農(nóng)機(jī)一體化下控制工程在機(jī)械電子工程中的運(yùn)用

張鵬舉

（河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450064）

我國(guó)在電子機(jī)械工程領(lǐng)域擁有非常悠久的發(fā)展歷史，從簡(jiǎn)單的電子與機(jī)械結(jié)合到如今正式邁入科技化、智能化、多樣化發(fā)展之路，甚至還利用人工智能技術(shù)將未來(lái)藍(lán)圖變成現(xiàn)實(shí)可能。然而在電子機(jī)械工程發(fā)展的歷程中，控制工程其實(shí)也扮演著不可或缺的角色。

1 控制工程的含義

控制工程的基礎(chǔ)是控制理論和計(jì)算機(jī)理論的結(jié)合，通過信息化操控達(dá)到自動(dòng)控制。詳細(xì)來(lái)說就是利用數(shù)據(jù)信息輸入、修改等方式操控機(jī)械設(shè)施，使其可以被調(diào)整、升級(jí)和控制。如今控制工程技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域，如自動(dòng)化、智能化機(jī)械設(shè)備，并且我國(guó)也逐漸加強(qiáng)了對(duì)控制工程技術(shù)的重視程度，將其與工程學(xué)科深入結(jié)合?？刂乒こ套畛醢l(fā)展于科技革命中，發(fā)展目的為希望利用控制工程操控當(dāng)時(shí)盛行的蒸汽機(jī)。但是隨著科技的發(fā)展，控制系統(tǒng)逐漸被研發(fā)出來(lái)，隨后以IT 為代表的通信、控制技術(shù)成為一門知識(shí)，穩(wěn)固性與系統(tǒng)性也被大家所熟知且應(yīng)用。

2 機(jī)械電子工程的含義

機(jī)械電子工程是從傳統(tǒng)機(jī)械工程中發(fā)展而來(lái)的，是傳統(tǒng)機(jī)械工程在改進(jìn)過程中與電子工程的交融與創(chuàng)新，也是具有系統(tǒng)性和模塊性的領(lǐng)域。機(jī)械電子工程特點(diǎn)為：其目標(biāo)具有較強(qiáng)的綜合性，所以需要模塊式管理方法展現(xiàn)關(guān)鍵內(nèi)容和應(yīng)用特性，最后實(shí)現(xiàn)目的，并且機(jī)械電子工程可以進(jìn)行統(tǒng)籌管理，合理應(yīng)用自身優(yōu)秀的功能、簡(jiǎn)單的操作和清晰的結(jié)構(gòu)，將工程內(nèi)部的空間做到極致節(jié)約。同時(shí)機(jī)械電子工程還能做到理論與實(shí)際相結(jié)合，將機(jī)械技術(shù)與電子理論交融。機(jī)械電子工程的內(nèi)容非常多元，其中最重要的就是起支撐作用的機(jī)械技術(shù)，可以保證整體工程順利運(yùn)行、框架穩(wěn)定。而其他技術(shù)則承擔(dān)著輔助作用，如自動(dòng)化技術(shù)的核心就是控制，通過控制提高運(yùn)行效率。傳感技術(shù)的核心則是數(shù)據(jù)、參數(shù)，通過集中機(jī)械數(shù)據(jù)分析設(shè)備運(yùn)行效果。電子技術(shù)的核心是要求，利用原理與技術(shù)打造符合要求的產(chǎn)品。如今機(jī)械電子工程已經(jīng)成為我國(guó)各領(lǐng)域不可缺少的一部分，并且可以根據(jù)工業(yè)、企業(yè)的生產(chǎn)要求進(jìn)行調(diào)試與創(chuàng)新[1]。

3 控制工程在機(jī)械電子工程中的運(yùn)用

農(nóng)機(jī)一體化趨勢(shì)勢(shì)不可擋，其以科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景，以企業(yè)、工業(yè)要求為引領(lǐng)方向，不斷提高技術(shù)水平和理念。農(nóng)機(jī)一體化不僅代表著使用設(shè)備、工具更加便利、作業(yè)產(chǎn)量和效率更加高，也意識(shí)到了生產(chǎn)力的重要性和社會(huì)發(fā)展水平的提高。所以以農(nóng)機(jī)一體化作為背景探討控制工程在機(jī)械電子工程中廣泛運(yùn)行和結(jié)合力度逐漸加深，其實(shí)具有重要意義。

3.1 智能控制

智能控制的核心理念就是人工與計(jì)算機(jī)的結(jié)合，簡(jiǎn)而言之就是人工智能通過模擬機(jī)械電子工程的主體和常規(guī)操作軌跡實(shí)現(xiàn)全面控制的情況。一方面人工智能具有擬人化，可以通過數(shù)據(jù)分析代替人類進(jìn)行數(shù)據(jù)管控工作。另一方面人工智能也可以模擬人類大腦思維，進(jìn)行信息收集和管理。智能控制最大的優(yōu)勢(shì)就是將機(jī)械生產(chǎn)的設(shè)想轉(zhuǎn)為了現(xiàn)實(shí)，并且利用人工智能提高質(zhì)量、產(chǎn)量和效率，讓現(xiàn)實(shí)工作達(dá)到了最優(yōu)解，隨后在成本控制和勞動(dòng)力方面也具有重要意義。

3.2 自動(dòng)化控制

集成自動(dòng)化控制是控制工程在機(jī)械電子工程運(yùn)用中的優(yōu)秀實(shí)例，也是智能化、自動(dòng)化要求的最好延伸。這項(xiàng)技術(shù)主要借助信息、數(shù)據(jù)的收集和控制，利用信息、數(shù)據(jù)打造完整的機(jī)械電子工程系統(tǒng)，達(dá)到自動(dòng)化控制需求。這項(xiàng)技術(shù)在企業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)和加工領(lǐng)域的應(yīng)用非常常見，主要內(nèi)容是利用信息整合能力將所有和生產(chǎn)、加工有關(guān)系的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，然后為技術(shù)和操作提供支持，讓技術(shù)和操作符合相應(yīng)需求。柔性控制作為集成自動(dòng)化控制的重要組成部分，如今已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是結(jié)合智能化提高效率[2]。

3.3 魯棒控制

魯棒控制的優(yōu)勢(shì)就是受外界因素影響可能性較小，不會(huì)讓系統(tǒng)在運(yùn)行過程中隨意改變參數(shù)與數(shù)據(jù)，所以這項(xiàng)技術(shù)在控制工程中非常受歡迎。例如在使用機(jī)械臂的時(shí)候常常會(huì)因?yàn)閰?shù)系統(tǒng)特性而受到影響，讓機(jī)械臂難以滿足生產(chǎn)加工的需求，也讓系統(tǒng)運(yùn)行非常不穩(wěn)定，控制難度大大增加。然而選擇魯棒控制技術(shù)之后，這一困境得到了解決，利用模擬法和攝動(dòng)法將系統(tǒng)合理劃分，利用快、慢兩個(gè)系統(tǒng)讓控制器進(jìn)一步穩(wěn)定，以此減少外界的影響因素，增加效率。

3.4 專家控制

專家控制雖然細(xì)微但是非常有效，因?yàn)樵跈C(jī)械加工的時(shí)候常常會(huì)出現(xiàn)一些需要精準(zhǔn)操作的情況，標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格、準(zhǔn)度高，例如絲杠磨削，看似不起眼其實(shí)能夠接連影響后續(xù)操作，所以需要在操控時(shí)保證同步。相比于傳統(tǒng)方式，這種技術(shù)可以大大減少誤差，并且因?yàn)檫@種技術(shù)具有很強(qiáng)的決定性，所以常常被使用在關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]。

3.5 預(yù)測(cè)控制

預(yù)測(cè)控制非常重要，是控制工程中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容，有利于提高效率與準(zhǔn)確度。將這項(xiàng)技術(shù)和機(jī)械電子工程進(jìn)行結(jié)合，可以使高速液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更加快速，讓其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用更加方便，沖破傳統(tǒng)性能限制，讓生產(chǎn)加工更加快速。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與市場(chǎng)需求不斷變化，如今對(duì)高速液壓機(jī)的要求也越來(lái)越多，這要求科技人員必須不斷創(chuàng)新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，并且也要重視機(jī)器的負(fù)載能力、慣性處理、調(diào)試性等問題，保證機(jī)器的精準(zhǔn)度不會(huì)出現(xiàn)任何問題?？偠灾妙A(yù)測(cè)控制技術(shù)非常重要，通過此項(xiàng)技術(shù)計(jì)算運(yùn)行數(shù)值和變化誤差，然后通過整數(shù)據(jù)控制負(fù)載性和慣性，可以穩(wěn)定準(zhǔn)確值、提高效率[4]。

3.6 模糊控制

由于機(jī)械電子工程的內(nèi)容非常復(fù)雜，所以傳統(tǒng)的控制工程并不能滿足建模需求，嚴(yán)重降低了生產(chǎn)率，也增加了生產(chǎn)的難度。為了保證智能控制中的問題得以妥善處理，技術(shù)人員設(shè)計(jì)了模糊控制。這項(xiàng)技術(shù)的核心是模糊數(shù)學(xué)理論，然后以此理論為基礎(chǔ)和控制技術(shù)進(jìn)行交融。控制成果的決定性因素其實(shí)是精準(zhǔn)度，所以為了精準(zhǔn)掌握動(dòng)態(tài)模式的數(shù)值，需要保證系統(tǒng)中各項(xiàng)繁雜信息的準(zhǔn)確與穩(wěn)定。但是不可控因素實(shí)在太多，無(wú)法保證變量盡在掌控，也無(wú)法保證對(duì)動(dòng)態(tài)模式進(jìn)行詳細(xì)的分析與探究，所以利用模糊控制技術(shù)非常必要。使用這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候需要技術(shù)人員重視控制器，作為關(guān)鍵配件，控制器可以全面、統(tǒng)籌地管控所有配件，如解模糊、模糊化等等。模糊化的重要作用就是將輸入數(shù)值轉(zhuǎn)為可辨識(shí)的模糊量，并且配備相應(yīng)語(yǔ)言取值。規(guī)則庫(kù)是經(jīng)驗(yàn)、信息與數(shù)據(jù)的總庫(kù)，將收集的數(shù)值全部轉(zhuǎn)為規(guī)則，讓控制器可以順利運(yùn)行。這項(xiàng)技術(shù)讓機(jī)械電子工程的運(yùn)行更加方便，也讓技術(shù)的人員可以更加精準(zhǔn)地掌握數(shù)據(jù)，并且利用建模來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。例如：機(jī)械加工處理，此類加工處理需要非常強(qiáng)大的數(shù)學(xué)控制模型，所以傳統(tǒng)控制手段難以滿足需求；而模糊控制卻能將非常繁瑣的數(shù)字計(jì)算轉(zhuǎn)為更加簡(jiǎn)單的控制方式，靈活化計(jì)算手段，只要設(shè)定好數(shù)值、變化就能達(dá)到控制效果[5]。

3.7 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

這項(xiàng)技術(shù)以仿生學(xué)為基礎(chǔ)，利用仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)控制工程的控制方式。生物學(xué)中大腦是由神經(jīng)接連在一起的，所以此項(xiàng)控制技術(shù)將系統(tǒng)中的各個(gè)部門設(shè)計(jì)為神經(jīng)連接點(diǎn)，并且通過網(wǎng)狀進(jìn)行聯(lián)系。這項(xiàng)技術(shù)擁有非線性的動(dòng)力系統(tǒng)，可以操控機(jī)械完成生產(chǎn)加工目標(biāo)?；ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展讓網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)可以與機(jī)械電子工程結(jié)合，利用向量算法讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的擬人化逐漸加深，降低計(jì)算錯(cuò)誤率、提高學(xué)習(xí)能力，讓數(shù)控技術(shù)更加先進(jìn)。這項(xiàng)技術(shù)也改變了傳統(tǒng)控制工程中處理能力低、人工要求高等缺點(diǎn)，為生產(chǎn)加工保證了基礎(chǔ)安全。

4 控制工程在機(jī)械電子工程的運(yùn)行前景

我國(guó)雖然在機(jī)械電子工程領(lǐng)域和控制工程領(lǐng)域已經(jīng)取得了不小的成就，但是由于我國(guó)起步較晚、發(fā)展技術(shù)和理念與發(fā)達(dá)國(guó)家相比較差，并且對(duì)于關(guān)鍵技術(shù)的掌控不到位，所以早期二者的運(yùn)行與實(shí)踐仍有一段距離需要追趕。如今隨著科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)力量逐漸加強(qiáng)，研究也在逐漸深入，控制工程得到了完善和創(chuàng)新?？刂乒こ痰倪M(jìn)步對(duì)機(jī)械電子工程起到了推動(dòng)作用，二者應(yīng)該堅(jiān)持走創(chuàng)新之路。堅(jiān)持創(chuàng)新是硬道理，逐漸增加在科學(xué)性和實(shí)用性方面的資金投入，不僅能讓二者可以滿足市場(chǎng)和生產(chǎn)加工的需求，還可以使其正式邁入以智能化、多樣化、自動(dòng)化為代表的新發(fā)展時(shí)代。由于市場(chǎng)對(duì)二者的數(shù)量、質(zhì)量要求不斷增多，所以應(yīng)該改變傳統(tǒng)以經(jīng)濟(jì)效益為核心的理念，正視綠色、環(huán)保、可持續(xù)的新需求，在運(yùn)行過程中讓環(huán)保、科學(xué)與效率協(xié)調(diào)前行[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

在農(nóng)機(jī)一體化背景下控制工程在機(jī)械電子工程中運(yùn)用已經(jīng)逐漸廣泛化、先進(jìn)化，并且如今也取得了不小的成效。這種交融式的運(yùn)用讓二者的發(fā)展水平也得到了顯著的提高，控制工程的應(yīng)用讓機(jī)械電子工程逐漸走上了自動(dòng)化、智能化，并且隨著需求的變化逐漸得以完善與改進(jìn)。本文通過對(duì)二者含義、運(yùn)行和前景進(jìn)行分析，為后續(xù)發(fā)展提供方向和相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)，也能為機(jī)械電子工程的成功奠定基礎(chǔ)。