機(jī)電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)與一體化設(shè)計

褚春平

摘 要：機(jī)電控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一部分。而一體化設(shè)計與機(jī)電控制系統(tǒng)有著十分緊密的聯(lián)系，并且直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。文章針對機(jī)電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)與一體化設(shè)計進(jìn)行闡述，希望未來我國的工業(yè)有更大的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)電控制系統(tǒng)；自動控制技術(shù)；一體化；設(shè)計

自從進(jìn)入20世紀(jì)以來，人類社會已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化時代。在這一百多年間，人類社會的生產(chǎn)力得到了巨大提升，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量也在不斷提高，各行各業(yè)得到了迅猛發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到機(jī)電控制系統(tǒng)當(dāng)中。通過自動控制技術(shù)能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，并且降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)入21世紀(jì)以后，信息技術(shù)的發(fā)展又進(jìn)一步促進(jìn)了自動控制技術(shù)的發(fā)展，并逐步實現(xiàn)一體化設(shè)計的應(yīng)用。

1 機(jī)電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)

機(jī)電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)主要分為兩個部分，分別是機(jī)電控制系統(tǒng)與自動控制原理。要想充分發(fā)揮機(jī)電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)的作用，就必須要了解這兩個部分的理論知識，才能更好地開展實踐活動。

1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)

所謂的機(jī)電控制系統(tǒng)，指的就是機(jī)械設(shè)備在無人參與的情況下，根據(jù)事先設(shè)計好的運(yùn)行方式來運(yùn)行，從而完成生產(chǎn)工作。在實際生產(chǎn)過程中，機(jī)電控制系統(tǒng)主要連接的就是控制對象以及控制器。從整體來看，機(jī)電控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1，其中包含計算機(jī)信息技術(shù)、信息數(shù)據(jù)分析技術(shù)、電力電子技術(shù)以及微電子技術(shù)。除此之外，根據(jù)生產(chǎn)要求還會增加傳感檢測技術(shù)以及通信技術(shù)。任何技術(shù)之間絕不是單獨運(yùn)作，而是需要將不同的技術(shù)融合在一起，從而實現(xiàn)自動化控制的功能，搭建一套完整、穩(wěn)定、安全的機(jī)電控制系統(tǒng)。根據(jù)實際應(yīng)用情況來看，機(jī)電控制系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到多個領(lǐng)域以及行業(yè)當(dāng)中，并有效提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，保障了生產(chǎn)過程的安全性和穩(wěn)定性，降低了人力成本，為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高作出了巨大貢獻(xiàn)。

1.2 自動控制原理

自動控制技術(shù)的應(yīng)用離不開自動控制原理。這是因為，自動控制技術(shù)只是技術(shù)上的一種方式，而自動控制原理則是自動控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)。從當(dāng)前自動控制原理的研究情況來看，主要包含兩種理論，分別是現(xiàn)代控制理論和經(jīng)典控制理論。經(jīng)典控制理論研究的是單變量、線性、不變量的系統(tǒng)。該理論的研究通常需要數(shù)學(xué)工具拉普拉斯變換、數(shù)學(xué)方法函數(shù)傳遞的支持，并以此對整個系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析。而現(xiàn)代控制理論的研究通常針對的是非線性、多變量的系統(tǒng)。需要的數(shù)學(xué)工具包括線性代數(shù)、矩陣論和集合論。該理論的研究優(yōu)勢在于能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而預(yù)測系統(tǒng)下一步可能發(fā)生的狀態(tài)，以此實現(xiàn)更強(qiáng)的系統(tǒng)控制，確保生產(chǎn)的安全性與穩(wěn)定性[1]。

圖1 機(jī)電控制系統(tǒng)構(gòu)成

2 機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計思路

機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計對于提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量有著十分重要的作用。因此，工業(yè)化改革必須要強(qiáng)化一體化設(shè)計。而機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計并不是隨意就能夠完成。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要對機(jī)電系統(tǒng)本身特性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品功能等有深入的了解，并充分考慮到生產(chǎn)的實際需求，這樣才能設(shè)計出對生產(chǎn)有利的一體化系統(tǒng)。除此之外，整個系統(tǒng)必須要具備模塊化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化以及人格化的特點。這樣一來，才能保障機(jī)電控制系統(tǒng)的正常工作，同時進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。最后 ，設(shè)計人員一定要注重功能模組的優(yōu)化配置，確保不同功能板塊不會產(chǎn)生矛盾沖突。只有這樣，才能保障系統(tǒng)的一體化、整體化，為生產(chǎn)提供更多幫助。

3 機(jī)電控制系統(tǒng)的一體化設(shè)計

根據(jù)當(dāng)前機(jī)電控制系統(tǒng)的一體化設(shè)計來看，常見的設(shè)計方法有3種，分別是組合法、取代法和整體法。

3.1 組合法

組合法是當(dāng)前應(yīng)用得較為廣泛的一體化設(shè)計之一。特別是在數(shù)控機(jī)床方面，組合法的應(yīng)用能夠讓數(shù)控機(jī)床發(fā)揮不同的作用，呈現(xiàn)多樣化的特點，提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時也能夠進(jìn)一步提高產(chǎn)品是生產(chǎn)效率。所謂的組合法指的就是將不同功能模塊組合在一起的一體化設(shè)計。相比起其他方法，組合法的優(yōu)勢在于是由不同功能模塊組成，故此并不需要將所有設(shè)計推翻重來，而只是簡單地進(jìn)行功能模塊整合即可，設(shè)計簡單，需要的時間較短。需要注意的是，在機(jī)電控制系統(tǒng)中，不同的功能模塊有著不同的特性和功能，因此，在組合的過程中需要進(jìn)行根據(jù)功能模塊來進(jìn)行設(shè)計，避免不同功能模塊之間發(fā)生矛盾沖突，否則必然會給整個系統(tǒng)的正常運(yùn)作產(chǎn)生影響[2]。

3.2 取代法

取代法在當(dāng)前機(jī)電一體化設(shè)計中也較為常見。相比組合法，取代法較多應(yīng)用于電子化產(chǎn)品的生產(chǎn)當(dāng)中。這是因為，取代法的操作方法就是利用電子線路來替代機(jī)械控制結(jié)構(gòu)，因此，在電子化產(chǎn)品的生產(chǎn)中，取代法有著天然優(yōu)勢。之所以利用電子線路來替代機(jī)械控制結(jié)構(gòu)，是因為雖然機(jī)械控制結(jié)構(gòu)是工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的部分之一。但是，在生產(chǎn)過程中，機(jī)械控制結(jié)構(gòu)的運(yùn)行較為單一，導(dǎo)致生產(chǎn)效率得不到有效提高。而利用電子線路來替代，那么就能改變運(yùn)行單一的問題，從而提高生產(chǎn)效率。由于取代法需要利用電子線路，那么在應(yīng)用過程中就需要計算機(jī)信息技術(shù)的輔助，這樣才能實現(xiàn)電子線路的取代，實現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)的一體化設(shè)計。取代法除了改變傳統(tǒng)的機(jī)械控制結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量以外，還能夠?qū)崟r采集、分析生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)，以此不斷優(yōu)化生產(chǎn)過程，有效提高企業(yè)的市場競爭力[3]。

3.3 整體法

在機(jī)電控制系統(tǒng)的一體化設(shè)計當(dāng)中，整體法有著十分廣泛的應(yīng)用。整體法與取代法有著相似之處，不同的是整體法是將電子部分與機(jī)械部分進(jìn)行結(jié)合，從而實現(xiàn)一體化的設(shè)計，而非取代法中由電子線路取代機(jī)械控制結(jié)構(gòu)。整體法的優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，讓控制系統(tǒng)具備多樣的特點，同時對新型設(shè)計理論的研究也有所幫助。但是，整體法對于設(shè)計的要求較高，通常需要耗費大量的時間和成本才能真正實現(xiàn)一體化設(shè)計。因此，在實際的應(yīng)用中，企業(yè)需要根據(jù)自身的實際狀況來進(jìn)行選擇。這樣一來，才能在保障生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)之上，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[4]。

3.4 3種一體化設(shè)計法的差異

從3種一體化設(shè)計法的實際應(yīng)用情況來看，3種方法存在不同的優(yōu)勢，能夠應(yīng)用在不同領(lǐng)域（見表1）。組合法的優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，同時由于是不同的現(xiàn)有功能模塊組合而成，因此相比其他設(shè)計法所需的時間較短，比較適合應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床方面。而取代法的優(yōu)勢則在于能夠簡化傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在提高機(jī)械運(yùn)行效率和質(zhì)量的同時也能夠降低機(jī)械維護(hù)成本，以此為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。相比起組合法與整體法，取代法比較適合應(yīng)用于電子化產(chǎn)品的生產(chǎn)。與組合法和取代法不同的是，整體法從整個技術(shù)和設(shè)計上來說，更加新穎并且富有創(chuàng)新精神。整體法適合用于各個領(lǐng)域的生產(chǎn)，對于改善工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，提高社會生產(chǎn)力有著十分重要的作用。當(dāng)然，在實際的應(yīng)用過程中還需要根據(jù)實際的生產(chǎn)狀況來挑選合適的一體化設(shè)計方法，這樣才能進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)電控制系統(tǒng)的一體化設(shè)計工作。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著工業(yè)化程度的不斷加深，機(jī)電控制系統(tǒng)中自動控制技術(shù)的應(yīng)用以及一體化設(shè)計必不可少。而要想進(jìn)一步強(qiáng)化一體化設(shè)計，首先需要了解的就是自動控制技術(shù)的相關(guān)理論知識，同時，在進(jìn)行一體化設(shè)計時，企業(yè)一定要根據(jù)自身的實際情況，包括運(yùn)營狀況、生產(chǎn)狀況、生產(chǎn)產(chǎn)品等來挑選合適的一體化設(shè)計方案。這樣才能確保機(jī)電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計真正發(fā)揮作用，有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，讓企業(yè)能夠在市場上獲得更多的經(jīng)濟(jì)利潤，以此促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]劉敏.基于機(jī)電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)與一體化設(shè)計分析[J].電子世界，2018（15）：206.

[3]楊海濤.機(jī)電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)與一體化設(shè)計[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（14）：834.

[4]徐鐵.淺析機(jī)電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)與一體化設(shè)計[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（18）：901.