)比，所以在反饋通道與前向通道間控制信號(hào)需要不斷的循環(huán)完成閉路傳送，這個(gè)閉合回路就是我們所說的反饋控制或閉環(huán)控制。反饋得到的信號(hào)減去給定值，也就是以偏差為依據(jù)實(shí)施控制，就是負(fù)反饋，相反則是正反饋。利用偏差并采用負(fù)反饋實(shí)施的控制操作就稱為反饋控制，當(dāng)被控量與期望值相偏離而產(chǎn)生偏差時(shí)，無論原因是什么，都一定會(huì)出現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的控制作用使該偏差被消除或減小，被控制量也會(huì)逐漸趨向期望值。

按偏差調(diào)節(jié)的機(jī)電控制方式在傳遞信號(hào)與結(jié)構(gòu)聯(lián)系方面的重要標(biāo)志就是負(fù)反饋閉合回路，該控制方式有較高精度，當(dāng)被控量與給定值相偏離時(shí)，無論是由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的參數(shù)改變，還是受到干擾作用，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)糾正偏差。反饋控制方式若是由反饋方式組成的，那么其被控量有能力對(duì)任何內(nèi)、外擾動(dòng)的影響起到抑制作用，控制精度較高。然而這種系統(tǒng)需要使用很多元器件，其復(fù)雜的線路導(dǎo)致在分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)性能時(shí)有一定難度，若沒有良好匹配參數(shù)，被控量就會(huì)發(fā)生大幅度擺動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但是在機(jī)電控制系統(tǒng)中閉環(huán)控制作為基本控制方式之一，其地位仍然十分重要，廣泛應(yīng)用于工程項(xiàng)目中。

2.2 開環(huán)控制方式

開環(huán)控制方式包括兩種，第一種是按給定值操縱的，對(duì)被控量、被控制對(duì)象和控制裝置間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行控制，對(duì)給定值加以測(cè)量。系統(tǒng)的輸入量直接產(chǎn)生控制作用，當(dāng)輸入量被給定時(shí)，與其相對(duì)應(yīng)的輸出量就會(huì)產(chǎn)生，校準(zhǔn)的精度與所用元件決定了控制精度。按給定值操縱的開環(huán)控制方式具有抗擾動(dòng)性差、難以保證控制精度、不具有糾偏能力、控制較簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，被控量在系統(tǒng)工作過程中特性參數(shù)改變或受到外部干擾時(shí)都會(huì)被直接影響，從而與給定值發(fā)生偏差，同時(shí)系統(tǒng)也不能對(duì)偏差進(jìn)行自動(dòng)修正。但該方式具有成本低、方便調(diào)整、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以當(dāng)擾動(dòng)影響不大或者對(duì)精度無過高要求時(shí)也是具有實(shí)用價(jià)值的。尤其當(dāng)外部干擾不強(qiáng)，而且系統(tǒng)具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，此類控制方式應(yīng)用十分廣泛。該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)元件是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，使數(shù)字脈沖變換呈角度位移是其工作原理的實(shí)質(zhì)，它是用驅(qū)動(dòng)裝置來完成定位的，而不是檢測(cè)元件位置。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)接收外部給出的指令脈沖后，其頻率決定了運(yùn)動(dòng)的角速度，外部輸入的定值是由其=外部給定指令代表的，這個(gè)定值決定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與角度，所以該開環(huán)控制系統(tǒng)是按給定值操縱的，但精度較低。

另一種開環(huán)控制方式是按干擾控制的，對(duì)擾動(dòng)量進(jìn)行測(cè)量，形成的補(bǔ)償作用使輸出量受到擾動(dòng)的影響得以抵消或減小，對(duì)被控量進(jìn)行控制，對(duì)使系統(tǒng)正常運(yùn)行被破壞的干擾量加以測(cè)量，該控制方式也被叫作前饋控制或順饋控制，依次測(cè)量、計(jì)算干擾量，并執(zhí)行至被控對(duì)象，在被控對(duì)象與控制裝置之間信號(hào)進(jìn)行單向傳遞，由于這種策略方式需要對(duì)干擾進(jìn)行測(cè)量，所以僅補(bǔ)償可測(cè)量的干擾，系統(tǒng)不能控制由于內(nèi)部參數(shù)改變而影響的控制量或不可測(cè)量的干擾，而且在原理上仍然限制控制精度。這種開環(huán)控制方式是按干擾補(bǔ)償控制的，其信息直接來自于擾動(dòng)，被控量也因此被改變，該方式具有良好的抗擾動(dòng)性與較高的控制精度，然而適用范圍較窄，只在可測(cè)量擾動(dòng)的場(chǎng)合適用。

2.3 復(fù)合控制方式

復(fù)合控制顧名思義就是有機(jī)結(jié)合閉環(huán)控制與開環(huán)控制兩種方式，其基礎(chǔ)是閉環(huán)控制回路，將一個(gè)順饋通路附加其中，用于擾動(dòng)或輸入信號(hào)，使系統(tǒng)的控制精度提高。出現(xiàn)外部擾動(dòng)的影響后反饋控制才可以開始修正，沒有出現(xiàn)外部擾動(dòng)影響時(shí)是無法修正的。與按偏差控制的方式相比按擾動(dòng)控制涉及到的技術(shù)水平較簡(jiǎn)單，但只在可測(cè)量擾動(dòng)的場(chǎng)合適用。每個(gè)擾動(dòng)因素的補(bǔ)償都需要一個(gè)補(bǔ)償裝置完成，而且無法補(bǔ)償其余擾動(dòng)。所以有機(jī)結(jié)合按擾動(dòng)控制與按偏差控制的控制方式的比較合理的，能夠通過合適的補(bǔ)償裝置對(duì)主要擾動(dòng)實(shí)施按擾動(dòng)控制，并形成按偏差控制的反饋控制系統(tǒng)，使其他擾動(dòng)導(dǎo)致的偏差得以消。上述控制方式結(jié)合了按擾動(dòng)控制與按偏差控制，就是復(fù)合控制方式。該方式在補(bǔ)償系統(tǒng)主要擾動(dòng)的基礎(chǔ)上就能更容易的設(shè)計(jì)反饋控制系統(tǒng)，得到更好的控制效果。順饋通路在復(fù)合控制系統(tǒng)中類似于開環(huán)控制，所以需要具有較高穩(wěn)定性的補(bǔ)償裝置參數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，有關(guān)人員需要掌握機(jī)電控制的含義、基本要求與機(jī)電控制系統(tǒng)的控制方式等，從而深入了解設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的原因、要求和過程。在時(shí)代進(jìn)步的大背景下，我國(guó)的各項(xiàng)技術(shù)都取得了很大的發(fā)展，各企業(yè)必須不斷更新技術(shù)種類，提高技術(shù)水平，科學(xué)、合理的選擇控制方式，使機(jī)電控制系統(tǒng)有效監(jiān)督機(jī)電運(yùn)行，獲得更多的企業(yè)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

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