控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

任冬法

摘? 要：近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使機(jī)械電子工程在科學(xué)技術(shù)的帶動(dòng)下取得了巨大的進(jìn)步，尤其是在機(jī)械電子控制方面，為機(jī)械電子工程的快速發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？刂乒こ膛c機(jī)械電子工程有著密切的關(guān)系，利用科學(xué)技術(shù)來(lái)對(duì)控制工程進(jìn)行不斷的優(yōu)化與改進(jìn)，必將帶動(dòng)機(jī)械電子工程的進(jìn)步與發(fā)展。鑒于此，該文闡述了控制工程的內(nèi)涵，分析了控制工程在機(jī)械電子工程中發(fā)揮的作用，最后對(duì)控制工程在機(jī)械電子工程中的具體應(yīng)用進(jìn)行深入的探討，以期能夠促進(jìn)控制工程與機(jī)械電子工程之間的快速融合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械電子工程的智能化、自動(dòng)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：控制工程? 機(jī)械電子? 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（a）-0022-02

自第一次工業(yè)技術(shù)革命以來(lái)，控制理論便已經(jīng)產(chǎn)生，在那時(shí)，人們?cè)趯?duì)蒸汽機(jī)進(jìn)行改良時(shí)，便嘗試運(yùn)用控制理論，利用離心式非錘調(diào)速器來(lái)對(duì)蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，從而使蒸汽機(jī)得以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。隨著時(shí)代的發(fā)展，工業(yè)水平的快速提升，使人們對(duì)控制理論的研究變得越來(lái)越深入，這也使控制理論變得越來(lái)越系統(tǒng)化、科學(xué)化。21世紀(jì)的到來(lái)，使人們迎來(lái)了信息時(shí)代，這也使控制技術(shù)取得了飛速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，在控制技術(shù)的帶動(dòng)下，各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)水平都得到了極大提高，特別是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的出現(xiàn)，在我國(guó)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，并促進(jìn)了機(jī)械電子工程的智能化轉(zhuǎn)變。

1? 控制工程的內(nèi)涵

控制理論作為控制工程中的基本指導(dǎo)思想，其是在計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的一門學(xué)科，控制工程可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化操控與管理，這也是控制工程的內(nèi)涵所在。隨著人們對(duì)控制理論研究的不斷深入，越來(lái)越多的控制技術(shù)出現(xiàn)在人們眼前，這也使控制技術(shù)的應(yīng)用范圍變得更加廣泛，尤其是在機(jī)械制造中扮演著至關(guān)重要的角色，通過(guò)控制技術(shù)的應(yīng)用，可使機(jī)械制造流程具有自動(dòng)化特點(diǎn)。機(jī)械電子工程結(jié)合了電子工程與機(jī)械工程的所有技術(shù)，相比于以往的機(jī)械工程，機(jī)械電子工程具有明顯的綜合性與融合性特點(diǎn)，可大幅提高產(chǎn)品的制造質(zhì)量與生產(chǎn)效率。由于在機(jī)械電子工程中需要應(yīng)用許多現(xiàn)代化技術(shù)，這也使控制工程的應(yīng)用水平將直接影響到機(jī)械電子工程的穩(wěn)定運(yùn)行。

2? 控制工程在機(jī)械電子工程中發(fā)揮的作用

在機(jī)械電子工程中，控制工程在其中發(fā)揮著重要的作用，這些作用主要體現(xiàn)在以下方面：其一，相比于以往的機(jī)械工程來(lái)說(shuō)，控制工程有著本質(zhì)的不同，控制工程可采用多種控制技術(shù)來(lái)確保機(jī)械電子工程完成指定的目標(biāo)任務(wù)，這些控制技術(shù)擁有很強(qiáng)的應(yīng)用性與操作性;其二，控制工程在操作方式上非常便捷，而且使用性能非常優(yōu)異，在空間結(jié)構(gòu)上也較為簡(jiǎn)單，這使其能夠有效解決生產(chǎn)過(guò)程中遇到的各種復(fù)雜問(wèn)題，通過(guò)對(duì)機(jī)械技術(shù)進(jìn)行綜合實(shí)踐與理論論證，以此獲得令人滿意的控制效果;其三，空間線性方程是機(jī)械電子工程對(duì)控制工程進(jìn)行應(yīng)用的理論依據(jù)，其在解決非線性及多輸入等復(fù)雜問(wèn)題中有著巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，這使其在機(jī)械工程活動(dòng)中發(fā)揮著極為重要的作用，并為控制工程的實(shí)踐與論證提供了大量關(guān)于技術(shù)層面與理論層面的支持。

3? 控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用分析

隨著現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展，控制工程與機(jī)械電子工程的結(jié)合變得越來(lái)越緊密，這也使其在機(jī)械電子工程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。與此同時(shí)，人們對(duì)控制工程的核心控制技術(shù)也進(jìn)行了更加深入的研究，并致力于將其有效應(yīng)用于機(jī)械電子工程中，這些核心控制技術(shù)主要包括智能控制技術(shù)、魯棒控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、預(yù)測(cè)控制技術(shù)等。以下便對(duì)這些控制工程中的核心技術(shù)在機(jī)械電子工程中的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行深入的分析。

3.1 智能控制技術(shù)

近年來(lái)，智能化技術(shù)的飛速發(fā)展，使其與計(jì)算機(jī)技術(shù)之間有了密切的結(jié)合，從而形成了以智能化技術(shù)為核心的智能控制系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械電子工程的智能化模擬和控制，這種智能化是對(duì)人工操作方式及思維模式進(jìn)行模擬而實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可使智能機(jī)器人在操作過(guò)程中能夠像人一樣進(jìn)行自動(dòng)操作和控制。智能控制系統(tǒng)在控制過(guò)程中，會(huì)對(duì)所需信息進(jìn)行自主采集，并通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行處理，按照人類大腦的思維模式，以此模擬出對(duì)應(yīng)的操作控制方式。由此可見(jiàn)，信息時(shí)代的發(fā)展，使各個(gè)行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為未來(lái)的必然趨勢(shì)，而智能控制系統(tǒng)也得以在各個(gè)領(lǐng)域中得到有效運(yùn)用，相比于以往的生產(chǎn)方式，不僅大幅提高了生產(chǎn)效率，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也大幅降低了違規(guī)操作與誤操作的發(fā)生幾率，并且由智能控制系統(tǒng)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，還可使生產(chǎn)成本得到有效節(jié)約。

3.2 魯棒控制技術(shù)

魯棒控制技術(shù)作為控制工程中的核心技術(shù)，在機(jī)械電子工程中也同樣發(fā)揮著重要的控制作用。魯棒控制技術(shù)是以控制器為載體來(lái)進(jìn)行控制的，通過(guò)對(duì)控制器按照相應(yīng)的性能指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制問(wèn)題的有效轉(zhuǎn)化，從而使復(fù)雜的控制問(wèn)題轉(zhuǎn)變成較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題進(jìn)行解決。在控制系統(tǒng)中，其魯棒性特征體現(xiàn)在外界存在干擾源時(shí)，能夠確保系統(tǒng)的運(yùn)行性能不會(huì)受到干擾源的干擾，使其始終保持著相應(yīng)的性能來(lái)穩(wěn)定運(yùn)行。正是由于魯棒控制系統(tǒng)所具有的穩(wěn)定控制作用，使其廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域。例如，在對(duì)柔性臂進(jìn)行制造時(shí)，為了確?？刂葡到y(tǒng)對(duì)柔性臂軌跡的穩(wěn)定控制，在對(duì)魯棒控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，往往要采用滑模變結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是以Hx控制理論為指導(dǎo)來(lái)確定的，在此過(guò)程中，需要利用補(bǔ)償控制算法進(jìn)行計(jì)算，使滑膜結(jié)構(gòu)能夠按照Hx控制理論的要求來(lái)對(duì)柔性臂軌跡進(jìn)行組合性控制，這樣便可確保電子機(jī)械工程得以穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 模糊控制技術(shù)

在機(jī)械工程中涉及到眾多的加工步驟，這也使機(jī)械工程需要進(jìn)行繁瑣的操作，大大增加了操作的不便性，而僅僅采用傳統(tǒng)的控制方法，對(duì)機(jī)械工程模型進(jìn)行構(gòu)建，往往難度會(huì)非常大，并且也使工程人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅增加。因此，要想簡(jiǎn)化機(jī)械工程的控制流程，僅僅依靠傳統(tǒng)的控制方法，利用模型進(jìn)行控制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且控制效果也不夠理想。因此，對(duì)于這類控制問(wèn)題，可通過(guò)模糊控制技術(shù)進(jìn)行解決，模糊控制技術(shù)可簡(jiǎn)化原本較為復(fù)雜的問(wèn)題。而以往的控制方法，則往往需要根據(jù)機(jī)械工程的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)各種運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)建精確的模型，這無(wú)疑會(huì)給工程人員帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)，并且構(gòu)建的模型也往往不夠精確。相比于以往的控制方法，模糊控制技術(shù)不需要從數(shù)據(jù)方面對(duì)機(jī)械工程進(jìn)行精確的分析，工程人員在應(yīng)用模糊控制技術(shù)時(shí)，只需保證輸入量的偏差能夠處于工程允許范圍內(nèi)即可。模糊控制技術(shù)正是憑借其獨(dú)特的控制優(yōu)勢(shì)，使其在機(jī)械電子工程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

近年來(lái)，人們對(duì)控制工程研究的不斷深入，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制成為一種新興的核心控制技術(shù)，該技術(shù)是在生物學(xué)的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的。相比于其他控制技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以看成是一種由大量神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)，這些神經(jīng)元在構(gòu)成及使用效果上都比較簡(jiǎn)單，但通過(guò)大量神經(jīng)元的連接與組合，可使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更加復(fù)雜和豐富的功能，這也使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以對(duì)海量的復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理。以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)為核心的系統(tǒng)也由此具有智能化特征，并廣泛應(yīng)用于機(jī)械電子工程的智能化控制工作中。一直以來(lái)，人們?cè)趹?yīng)用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)品的加工精度往往達(dá)不到使用要求，而且在產(chǎn)品加工中還難以避免地會(huì)出現(xiàn)操作誤差，從而給產(chǎn)品的加工成功率與加工效率帶來(lái)很大影響。而通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅可大幅提高數(shù)控機(jī)床對(duì)產(chǎn)品的加工精確度，提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，而且還可確保整個(gè)加工過(guò)程的安全性。

3.5 預(yù)測(cè)控制技術(shù)

預(yù)測(cè)控制技術(shù)是控制工程中一種重要的核心控制技術(shù)，它最為明顯的特征是其提前性。該技術(shù)可根據(jù)機(jī)械電子設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，通過(guò)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)來(lái)評(píng)估機(jī)械電子設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，幫助控制人員根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案，以此確保機(jī)械電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，保障設(shè)備運(yùn)行安全。例如，在高速液壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)預(yù)測(cè)控制技術(shù)的應(yīng)用，可對(duì)高速液壓機(jī)的運(yùn)行壓力、運(yùn)轉(zhuǎn)速度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，通過(guò)訓(xùn)練預(yù)測(cè)模型來(lái)分析設(shè)備所承受的沖擊荷載是否處于安全范圍，預(yù)測(cè)設(shè)備的輸出值，以此確定其運(yùn)行誤差，進(jìn)而預(yù)測(cè)出系統(tǒng)是否會(huì)出現(xiàn)超調(diào)問(wèn)題，幫助工程人員根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)采取對(duì)應(yīng)的控制方案，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)高速液壓機(jī)的精準(zhǔn)控制，避免高速液壓機(jī)因壓力過(guò)大或轉(zhuǎn)速過(guò)快等問(wèn)題而出現(xiàn)運(yùn)行誤差。

3.6 集成控制技術(shù)

在控制工程中，集成控制技術(shù)在機(jī)械電子工程中有著非常廣泛的應(yīng)用。信息化技術(shù)的發(fā)展，使集成控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)在控制上具有統(tǒng)一性，可同時(shí)控制和管理不同種類的機(jī)械電子設(shè)備，使這些機(jī)械電子設(shè)備能夠在互不干擾的情況下正常運(yùn)行，從而充分發(fā)揮其功能，實(shí)現(xiàn)不同機(jī)械電子設(shè)備的協(xié)同化生產(chǎn)。集成控制技術(shù)在機(jī)械電子工程的應(yīng)用，可大幅提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，該技術(shù)可對(duì)不同機(jī)械電子設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合，并采用對(duì)應(yīng)的控制方式來(lái)達(dá)到集成控制的目的。在科學(xué)技術(shù)的帶動(dòng)下，人們對(duì)集成控制技術(shù)的改進(jìn)與優(yōu)化，使集成控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行柔性化控制，從而使產(chǎn)品在生產(chǎn)和制造過(guò)程中能夠變得更加高效、科學(xué)。

4? 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，機(jī)械電子工程的智能化、自動(dòng)化、信息化轉(zhuǎn)變趨勢(shì)將變得愈發(fā)明顯，這也使控制工程中的核心技術(shù)在機(jī)械電子工程中發(fā)揮更為重要的作用。而對(duì)于控制工程來(lái)說(shuō)，人們對(duì)控制工程研究的不斷深入，必將促使更多的新型控制技術(shù)出現(xiàn)。同時(shí)，現(xiàn)有的核心控制技術(shù)也將得到相應(yīng)的優(yōu)化與改進(jìn)，這也使機(jī)械電子工程中許多復(fù)雜的控制難題將得到逐一解決，從而真正實(shí)現(xiàn)機(jī)械電子工程與控制工程的深度融合，使兩者的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)得到全面發(fā)揮，進(jìn)而更好地推動(dòng)我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡林冰.控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（1）：232.

[2] 欒婷婷.基于智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（14）：164.

[3] 鄭紅濤，姜信君.控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用[J].居舍，2018（14）：166.