機(jī)電一體化設(shè)計(jì)淺析

沈現(xiàn)磊

摘要：現(xiàn)在，社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，機(jī)電一體化系統(tǒng)逐漸得到了改良和優(yōu)化，這使機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇，也面臨著更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可能一蹴而就，它需要經(jīng)歷一段時間的研究和實(shí)驗(yàn)。文章就對機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的剖析，旨在為相關(guān)從業(yè)人員提供參考與幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化系統(tǒng);設(shè)計(jì)分析

導(dǎo)言

新形勢下，國內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)獲得了許多重大的創(chuàng)新成果，以前單一的技術(shù)應(yīng)用形式逐漸發(fā)生變化，比如機(jī)電一體化就是工業(yè)生產(chǎn)中的新的模式，通過多種技術(shù)的不斷融合提升了相應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用性。它實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)電子技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的有機(jī)融合，并有效的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)之中，當(dāng)前許多的生產(chǎn)設(shè)備都已實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。而控制系統(tǒng)就屬于機(jī)電一體化的關(guān)鍵，能夠用于數(shù)據(jù)處理及自動控制，利用計(jì)算機(jī)接口與外界設(shè)備的連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)各模塊的可靠運(yùn)行。

1機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的基本概述

機(jī)電控制系統(tǒng)是指將工作運(yùn)行中一系列的相關(guān)運(yùn)行技術(shù)連接起來，并將特定裝置進(jìn)行有效的固定，依據(jù)生產(chǎn)流程形成一整套的生產(chǎn)動作，有效控制進(jìn)行工作生產(chǎn)，完成生產(chǎn)工作。在系統(tǒng)形成的過程中，融合了大量的技術(shù)手段，比如，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、電力技術(shù)等，對機(jī)電控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷的完善，最終將其應(yīng)用在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)技術(shù)之間的兼容共存，指導(dǎo)各部分相關(guān)的工作。機(jī)電控制系統(tǒng)的完善與發(fā)展大大提升了人類工作的效率，同時也大大提升企業(yè)發(fā)展效益。例如，將機(jī)電控制系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)應(yīng)用在實(shí)際工作中，工作人員僅僅使用計(jì)算機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)工作的遠(yuǎn)程控制，節(jié)省人力管理時間，提升企業(yè)生產(chǎn)效益。實(shí)際工作中，遠(yuǎn)程控制主要分為兩種，一是保持型的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，保持型遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)工作進(jìn)行實(shí)施的監(jiān)督管理;二是人機(jī)互動型控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的互動管理。從本質(zhì)上來說，科技的發(fā)展是決定著產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素，只有通過科技的創(chuàng)新發(fā)展才能獲得期望的成果。機(jī)電一體化就是以科技創(chuàng)新為引導(dǎo)，將多種技術(shù)結(jié)合起來構(gòu)成一體化的控制系統(tǒng)。這不但提高了對各類資源的使用效率，也加快了企業(yè)經(jīng)營效益的提升。其次，自動控制的實(shí)現(xiàn)，是機(jī)電一體化的最基礎(chǔ)功能，逐步擺脫了過多的人工因素，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械生產(chǎn)的自動化運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)是由控制設(shè)備、執(zhí)行單位、被控元素等組成，并利用接口實(shí)現(xiàn)連接，構(gòu)成工作回路。其工作原理為：先是發(fā)送指令信號，設(shè)定控制數(shù)據(jù)，并利用檢測設(shè)備收到外來信號，接著傳送至控制裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，將結(jié)果傳送至執(zhí)行單位，實(shí)現(xiàn)動作執(zhí)行，將指令應(yīng)用于被控元素，使其處于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)狀態(tài)，最后利用被控元素輸送相應(yīng)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化的系統(tǒng)控制。

2機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1精確性原則

在開展系統(tǒng)調(diào)測時，輸出命令與設(shè)計(jì)命令之間的差值不能太大，而且要在不降低系統(tǒng)可用性的前提下盡可能的減低誤差。精確度與產(chǎn)品生產(chǎn)的精密值息息相關(guān)，也影響著系統(tǒng)運(yùn)行的最終成果。

2.2平穩(wěn)性原則

確保系統(tǒng)的平穩(wěn)性是為了保證產(chǎn)品的結(jié)果與設(shè)計(jì)一致，而且在外來因素的影響下，也不會出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題。特別是在閉環(huán)情況下，非常易于遭受數(shù)據(jù)不匹配的困擾，造成系統(tǒng)波動而影響到正常運(yùn)行。

2.3快捷性原則

快捷性的要求是系統(tǒng)避免差錯值的效率以及解決異常情況的效率要快，由于當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)差錯值時，會影響正常運(yùn)行或出現(xiàn)質(zhì)量問題，所以需要在最快的情況下避免系統(tǒng)差值，確保系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。

3機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，主要的設(shè)計(jì)應(yīng)用包括如下幾方面：一是，挖掘機(jī)的生產(chǎn)制造，利用模擬理論及控制原理，測定液壓設(shè)備中泵的輸送壓強(qiáng)、控制壓強(qiáng)以及別的數(shù)據(jù)，進(jìn)而將相應(yīng)數(shù)據(jù)輸送到控制系統(tǒng)之中，調(diào)配挖掘機(jī)的工作形式，從而完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用。二是，壓縮機(jī)的生產(chǎn)制造，利用控制系統(tǒng)測定振動輪內(nèi)的偏心塊振動路徑，進(jìn)而確定其運(yùn)行加速度，運(yùn)用傅里葉變換等公式，得出壓實(shí)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)運(yùn)行控制的目標(biāo)。三是，在國際上的起重生產(chǎn)制造領(lǐng)域，已用到了控制系統(tǒng)的相應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際生產(chǎn)與設(shè)計(jì)理論的有效結(jié)合，對計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用使得機(jī)械控制能夠像人工作業(yè)一樣方便，但工作效率及可靠性要更高。

4機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略

4.1縱向分層設(shè)計(jì)法

縱向分析設(shè)計(jì)法主要從機(jī)電一體化系統(tǒng)的整體來考慮，對機(jī)電一體化系統(tǒng)的縱向結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，從而使機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次更加分明，并且提高結(jié)構(gòu)層次與組織架構(gòu)的對應(yīng)性。當(dāng)面對不同的操作任務(wù)時，可以實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)由不同結(jié)構(gòu)層次負(fù)責(zé)，使機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次得到充分的利用，體現(xiàn)了機(jī)電一體化系統(tǒng)縱向設(shè)計(jì)的精細(xì)化和科學(xué)化，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化系統(tǒng)宏觀設(shè)計(jì)和微觀設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合。當(dāng)然，宏觀設(shè)計(jì)和微觀設(shè)計(jì)隸屬不同的機(jī)構(gòu)層次。宏觀設(shè)計(jì)具有一定的戰(zhàn)略性，主要為了實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和技術(shù)目標(biāo)，主要在結(jié)合企業(yè)的管理層意見的基礎(chǔ)上，再考慮企業(yè)高級技術(shù)進(jìn)行完成;微觀設(shè)計(jì)也屬于戰(zhàn)略性設(shè)計(jì)，但是其戰(zhàn)略性主要體現(xiàn)在具體的設(shè)計(jì)技術(shù)和方案等方面，因此微觀設(shè)計(jì)一般由技術(shù)部門獨(dú)立完成。

4.2橫向分塊設(shè)計(jì)法

在應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)橫向分塊設(shè)計(jì)法時，主要包括以下方式：替代法。替代法主要是將機(jī)械中的復(fù)雜部件進(jìn)行替換，將電子元件取代原有機(jī)械部件的位置，從而完善機(jī)械的功能，使機(jī)電一體化系統(tǒng)更加的優(yōu)化。例如，在對齒輪調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整時，可利用伺服機(jī)電來彌補(bǔ)齒輪調(diào)速系統(tǒng)的不足，擴(kuò)大調(diào)速范圍和調(diào)速精度，從而使扭矩發(fā)生轉(zhuǎn)變，讓機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)更加簡潔，使機(jī)電一體化系統(tǒng)制造的周期得到縮減。值得注意的是，在進(jìn)行電子原件的替換時，必須嚴(yán)格遵守摩爾定律，從而在確保機(jī)電一體化系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，減低生產(chǎn)的投入。而且隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，電子原件替代法也將成為機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的趨勢之一;融合法。顧名思義，融合法主要是將各種元素進(jìn)行統(tǒng)一和融合，從而形成獨(dú)特的功能部件，確保要素之間的機(jī)電參數(shù)相互匹配;組合法。組合法主要是在融合法的基礎(chǔ)上，將融合法制造而成的部件、模塊等進(jìn)行相互組合，從而形成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)。這點(diǎn)在我們的日常生活中也較為常見，例如，將收音機(jī)與錄音機(jī)進(jìn)行組合，就形成了收錄機(jī)，將手機(jī)與攝像機(jī)進(jìn)行組合，就形成了可以進(jìn)行攝像的手機(jī)。但是，組合法的應(yīng)用并不是簡單的疊加，而是要充分考慮機(jī)電一體化系統(tǒng)的整體性，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

結(jié)語

總的來講，機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)已在機(jī)械行業(yè)內(nèi)得到大量應(yīng)用，其特殊的性能及方便的控制使得人們在選用機(jī)械設(shè)備時更加青睞該類設(shè)備。盡管機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)展已較為完善，各種配套系統(tǒng)及工具也越來越趨于充實(shí)，但還要看到其在實(shí)際使用過程中的問題，從創(chuàng)新發(fā)展的角度，對其繼續(xù)的研究和探索下去，面對各行業(yè)的需求，設(shè)計(jì)出可用性強(qiáng)、效率更高的控制系統(tǒng)。對機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)的探究也要立足當(dāng)下，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)技術(shù)以及機(jī)械電子技術(shù)，為國內(nèi)在機(jī)電一體化領(lǐng)域的不斷發(fā)展打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]廖才.淺析機(jī)電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（22）：174-174.

[2]殷宇航.機(jī)電一體化控制系統(tǒng)開放體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].人間，2015（6）：74-74.

[3]張翠萍.機(jī)電控制系統(tǒng)與機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2016（21）.

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