淺談控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

李智涵,唐 軍

（貴州大學(xué),貴陽(yáng) 550025）

淺談控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

李智涵,唐 軍

（貴州大學(xué),貴陽(yáng) 550025）

機(jī)械電子工程行業(yè)是提升我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的核心產(chǎn)業(yè)。在知識(shí)時(shí)代背景下，科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用推動(dòng)了機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程。控制工程的應(yīng)用價(jià)值愈發(fā)凸顯?；诖耍疚膹目刂乒こ?、機(jī)械電子工程相關(guān)概述出發(fā)，對(duì)控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以供參考。

控制工程；機(jī)械電子工程；機(jī)電系統(tǒng)

0 引言

機(jī)械電子工程行業(yè)自動(dòng)化、智能化、信息化的發(fā)展離不開(kāi)現(xiàn)代控制理念與控制工程技術(shù)的支持。在全面實(shí)施深化改革與創(chuàng)新發(fā)展的背景下，研究控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用，具有重要現(xiàn)實(shí)意義，有利于促進(jìn)控制工程與機(jī)械電子工程的有效結(jié)合，進(jìn)一步提升機(jī)械電子工程技術(shù)水平，促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)科學(xué)發(fā)展。

1 控制工程、機(jī)械電子工程的相關(guān)概述

1.1 控制工程簡(jiǎn)述

以控制理論為思想指導(dǎo)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等科學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合下形成并發(fā)展，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)化管控的技術(shù)體系，即為控制工程。隨著近年來(lái)控制理論體系與實(shí)踐體系的不斷完善，控制工程技術(shù)水平得到大幅度提升，使其在我國(guó)多重領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如，當(dāng)前基于“狀態(tài)空間方程”下的控制理論，在非線性、參數(shù)調(diào)整等問(wèn)題的研究上取得了一定的成效，推動(dòng)了整個(gè)機(jī)械電子工程行業(yè)控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展，成為新時(shí)期機(jī)械電子工程行業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)與創(chuàng)新發(fā)展不可或缺的存在[1]。

1.2 機(jī)械電子工程簡(jiǎn)述

相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械工程行業(yè)而言，機(jī)械電子工程以其所具有的綜合性、融合性等特征，不僅促進(jìn)了相應(yīng)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，也提升了機(jī)械產(chǎn)品自身的工作性能。簡(jiǎn)單的說(shuō)，機(jī)械電子工程就是指機(jī)械工程與電子工程二者相融合，即為“機(jī)電一體化”[2]。因此，機(jī)械電子工程是在多種技術(shù)相結(jié)合下，以模塊化的形成進(jìn)行具體體現(xiàn)的。受各種技術(shù)（如機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)等）的影響，機(jī)械電子工程系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，其系統(tǒng)控制的好壞將直接影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。

2 控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用分析

隨著控制理論與技術(shù)的不斷完善，目前控制系統(tǒng)大致可分為“集約控制系統(tǒng)”、“智能控制系統(tǒng)”以及“柔性控制系統(tǒng)”三類(lèi)，并以其各自所具有的優(yōu)勢(shì)在機(jī)械電子工程中發(fā)揮著重要作用。

2.1 機(jī)械磨削精度控制中的應(yīng)用

高質(zhì)量、高精密是機(jī)械元器件生產(chǎn)過(guò)程中所最求的目標(biāo)，這在一定程度上對(duì)機(jī)械設(shè)備的機(jī)械磨削工藝提出了更高的要求。以螺紋磨床生產(chǎn)為例，影響螺紋磨削質(zhì)量的因素有許多，除機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備本身性能外，也受環(huán)境穩(wěn)定、磨削掌控力度等的影響。而采用專(zhuān)家精度控制系統(tǒng)，對(duì)螺紋磨削過(guò)程實(shí)行動(dòng)態(tài)化、智能化的補(bǔ)償控制，通過(guò)對(duì)螺紋磨床生產(chǎn)過(guò)程中可能影響螺紋磨削誤差的各個(gè)因素進(jìn)行綜合分析，并設(shè)置相適應(yīng)的控制目標(biāo)，從而降低誤差的影響，提升機(jī)械磨削精度。

2.2 機(jī)械加工過(guò)程控制中的應(yīng)用

隨著機(jī)械制造行業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械加工流程呈現(xiàn)出復(fù)雜化、多元化發(fā)展態(tài)勢(shì)。對(duì)此，傳統(tǒng)的機(jī)械加過(guò)過(guò)程控制方法已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際需求。而模糊控制理論的提出與技術(shù)的實(shí)踐，以“復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化”、“算法靈活性”、“編程易操作”等特點(diǎn)，改善了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在的弊端。與此同時(shí)，模糊控制通過(guò)測(cè)量值與變化率的設(shè)定與輸入，在最大程度上使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制目標(biāo)。

2.3 柔性機(jī)械臂軌跡跟蹤控制中的應(yīng)用

柔性機(jī)械臂制造是機(jī)械制造行業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)化控制的典型代表。由于柔性機(jī)械臂作為分布式參數(shù)系統(tǒng)，其耦合性較強(qiáng)對(duì)控制系統(tǒng)的要求較高。對(duì)此可采用“滑模變結(jié)構(gòu)控制方法”進(jìn)行“慢變控制器”的研發(fā)設(shè)計(jì)，采用“H∞控制理論”進(jìn)行“魯棒控制器”的研發(fā)設(shè)計(jì)，并將其應(yīng)用于“快變控制器”中，在慢變控制器與快變控制器有機(jī)結(jié)合下，實(shí)現(xiàn)對(duì)柔性機(jī)械臂不確定性問(wèn)題的有效控制。并采用補(bǔ)償控制算法對(duì)軌跡跟蹤進(jìn)行補(bǔ)償控制，從而實(shí)現(xiàn)柔性機(jī)械臂軌跡跟蹤控制的高精準(zhǔn)性。

2.4 高速液壓機(jī)控制中的應(yīng)用

液壓機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的機(jī)械設(shè)備。隨著各領(lǐng)域的段發(fā)展，對(duì)液壓機(jī)的速度與壓力提出了更高的要求，實(shí)現(xiàn)高速度、高壓力化發(fā)展已成為液壓機(jī)創(chuàng)新生產(chǎn)的必然趨勢(shì)。而壓力與速度的提升，對(duì)系統(tǒng)控制范圍與精度產(chǎn)生了一定的影響。對(duì)此，為滿足機(jī)械設(shè)備實(shí)踐需求，降低設(shè)備系統(tǒng)的消極影響，可采用預(yù)測(cè)控制原理，在數(shù)據(jù)整合分析的基礎(chǔ)上建立預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)計(jì)算液壓機(jī)操控系統(tǒng)的誤差變化率，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行控制器輸入與輸出值的確立。從而降低外界因素對(duì)系統(tǒng)的影響。

2.5 數(shù)控機(jī)床控制中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床是控制工程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在機(jī)械電子工程中應(yīng)用的典型代表。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是基于生物仿生研究基礎(chǔ)上形成并發(fā)展的。網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元通過(guò)彼此之間的相互連接，形成相對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅能過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行大規(guī)模處理，也能過(guò)具備如人腦自我組織與學(xué)習(xí)能力，從而在一定程度上提升了控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。而數(shù)控機(jī)床作為機(jī)械生產(chǎn)中不可或缺的自動(dòng)化設(shè)備，其各種功能的實(shí)現(xiàn)，如機(jī)械元器件切削，則是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用，通過(guò)系統(tǒng)識(shí)別、參數(shù)處理下得以高效率、高質(zhì)量、高精準(zhǔn)實(shí)踐操作的。

3 結(jié)論

總而言之，控制系統(tǒng)作為工業(yè)系統(tǒng)不可或缺的存在，在機(jī)械電子工程行業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)與創(chuàng)新發(fā)展中占有重要地位。隨著控制理念與技術(shù)的不斷完善，控制工程與機(jī)械電子工程的有機(jī)融合已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文旨在通過(guò)對(duì)控制工程在機(jī)械電子工程中應(yīng)用的研究，探尋融合途徑，從而促進(jìn)機(jī)械電子工程行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

[1]李健,李朕興.控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2017(01):44-45.

[2]崔?；?基于智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2017(05):12+14.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.089