淺析機(jī)電控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)

摘 要：隨著近年來我國機(jī)械制造業(yè)的迅速發(fā)展，其在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)了越來越重要的地位，并為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。作為重要的推動(dòng)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展因子的機(jī)電控制系統(tǒng)，與機(jī)械制造與控制等息息相關(guān)。從這點(diǎn)考量，本文即針對機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，通過對幾點(diǎn)控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究分析，淺析幾點(diǎn)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：機(jī)電控制系統(tǒng)；自動(dòng)控制系統(tǒng)；機(jī)電一體化

機(jī)電控制系統(tǒng)是我國機(jī)械制造業(yè)得以發(fā)展和進(jìn)步的重要因素和基礎(chǔ)。在制造業(yè)的發(fā)展過程中，機(jī)電控制系統(tǒng)的性能和結(jié)構(gòu)以及作業(yè)精度正在經(jīng)受越來越嚴(yán)格的考驗(yàn)。在當(dāng)前形勢下，傳統(tǒng)機(jī)電控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸不能適應(yīng)行業(yè)發(fā)展。在這一背景下，如何通過對機(jī)電控制系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的加強(qiáng)，成為了機(jī)械行業(yè)研究的重點(diǎn)課題。

一、機(jī)電控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

（1）機(jī)電控制系統(tǒng)

機(jī)電控制系統(tǒng)指的是不需要人為參與而僅依靠相關(guān)的設(shè)備按照預(yù)先設(shè)定的流程指令機(jī)器和設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)使用的是全方位的控制系統(tǒng)，利用其對控制器、控制對象進(jìn)行連接，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)控制的一種系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的核心在于控制。從技術(shù)層面看，機(jī)電控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的、利用傳感檢測、伺服傳動(dòng)、自動(dòng)控制以及包含電極、微電子等技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的系統(tǒng)。從控制形式的層面看，機(jī)電控制系統(tǒng)又主要以遠(yuǎn)程控制為主，換言之，指的是在不同的地域操作人員能夠依靠互聯(lián)網(wǎng)方式對器械實(shí)現(xiàn)控制。此處需要指出的是，在進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的過程中，如果需要操作人員對運(yùn)行的每個(gè)步驟進(jìn)行控制和監(jiān)督，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和干預(yù)的情況，這種控制形式指的就是保持型遠(yuǎn)程控制，這種控制對于當(dāng)前行業(yè)發(fā)展而言，更為有利，更有利于設(shè)備控制的精確實(shí)現(xiàn)和實(shí)際操作。

（2）自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)指的是在控制器的控制下，使被控對象按照事先預(yù)定的原理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)規(guī)律性運(yùn)行的系統(tǒng)。按照控制內(nèi)容進(jìn)行分類，可以將其劃分為自適應(yīng)控制系統(tǒng)、高精度控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)以及自診斷控制系統(tǒng)等幾類。這一系統(tǒng)的核心在于實(shí)用性和高效性，即言能夠通過合理利用協(xié)調(diào)機(jī)械和電器的各部分順利實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)目的和內(nèi)容。

二、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的基本思路

當(dāng)前格局下，我國是世界制造業(yè)大國已成為公認(rèn)的事實(shí)，隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級、調(diào)整，制造業(yè)對機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及相關(guān)的一系列運(yùn)作的要求越來越嚴(yán)格和迫切。當(dāng)前，機(jī)電一體化已經(jīng)成為了一門新興學(xué)科，主要要求設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過程中對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、實(shí)用性、功能等各方面進(jìn)行綜合全面系統(tǒng)的分析和考慮，并根據(jù)實(shí)際情況和分析結(jié)果來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，最終達(dá)到理想中的預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最優(yōu)化。從系統(tǒng)的角度看，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要確保設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化系統(tǒng)包含了智能化、人格化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化以及微型化等特點(diǎn)，并以此來提升系統(tǒng)的各項(xiàng)性能。從具體來看，就是李彤機(jī)械技術(shù)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)合，并輔之以微電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各模塊單元的合理配置，促進(jìn)系統(tǒng)的合理優(yōu)化，使功能更加完善和實(shí)用。

三、機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法

（1）以電子線路取代機(jī)械控制機(jī)構(gòu)

通過對傳統(tǒng)的機(jī)電控制系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)其有關(guān)的控制大多建立在單一的控制結(jié)構(gòu)上的，因此在設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品時(shí)，可考慮引入電子線路裝置來對這種單一結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以此來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制效果。具體方式如下：（1）利用微型計(jì)算機(jī)或者可編程控制器，實(shí)現(xiàn)原有機(jī)械控制結(jié)構(gòu)同電子線路裝置的結(jié)合；（2）原有的機(jī)械控制結(jié)構(gòu)中的插銷、步進(jìn)開關(guān)等接觸式控制器利用變速機(jī)構(gòu)和凸輪進(jìn)行替代，實(shí)現(xiàn)電子線路裝置對傳統(tǒng)機(jī)械控制接口的替代從而不僅能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡化，更能實(shí)現(xiàn)其的改良，從而促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量提升。

（2）電子與機(jī)械部分的有機(jī)整合

實(shí)現(xiàn)電子與機(jī)械部分的有機(jī)整合是另一個(gè)有效的方法。通過對機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的分析能夠知道，在設(shè)計(jì)過程中突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)格局是設(shè)計(jì)的靈魂，只有突破，才能切實(shí)提升控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率和控制的精度。值得一提的是，在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)過程中，本身設(shè)計(jì)原理并未發(fā)生改變，而進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的改變也僅僅是為了能夠促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和性能的提升，如實(shí)現(xiàn)電子與機(jī)械部分的有機(jī)整合也是這個(gè)理念。通過這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品功能的完善和整合，使之實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制工作的協(xié)調(diào)。例如電液比例控制系統(tǒng)，通過將比例電磁鐵和液壓閥的整合，能夠使其共同構(gòu)成一體化比例閥，而對于電子與機(jī)械部分的有機(jī)整合這一設(shè)計(jì)理念，便是機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)良理念。

（3）相關(guān)功能模塊的整合

如果在進(jìn)行機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，利用一般的、簡單的機(jī)械構(gòu)建同電子線路裝置整合的方式無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，則相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員還要對機(jī)電一體化系統(tǒng)的不同功能模塊進(jìn)行重新整合，目的不僅是確保不同的模塊之間的功能能夠順利實(shí)現(xiàn)，更能夠?qū)⒋龠M(jìn)不同模塊有機(jī)整合，達(dá)到共同構(gòu)成一體化的機(jī)電系統(tǒng)的效果。比如，對于數(shù)控車床的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，利用的就是不同功能模塊之間整合的設(shè)計(jì)理念。第一步，對可供車床使用的專用數(shù)控裝置和伺服驅(qū)動(dòng)裝置及其他不同的相關(guān)設(shè)備的功能和類型進(jìn)行研究和分類，正確采購；第二步，將采購的不同模塊裝置進(jìn)行有機(jī)整合，最后，設(shè)計(jì)人員綜合利用上述步驟設(shè)計(jì)集合不同功能模塊于一身的數(shù)控車床，從而保障工作能達(dá)到高效完成的目的。通過上述例證能夠看出，不同功能模塊之間利用整合的方式能夠保障機(jī)電一體化系統(tǒng)下的產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，此外還能夠有效節(jié)省設(shè)備的成本，對于機(jī)電一體化產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性而言也是十分不錯(cuò)的選擇。

綜上所述，本文在對機(jī)電控制系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行概念和理論闡釋的基礎(chǔ)上，對機(jī)電一體化設(shè)計(jì)理念進(jìn)行了分析和結(jié)合，對機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行了三個(gè)方面的闡述和探究。通過研究表明，這種機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的方式，對于當(dāng)我國機(jī)械制造行業(yè)而言，有著重要的作用和意義，有著廣闊的前景。

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作者簡介：

蔣正川（1977.05-），性別：男，民族：漢，籍貫：四川，當(dāng)前職務(wù)：處長，當(dāng)前職稱：高級工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：工程技術(shù)方面。

（作者單位：貴州航天控制技術(shù)有限公司）