淺論新型控制策略及其在機械工程中的應用

蔣佳良

【摘 要】我國是一個能源消耗大國，工業(yè)的發(fā)展，使得人力、物力、財力上的投入也在不斷增加，有效的促進了我國工業(yè)水平的提高。近年來，我國機械工程規(guī)模不斷擴大，然而在我國現(xiàn)階段的機械工程中，由于控制策略不全面、不科學。隨著社會的進步與發(fā)展，傳統(tǒng)的控制策略已經(jīng)很難滿足我國當代社會發(fā)展的需求了，為了保障機械工程設備的穩(wěn)定性，提高機械工程的經(jīng)濟效益，探索新型的控制策略有著重大意義。本文分析了主要新型控制策略及其在機械工程中的應用。

【關(guān)鍵詞】新型控制策略；機械工程；應用

控制策略是控制器的核心。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。

一、必要性

新型控制策略在機械工程中應用的必要性機械工程是一門涉及利用物理定律為機械系統(tǒng)作分析、設計、生產(chǎn)及維修的工程學科。機械設備在機械工程中是必不可少一部分，然后，受多種因素的影響，機械工程在實際運作過程中，由于企業(yè)缺乏必要的控制措施，以至于機械設備很容易出現(xiàn)故障，機械設備出現(xiàn)故障就會造成整個機械生產(chǎn)停滯，影響到機械生產(chǎn)效率，嚴重的還將威脅到人們的生命健康。同時在機械工程中，能源的消耗不僅會加大我國當前資源緊張的局面，還會污染環(huán)境。隨著時代的進步與發(fā)展，人們對生活質(zhì)量需求不斷提高，機械工程在發(fā)展過程中，傳統(tǒng)的控制策略已經(jīng)很難滿足當代社會發(fā)展的需求了。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務，為此，機械工程在發(fā)展過程中，就必須用發(fā)展的眼觀看待問題，采用新型的控制策略，對機械工程進行全方面的控制，從而保障機械設備的穩(wěn)定性，提高機械生產(chǎn)效率，降低人力、物力、財力的投入，促進我國社會的發(fā)展。

二、新型控制策略在機械工程中的應用

1.專家控制在機械磨削精度控制中的應用。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。席光輝等根據(jù)機械傳動鏈的誤差測量、特征計算，設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。若螺距誤差的趨勢增大，則說明前一次補償控制量不夠，應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。

2.模糊控制在機械加工過程中的應用。模糊控制描述復雜問題直觀、構(gòu)造算法靈活、編程實現(xiàn)簡單，因此在機械工程領(lǐng)域中也得到了廣泛的應用。許多機械加工（如等）過程，因其太復雜，難以建立比較精確的數(shù)學模型，所以常規(guī)的控制方法（如PID）等來實現(xiàn)其加工過程的自動控制，效果不理想。模糊控制的最大特點是不需要對所要控制的過程（或系統(tǒng)）進行數(shù)學描述，而是直接根據(jù)過程（或系統(tǒng)）的輸入條件，便能得到最優(yōu)（或次優(yōu)）的控制輸出值，因此模糊控制在機械加工過程中得到了廣泛應用。

3.神經(jīng)網(wǎng)絡控制及其在數(shù)控機床中的應用。神經(jīng)網(wǎng)絡是由眾多簡單的神經(jīng)元連接成的一個網(wǎng)絡。盡管每個神經(jīng)元結(jié)構(gòu)、功能都不復雜，但網(wǎng)絡的整體動態(tài)行為則極為復雜，可以組成高度非線性動力學系統(tǒng)，從而可以表達很多復雜的物理系統(tǒng)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡具有大規(guī)模并行處理能力和自適應、自組織、自學習能力以及分布存儲等特點，在自動控制中應用前景廣泛。神經(jīng)網(wǎng)絡控制是指控制系統(tǒng)中采用神經(jīng)網(wǎng)絡對難以精確描述、復雜的非線性對象進行建模，或充當控制器，或優(yōu)化算法，或進行推理、故障診斷等，以及同時兼有上述某些功能的適當組合。標準神經(jīng)元結(jié)構(gòu)包括三部分：加權(quán)求和，線性環(huán)節(jié)和非線性函數(shù)映射。數(shù)控機床是一種加工能力很強的高效自動化設備。但是，通常的數(shù)控機床對切削過程的不可預知和不可確定性的情況（如加工余量、材質(zhì)的不均勻以及刀具的磨損等）缺乏識別和處理能力，自適應能力低下。為避免因加工過程中的不確定性而引起異常情況，如：刀具嚴重變形、刀具破損、機床自激振動等，一般都選用比較保守的切削參數(shù)，這就使得數(shù)控機床的加工能力不能充分發(fā)揮出來。因此有必要使數(shù)控機床能在加工時根據(jù)當前加工狀況適時地調(diào)整切削參數(shù)，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定正常運行和加工質(zhì)量的條件下，盡量發(fā)揮出機床的加工能力，提高工作效率。

4.實現(xiàn)智能化故障監(jiān)測。隨著科學技術(shù)的不斷進步，智能化在機械設備中廣為體現(xiàn)，機械設備都朝著自動化、智能化、科技化方向發(fā)展。新型控制策略就是要對機械設備中的故障進行有效的防控，達到在機械工程企業(yè)生產(chǎn)過程中，機械設備的使用越來越多，越來越普及，為了更好的保障機械工程企業(yè)的經(jīng)濟效益，利用智能化技術(shù)有著積極重要的作用。機械設備的智能化可以有效提升管理智能化的進程，促進管理水平的提高。機械設備的智能化使得設備的參數(shù)可以及時有效的反饋到工作人員身邊，保證了機械設備的有效運行，一旦出現(xiàn)故障，智能化系統(tǒng)可以進行警示并且做出相關(guān)的停機、斷電反應，保證了設備以及生產(chǎn)安全。

在這個經(jīng)濟快速發(fā)展的社會當中，我國機械工程企業(yè)要想取得良好的發(fā)展，符合社會發(fā)展的需求，就必須用發(fā)展的眼觀看問題，創(chuàng)新控制策略，加大新型控制策略的應用，實現(xiàn)機械工程的智能化、自動化、數(shù)字化管理與生產(chǎn)，從而為機械工程的經(jīng)濟效益提供保障。

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