淺談機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要素和功能分析

李永紅

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)也在逐漸的完善起來。機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用在人們的日常生活中，人們對(duì)于其功能的研究也在不斷地深入。本文基于對(duì)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成的基本要素進(jìn)行分析，以探索其功能在人們生活中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)；基本要素；功能分析

引言

社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展促進(jìn)了機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展，機(jī)電傳動(dòng)的控制技術(shù)在一次又一次的探索中，不斷的實(shí)現(xiàn)了新的飛躍。機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，進(jìn)一步的方便了人們的生活，提高了社會(huì)工作的效率。

1機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)概述

1.1機(jī)電控制系統(tǒng)的發(fā)展

機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷經(jīng)了很長的一段時(shí)間，但就機(jī)電傳動(dòng)來說它的發(fā)展就經(jīng)歷了三個(gè)階段。首先是成組拖動(dòng)，即一臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過對(duì)一根天軸的拖動(dòng)，通過天軸來帶動(dòng)皮帶輪和皮帶分別拖動(dòng)個(gè)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣的拖動(dòng)方式一般生產(chǎn)效率較低，在勞動(dòng)條件較差的基礎(chǔ)上，電機(jī)發(fā)生故障的幾率偏高，對(duì)于整個(gè)機(jī)械的運(yùn)行來說是十分不利的；然后是單電機(jī)拖動(dòng)，所謂的單電機(jī)拖動(dòng)就是直接通過一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)，雖然較成組拖動(dòng)來說有了一定的進(jìn)步，但一臺(tái)機(jī)械生產(chǎn)的過程是十分復(fù)雜的，機(jī)械傳動(dòng)時(shí)許多的構(gòu)件也會(huì)隨之進(jìn)行傳動(dòng)，因此單電機(jī)拖動(dòng)也是具有一定的缺點(diǎn)的；最后是多電機(jī)拖動(dòng)，多電機(jī)拖動(dòng)就是一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)械，它的每一個(gè)構(gòu)件都有一臺(tái)專門電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)。如：刨床的刨臺(tái)、垂直刀架、側(cè)刀架等部件，都分別由一臺(tái)單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。這樣的拖動(dòng)方式，大大的簡化了生產(chǎn)機(jī)械傳動(dòng)的流程，并且控制靈活，對(duì)于進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)在許多方面上都與其他的控制系統(tǒng)不同，它主要有機(jī)械裝置、執(zhí)行裝置、傳感器與檢測裝置、動(dòng)力源、信息處理與控制裝置五部分構(gòu)成，每個(gè)部分都有精細(xì)的分工，在集體的協(xié)作之下共同的完成機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的有序運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的分類

按照機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成原理來進(jìn)行分類，大致可以分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)兩種。

1.2.1開環(huán)控制系統(tǒng)

在開環(huán)控制系統(tǒng)中輸入的控制信號(hào)值不變，僅是在擾動(dòng)的作用下輸出量都會(huì)偏離給定值。在一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的開環(huán)控制中，它的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械主要有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在這個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)中晶閘管變流器由供電機(jī)進(jìn)行控制，在電網(wǎng)電壓受到其他系統(tǒng)的干擾時(shí)，將會(huì)進(jìn)一步的致使系統(tǒng)輸出之偏離給定值，此時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性都由變流器和工作機(jī)械的特性決定。

1.2.2閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)的運(yùn)行一般使用測速發(fā)電機(jī)，位置傳感器等檢測裝置來進(jìn)行系統(tǒng)輸出量的測量。并將輸出的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成可以被執(zhí)行的電信號(hào)，即使輸出量的反饋超過給出的輸入值時(shí)，控制器都可以根據(jù)偏差的信號(hào)進(jìn)一步的進(jìn)行信號(hào)的控制，并將其傳遞到變流器上，保證整個(gè)系統(tǒng)的輸出量符合預(yù)期的需要。

2機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要素

2.1機(jī)械裝置

機(jī)械裝置也被稱為結(jié)構(gòu)功能裝置，由許多的機(jī)械零件組成，每個(gè)機(jī)械零件都擔(dān)負(fù)著自己的責(zé)任。一般的機(jī)械裝置的傳遞運(yùn)動(dòng)都是由齒輪、鏈輪、帶輪及其附件的運(yùn)轉(zhuǎn)構(gòu)成的。兩個(gè)零件互相接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也就構(gòu)成了裝置構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副，通過若干個(gè)運(yùn)動(dòng)副運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)一步的帶動(dòng)整個(gè)裝置的傳遞運(yùn)動(dòng)。

從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)來看，傳動(dòng)鏈越短越容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到最佳的狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)副在運(yùn)行中，由于間隙非線性的存在會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且傳動(dòng)件本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的整體運(yùn)行產(chǎn)生影響，減弱系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在數(shù)控機(jī)床的半閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上研究人員們還提出了“軸對(duì)軸轉(zhuǎn)動(dòng)”的理論，如：對(duì)于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床來說軸就是轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，軸對(duì)軸就是轉(zhuǎn)子與其他裝置的電主軸進(jìn)行連接從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的傳動(dòng)控制。若是在機(jī)械的裝備中，在進(jìn)行執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)之間聯(lián)系時(shí)要更加注重匹配的問題，在保留有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)件的基礎(chǔ)上將傳動(dòng)件進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，力求傳動(dòng)裝置的小巧。

2.2執(zhí)行裝置

執(zhí)行裝置即進(jìn)行驅(qū)動(dòng)與各個(gè)裝置之間能量轉(zhuǎn)化的裝置，其一般包括以電氣壓為動(dòng)力的各種元件及裝置。若是采用電壓作為動(dòng)力則主要的應(yīng)用裝置有直流電動(dòng)機(jī)、比例電磁鐵以及電磁泵等一系列設(shè)備；若以氣壓作為動(dòng)力則主要是氣動(dòng)馬達(dá)的使用，當(dāng)然還有部分裝備是通過油壓等液壓來提供動(dòng)力的，如：液壓缸等裝置。在一般的電機(jī)傳動(dòng)控制中執(zhí)行裝置的選擇時(shí)，一般要考慮執(zhí)行裝置與機(jī)械裝置之間的協(xié)調(diào)與匹配。保證整個(gè)電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行傳動(dòng)運(yùn)作時(shí)，都順利進(jìn)行。

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)電傳動(dòng)控制的有效性，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下已經(jīng)研制出了電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制的專業(yè)芯片，相信在未來的使用中，新的科技成果會(huì)帶給人們不一樣的驚喜。

2.3傳感器與檢測裝置

傳感器就是為整個(gè)電機(jī)運(yùn)行提供信息的部件，對(duì)于檢測電機(jī)系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所必須要控制的各種數(shù)據(jù)量。大多數(shù)的信息是通過數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行傳遞的，傳感器將數(shù)據(jù)信息逐漸轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過電信號(hào)對(duì)整個(gè)電機(jī)傳動(dòng)進(jìn)行控制。

當(dāng)前傳感器的發(fā)展更加的趨向于數(shù)字化、智能化。因此在對(duì)于傳感器的研發(fā)與選用時(shí)，要充分的考慮傳感器與其它要素之間的協(xié)調(diào)匹配，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的最優(yōu)目標(biāo)。

2.4動(dòng)力源

動(dòng)力源作為對(duì)電機(jī)的運(yùn)行起驅(qū)動(dòng)作用的能量來源，通常包括電源、氣壓源和液壓源。對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的一般是電源作為主要的能量源，極少會(huì)用到氣壓源和液壓源。但并非是所有的機(jī)械設(shè)備都只使用電能作為主要的能源，因此在對(duì)于動(dòng)力源進(jìn)行選擇時(shí)還是要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的具體用途進(jìn)行分析，選擇適當(dāng)?shù)膭?dòng)力源來發(fā)揮更好的運(yùn)轉(zhuǎn)功能。

2.5信息處理與控制裝置

信息處理與控制是整個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的核心，電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)控制都是在具體的信息指導(dǎo)之下進(jìn)行的。系統(tǒng)的各個(gè)部件都是在信息的不斷輸出中實(shí)現(xiàn)控制器的協(xié)調(diào)與匹配，以保證整個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)處在一個(gè)最佳的狀態(tài)。在當(dāng)前使用最多的機(jī)電一體機(jī)中，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中的控制成本占比是最高的，尤其是伴隨著信息技術(shù)的注入。計(jì)算機(jī)越來越多的應(yīng)用到電機(jī)的傳動(dòng)控制當(dāng)中。

控制裝置是依附于控制器件而使用的，伴隨著控制器件的發(fā)展，控制裝置也在不斷的發(fā)展當(dāng)中。當(dāng)前功率器件與放大器件處于不斷的更新中，機(jī)電傳動(dòng)裝置也在不斷的進(jìn)行革新。機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)從原來的斷續(xù)控制發(fā)展到現(xiàn)在的連續(xù)控制歷經(jīng)了很長一段時(shí)間的實(shí)踐，連續(xù)控制系統(tǒng)本身是可以對(duì)工作對(duì)象隨時(shí)進(jìn)行狀態(tài)的檢查并及時(shí)的做出判斷，對(duì)產(chǎn)生偏差的工作對(duì)象進(jìn)行調(diào)整。

3機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法

在當(dāng)前機(jī)電一體機(jī)的使用中，關(guān)于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，有以下幾個(gè)方案：

3.1取代設(shè)計(jì)法

取代設(shè)計(jì)即機(jī)電互補(bǔ)，利用專業(yè)的電子設(shè)備取代傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，將整個(gè)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡化以實(shí)現(xiàn)更好的功能。

將電子計(jì)算機(jī)及其軟件應(yīng)用到機(jī)械的內(nèi)部控制中去，大大的減少了控制模塊的質(zhì)量和體積。將其進(jìn)行進(jìn)一步的柔性化，方便遠(yuǎn)程控制器嵌入到機(jī)械結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，提高整個(gè)電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)機(jī)的更好的運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2融合設(shè)計(jì)法

所謂的融合設(shè)計(jì)法，就是將機(jī)電一體化設(shè)備中的某些部件設(shè)計(jì)成為只針對(duì)專門產(chǎn)品使用的設(shè)備。這種設(shè)計(jì)方案是在充分考慮設(shè)備構(gòu)建的成本，在經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)備的更好的運(yùn)轉(zhuǎn)。在大型機(jī)電不斷發(fā)展的今天，將所有設(shè)備融為一體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，更適合于機(jī)電一體化的進(jìn)一步發(fā)展。

3.3整體設(shè)計(jì)法

站在整個(gè)電機(jī)運(yùn)行的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，將工藝的優(yōu)化作為主線，在科學(xué)的理論指導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的最佳目標(biāo)。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)法涉及到諸多的方面，在當(dāng)前的運(yùn)行中具有一定的難度。但隨著科研的不斷深入，再多的困難都會(huì)變成發(fā)展的機(jī)遇。進(jìn)一步的促進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，以更好的實(shí)現(xiàn)社會(huì)生產(chǎn)力的提高。

4結(jié)語

在數(shù)字技術(shù)不斷向前發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛使用，將數(shù)字控制又推向了一個(gè)新的高峰。因此電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)也要根據(jù)時(shí)代發(fā)展的需要，進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。綜上所述，電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)于社會(huì)生產(chǎn)力水平的提高和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展都產(chǎn)生了重要的作用。

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