淺談機(jī)電控制系統(tǒng)的控制方式

武威職業(yè)學(xué)院 黨仕梅

淺談機(jī)電控制系統(tǒng)的控制方式

武威職業(yè)學(xué)院 黨仕梅

作為現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用的重要技術(shù)，機(jī)電控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化、智能化的核心技術(shù)，特別是在高精尖技術(shù)的發(fā)展中，機(jī)電控制系統(tǒng)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，作用愈顯重要。本文介紹了機(jī)電控制系統(tǒng)中常見(jiàn)的幾種控制方式及各自的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，以此加深對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解。

機(jī)電控制；控制方式；自動(dòng)化控制

機(jī)電控制系統(tǒng)通過(guò)特制的機(jī)電傳感裝置，對(duì)機(jī)電設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和控制，其中的控制裝置負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的過(guò)程或狀態(tài)進(jìn)行分析與比較，專門的執(zhí)行裝置來(lái)完成系統(tǒng)中的執(zhí)行環(huán)節(jié)。機(jī)電控制系統(tǒng)的控制方法并不單一，其可以是兩種方式的結(jié)合，而各種方式都具有自己的特點(diǎn)，文章就此進(jìn)行一些探討。

1　機(jī)電控制的含義

機(jī)電控制技術(shù)是將電子技術(shù)和機(jī)械相關(guān)方面的技術(shù)有機(jī)結(jié)合而成的一項(xiàng)綜合技術(shù)，主要可分為控制技術(shù)與機(jī)電技術(shù)兩個(gè)部分，涉及到自動(dòng)控制、傳感檢測(cè)、流體轉(zhuǎn)動(dòng)等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。機(jī)電控制技術(shù)的目的主要是開(kāi)發(fā)和優(yōu)化控制系統(tǒng)，以使控制系統(tǒng)的控制能力和管理能力實(shí)現(xiàn)最大化，達(dá)到更高的工作效率和效果。

2　機(jī)電控制系統(tǒng)的控制方式

1）反饋控制方式

反饋控制是機(jī)電控制系統(tǒng)中最基本的一種控制方式，也是目前應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)控制方式。一個(gè)完整反饋型控制系統(tǒng)的工作原理是：在控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)受控對(duì)象施加控制作用，完成相應(yīng)控制操作的反饋信息則來(lái)自于受控對(duì)象的受控值，控制裝置收到反饋的受控值后，通過(guò)不斷地修正受控值的偏差直至為零，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)受控對(duì)象的基本控制。通俗地說(shuō)，每個(gè)人自身就是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，人的一切活動(dòng)都體現(xiàn)著這樣的反饋控制原理，如人可以通過(guò)手拿筆寫字，汽車司機(jī)利用方向盤操縱汽車在馬路上行駛等這些生活中很常見(jiàn)的動(dòng)作中都體現(xiàn)著反饋控制原理，在完成這些似簡(jiǎn)單和普通的動(dòng)作時(shí)，人都會(huì)通過(guò)信息判斷與信息反饋，不斷修正偏差值直至偏差為零，完成相應(yīng)的動(dòng)作。機(jī)電控制系統(tǒng)的反饋控制實(shí)質(zhì)也是一個(gè)按偏差進(jìn)行控制的過(guò)程。

2） 開(kāi)環(huán)式控制方式。

開(kāi)環(huán)控制方式分為兩種，第一種是按給定值操縱的，其對(duì)被控量、被控對(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)，就會(huì)產(chǎn)生與其相對(duì)應(yīng)的輸出量，控制精度由校準(zhǔn)的精度和所用元件決定。這種控制方式控制較簡(jiǎn)單，但抗擾動(dòng)性差、難以保證控制精度，又不具有糾偏能力，當(dāng)被控量在工作過(guò)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，系統(tǒng)也不能對(duì)偏差進(jìn)行自動(dòng)修正。然而該方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便調(diào)整、成本低等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)擾動(dòng)影響不大或者對(duì)精度要求不高時(shí)具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值。

另一種開(kāi)環(huán)控制方式也叫作前饋控制或順饋控制，是按干擾控制的，其對(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)的影響得以減小或抵消，對(duì)被控量進(jìn)行控制、對(duì)破壞系統(tǒng)正常運(yùn)行的干擾量加以測(cè)量，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)象與控制裝置之間進(jìn)行信號(hào)的單向傳遞，由于這種策略方式需要對(duì)干擾進(jìn)行測(cè)量，所以僅可補(bǔ)償可測(cè)量的干擾，而不能控制不可測(cè)量的干擾或由于內(nèi)部參數(shù)改變而影響的控制量。這種控制方式具有良好的抗擾動(dòng)性與較高的控制精度，但適用范圍較窄，只適用于可測(cè)量擾動(dòng)的場(chǎng)合。

3）復(fù)合式控制方式

復(fù)合控制就是將反饋控制方式與開(kāi)環(huán)控制方式進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，反饋控制作為其基礎(chǔ)。由于反饋控制方式需要在收到外部因素干擾之后才能進(jìn)行相應(yīng)地修正工作，而在外部干擾未出現(xiàn)影響之前則不能進(jìn)行相應(yīng)地修正工作。因此，有機(jī)結(jié)合按擾動(dòng)控制與按偏差控制的控制方式是比較合理的，能夠通過(guò)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)致的偏差得以消除。復(fù)合控制方式僅適用于干擾因素可測(cè)量的環(huán)境，而擁有一個(gè)補(bǔ)償裝置的控制系統(tǒng)也只能補(bǔ)償單個(gè)干擾因素，除此以外的干擾都不能起到有效的補(bǔ)償作用。在補(bǔ)償系統(tǒng)主要擾動(dòng)的基礎(chǔ)上，復(fù)合控制方式可以更容易的設(shè)計(jì)反饋控制系統(tǒng)，也能得到更佳的控制效果。

機(jī)電控制系統(tǒng)根據(jù)受控主體的不同又可以分為手動(dòng)控制與自動(dòng)控制兩種。手動(dòng)控制是通過(guò)人的信息判斷和具體操作實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程。而自動(dòng)控制是在無(wú)人在崗或沒(méi)有直接參與的情況下，通過(guò)利用外置設(shè)備或裝置（如計(jì)算機(jī)等）使被控機(jī)械或設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中按設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)且有規(guī)律的運(yùn)行。實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論是手動(dòng)控制還是自動(dòng)控制，在已知機(jī)電控制系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和設(shè)定參數(shù)后，在被輸入某一種信號(hào)后系統(tǒng)受控值的變化需遵循一些基本的要求，歸納起來(lái)主要有三個(gè)，即穩(wěn)定性、快速性和精準(zhǔn)性。穩(wěn)定性是保證機(jī)電控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，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。當(dāng)系統(tǒng)受到干擾時(shí)受控值在大幅偏離期望值后，一個(gè)穩(wěn)定的機(jī)電控制系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)一定過(guò)渡時(shí)間便會(huì)快速恢復(fù)到原來(lái)的預(yù)期狀態(tài)。相反，一個(gè)不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，其受控值的變化只會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)而不斷發(fā)散，以致最終無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)定的控制任務(wù)。

伴隨著數(shù)控技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，機(jī)電控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)新的階段，即計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。計(jì)算機(jī)數(shù)字控制通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（如AutoCAD軟件）與計(jì)算機(jī)輔助制造（如CAM軟件）共同協(xié)作，形成一個(gè)將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造一體化的系統(tǒng)，通過(guò)從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)構(gòu)思階段到完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的全過(guò)程進(jìn)行全方位的自動(dòng)化控制來(lái)提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文闡述了機(jī)電控制系統(tǒng)的含義和基本要求，主要介紹了機(jī)電控制系統(tǒng)中常用的幾種控制方式。具體來(lái)說(shuō)，機(jī)電控制系統(tǒng)控制方式主要包括反饋式控制方式、開(kāi)環(huán)式控制方式、復(fù)合式控制方式等。要實(shí)現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)的有效控制，要求在系統(tǒng)組成過(guò)程中，受控值的變化控制操作要嚴(yán)格遵循穩(wěn)定性、快速性、精準(zhǔn)性等基本原則，更要求行業(yè)和技術(shù)人員在實(shí)踐中不斷推動(dòng)機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)程，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)的創(chuàng)新與發(fā)展，為企業(yè)和社會(huì)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］劉志強(qiáng).機(jī)電控制系統(tǒng)的控制方式分析［J］.煤炭技術(shù)，2009（08）.

［2］劉福祿.機(jī)電一體化技術(shù)的內(nèi)涵與發(fā)展［J］.重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（03）.