淺談新型控制策略及其在機(jī)械工程中的應(yīng)用

程莉

【摘 要】隨著現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化應(yīng)用也越來(lái)越被重視，企業(yè)對(duì)自動(dòng)化程度及自動(dòng)化所達(dá)到的目標(biāo)要求也越來(lái)越高。所以，即便工作人員和技術(shù)人員的工作在不斷的摸索著進(jìn)行，但只要有技術(shù)有一點(diǎn)進(jìn)步的希望或機(jī)械制造上有一點(diǎn)改進(jìn)的希望技術(shù)人員就會(huì)加倍努力將其做到最好。本研究將帶讀者進(jìn)一步了解一下新型控制策略在機(jī)械工程中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】控制策略；計(jì)算機(jī)；新型控制方法

本研究將為讀者詳盡介紹新型控制策略以及新型控制策略在機(jī)械工程中的應(yīng)用。為讀者了解新型控制策略和機(jī)械自動(dòng)化奠定良好的基礎(chǔ)。本文會(huì)分別對(duì)二者各自的特點(diǎn)進(jìn)行分析，也會(huì)就二者之間的關(guān)系展開(kāi)探討，這樣不僅可以使新型控制策略在機(jī)械工程中得到更好的應(yīng)用，也可以使新型控制策略有更寬廣的發(fā)展空間，使得新型控制策略的應(yīng)用體系越來(lái)越完善，加速機(jī)械工程的發(fā)展。希望本研究可以對(duì)欲在機(jī)械工程及相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的讀者有一定的啟示。

1 提高控制策略的重要性

傳統(tǒng)控制策略針對(duì)的對(duì)象是精確的、不變化且是線(xiàn)性的，其操作條件和運(yùn)行環(huán)境是確定的、不變的。隨著工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，控制精度和性能要求的提高，必須考慮控制對(duì)象參數(shù)乃至結(jié)構(gòu)的變化、非線(xiàn)性的影響、運(yùn)行環(huán)境的改變以及環(huán)境干擾等時(shí)變和不確定因素，現(xiàn)代工業(yè)控制要求達(dá)到越來(lái)越高的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并在越來(lái)越復(fù)雜和不確定的環(huán)境下進(jìn)行控制，人們只有從應(yīng)用數(shù)學(xué)、控制理論、工程實(shí)踐等不同的角度和起點(diǎn)出發(fā)，對(duì)新型控制方法進(jìn)行研究，才能得到滿(mǎn)意的控制效果。從工程應(yīng)用角度出發(fā)，新型控制策略主要包括：自括應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制、預(yù)測(cè)控制、魯棒控制、模糊控制、專(zhuān)家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及遺傳算法等。這些控制策略相互之間以及與各咱傳統(tǒng)控制策略之間相互滲透、交叉和結(jié)合，又形成各式各樣的復(fù)合控制策略。

2 專(zhuān)家控制在機(jī)械控制中的的重要性

專(zhuān)家控制在機(jī)械磨削精度控制中的應(yīng)用在精密絲杠磨削中，為達(dá)到高精度的螺距要求，工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)必須滿(mǎn)足嚴(yán)格的同步，才能達(dá)到高精度的螺距要求。這種同步運(yùn)動(dòng)在普通螺紋磨床上加工絲杠時(shí)，一般靠機(jī)械傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且絲杠螺距精度在磨削過(guò)程中還受到環(huán)境溫度、工件熱變形、磨削力以及傳動(dòng)鏈誤差的影響。比較由權(quán)威的就是席光輝等根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)鏈的誤差測(cè)量、特征計(jì)算，設(shè)計(jì)一個(gè)專(zhuān)家精度控制系統(tǒng)，對(duì)絲杠磨削過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能補(bǔ)償控制。其主要設(shè)想是實(shí)際磨削加工的動(dòng)態(tài)環(huán)境下，根據(jù)產(chǎn)生的不同誤差特征，在系統(tǒng)中找到一條與之相適應(yīng)的控制規(guī)則，通過(guò)運(yùn)用規(guī)則得到最補(bǔ)償控制量，使螺距誤差逐漸減小。專(zhuān)家控制方式是盡快糾正偏差，采用開(kāi)關(guān)模式進(jìn)行控制。專(zhuān)家，顧名思義就是在某個(gè)領(lǐng)域中比較有權(quán)威的人物，掌握的知識(shí)量一定比一般人要多并且精，對(duì)技術(shù)及方法的改進(jìn)也有自己獨(dú)到的見(jiàn)解。若螺距誤差的趨勢(shì)增大，則說(shuō)明前一次補(bǔ)償控制量不夠，應(yīng)加大補(bǔ)償量來(lái)減弱增大的趨勢(shì)，采用比例模式控制。若誤差達(dá)到某個(gè)極值，隨后逐漸減小，應(yīng)減小補(bǔ)償控制量，只是在原來(lái)的保持值基礎(chǔ)上增加一個(gè)不太大的值，以保持這一輸出值直到誤差反向?yàn)橹埂４藢?zhuān)家系統(tǒng)也可應(yīng)用于其他類(lèi)型的機(jī)床加工過(guò)程中。

3 預(yù)測(cè)控制的應(yīng)用

預(yù)測(cè)控制在高速液壓機(jī)中的應(yīng)用高壓化、高速化、低能耗、低噪音與智能化問(wèn)題也已成為不前液壓機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。但是高速化、高壓化帶來(lái)的直接現(xiàn)象就是負(fù)載慣性增大，系統(tǒng)超調(diào)變大，換言之系統(tǒng)精度將下降。通過(guò)建立對(duì)象的預(yù)測(cè)模型，根據(jù)采樣時(shí)刻及在此之前幾步系統(tǒng)輸出的歷史數(shù)據(jù)，建立系統(tǒng)輸出一步預(yù)測(cè)模型，然后再根據(jù)預(yù)測(cè)輸出值計(jì)算系統(tǒng)誤差變化率的預(yù)測(cè)值，并由此確定控制器輸出，實(shí)現(xiàn)“提前控制”。預(yù)測(cè)控制適合在掌握的數(shù)據(jù)量較少的情況下應(yīng)用，并能夠精確預(yù)測(cè)出欲得到的數(shù)據(jù)。這種方法具有實(shí)用性強(qiáng)，計(jì)算方法簡(jiǎn)單的的優(yōu)點(diǎn)，有很大的發(fā)展空間。基于GM（1，1）模型的灰色預(yù)測(cè)方法，依據(jù)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行AGO累加生成，建立數(shù)據(jù)列的預(yù)測(cè)模型，通過(guò)從整體上掌握和預(yù)測(cè)系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)列的動(dòng)態(tài)規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，地系統(tǒng)輸出進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4 魯棒控制的應(yīng)用

魯棒控制及其在雙連桿柔性臂軌跡跟蹤中的應(yīng)用控制系統(tǒng)的魯棒性是指系統(tǒng)的某種性能或某個(gè)指標(biāo)在某種擾動(dòng)下保持不變的程度（或?qū)Ω蓴_不敏感的程度）。一個(gè)控制系統(tǒng)是否具有魯棒性是它能否可靠地應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)鍵。柔性機(jī)械臂是一個(gè)強(qiáng)耦合、非線(xiàn)性、時(shí)變的多輸入多輸出分布參數(shù)系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)的固有特點(diǎn)是其大幅整體運(yùn)動(dòng)與小幅彈性振動(dòng)的耦合，并且具有逆運(yùn)動(dòng)學(xué)不確定性及多種不確定因素，其動(dòng)力學(xué)行為相當(dāng)復(fù)雜，針對(duì)這樣一個(gè)復(fù)雜的控制地象，同時(shí)控制連桿的整體運(yùn)動(dòng)及由彈性引起的振動(dòng)是非常困難的。李元春等用基于假設(shè)模態(tài)法和奇異攝動(dòng)理論，將系統(tǒng)分為慢變和快變兩個(gè)子系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)慢變子系統(tǒng)控制器時(shí)，考慮了由非線(xiàn)性機(jī)械結(jié)構(gòu)引起的結(jié)構(gòu)不確定性，利用滑模變結(jié)構(gòu)控制方法設(shè)計(jì)了魯棒控制器，魯棒控制系統(tǒng)也是判斷整個(gè)系統(tǒng)是否可靠的關(guān)鍵。

5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的應(yīng)用

由于切削過(guò)程具有隨機(jī)因素多、時(shí)變參數(shù)多、非線(xiàn)性程度高特點(diǎn)，難以建立其精確的數(shù)學(xué)模型，用傳統(tǒng)的、基于被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型的控制方法不能獲得良好的控制效果。張英等將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接用作數(shù)控機(jī)床智能控制系統(tǒng)的控制器，其設(shè)計(jì)的直接作用式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，經(jīng)切深變化實(shí)驗(yàn)表明：淺論新型控制策略及其在機(jī)械工程中的應(yīng)用在切深發(fā)生突變這種十分不利的情況下，系統(tǒng)的最大超調(diào)量也只有30%左右，而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始值是隨機(jī)發(fā)生的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制使數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的處理未知非線(xiàn)性被控對(duì)象的能力，而且控制性能良好，自適應(yīng)能力強(qiáng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有很大的發(fā)展前景，這方面的人才也將會(huì)受到很大的歡迎。

6 結(jié)語(yǔ)

相信讀者們讀了本研究后一定獲得了不少的啟示。當(dāng)然，若想要在機(jī)械領(lǐng)域長(zhǎng)久的發(fā)展還需要自己不斷的努力加以學(xué)習(xí)。俗話(huà)說(shuō)一分辛苦一分收獲，所有的成功都不是偶然的，只有在平時(shí)下了功夫當(dāng)機(jī)遇來(lái)了的時(shí)候才能抓住，并一舉獲得成功。新型控制策略的應(yīng)用也同樣是這個(gè)道理，反復(fù)琢磨才會(huì)掌握的更精確更細(xì)致，以便于從小的方面下手進(jìn)行突破。但愿本研究能夠?qū)π滦涂刂撇呗灶I(lǐng)域及機(jī)械工程方面的學(xué)者有所幫助。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：丁艷]