淺析機電控制系統(tǒng)的自動控制技術與一體化設計

延　博（西京學院,西安　710123）

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淺析機電控制系統(tǒng)的自動控制技術與一體化設計

延博
（西京學院,西安710123）

摘 要：機電控制技術隨著時代的發(fā)展和科技的進步已經(jīng)逐漸成為一項綜合性技術，需要多項技術相互滲透、交叉來共同完成，其中包括自動控制技術、信息處理技術、伺服傳動技術等等。機電一體化的構想使其產(chǎn)品具有智能化、綠色化、人性化等特點，體現(xiàn)了一種進步思想，也對人類社會的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動和促進作用。本文首先對機電控制系統(tǒng)和自動控制技術進行了相關的介紹，幫助認識技術特點和要領；然后描述了機電一體化設計思想，表現(xiàn)該設計的優(yōu)勢；最后討論了機電一體化產(chǎn)品的三種主要的設計方法，對不同類型的產(chǎn)品進行不同的加工，對機電控制技術的進一步研究和發(fā)展有很大的幫助。

關鍵詞：機電控制系統(tǒng)；自動控制技術；一體化設計

隨著我國生產(chǎn)力的不斷發(fā)展和科學水平的提高，自動化控制技術得到廣泛的應用，已經(jīng)成為人類社會發(fā)展不可缺少的重要部分。利用自動化生產(chǎn)控制技術，不僅有利于擴大生產(chǎn)規(guī)模，而且體現(xiàn)了技術上的先進性，對其進行深入研究和分析意義重大。機電一體化在我國制造業(yè)地位顯著，具有卓越的創(chuàng)新思維，在產(chǎn)品上的應用也越來越完善。當然，不同類型的產(chǎn)品在進行設計的過程中需要采取不同的方法，根據(jù)實際情況選擇最合理的方法才能確保產(chǎn)品制作過程的順利。

1　機電控制系統(tǒng)和自動控制技術的介紹

1.1機電控制系統(tǒng)

機電控制系統(tǒng)的核心元素是控制，它是指在無人參與和指導下，利用控制裝置的作用使機器、設備或生產(chǎn)的過程能夠自動按照設計好的方式運行，共同完成指定任務。機電控制通過一套完整的系統(tǒng)把控制器、控制對象和其他部件組合在一起，需要多種技術的共同配合來完成，例如微電子、信息處理、通信、自動控制等技術。所以，機電控制技術是一項綜合性技術，主要包括檢測傳感、自動控制、信息處理、伺服傳送這四種技術方式。隨著計算機的發(fā)展和開發(fā)，機電控制系統(tǒng)出現(xiàn)之后便得到大力推廣，現(xiàn)已經(jīng)在生產(chǎn)制造、航空航天等領域被廣泛的應用著，占據(jù)較為穩(wěn)定的地位。

機電控制系統(tǒng)主要進行遠程控制，管理人員可以通過異地撥號或者網(wǎng)絡連接來遠程控制異地的計算機，來完成相應的任務或指令。這種控制技術基于網(wǎng)絡平臺，可以對系統(tǒng)的每一個過程實時監(jiān)督，保證人機之間可以隨時建立聯(lián)系。

1.2自動控制技術

自動控制技術是指通過控制器使被控制的對象或過程能夠自動按照預定的規(guī)律運行的一種技術方式。這一技術的理論基礎是自動控制原理，通過協(xié)調機械、電器的各部件共同工作來有效完成動作過程，在機電控制系統(tǒng)中扮演著重要的角色。自動控制原理分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，統(tǒng)稱為傳統(tǒng)控制理論。第一種理論的研究對象是針對單變量的線性時不變系統(tǒng)，這種理論要借助數(shù)學工具拉普拉斯變換，利用函數(shù)傳遞的方法在頻率域進行系統(tǒng)分析。經(jīng)典控制理論也叫自動調節(jié)原理，在負反饋閉環(huán)系統(tǒng)中，通過自動調節(jié)器的反饋作用來控制系統(tǒng)的中心環(huán)境。第二種理論的研究對象則是多變量、非線性和時變系統(tǒng)，借助的數(shù)學工具為矩陣論、線性代數(shù)和集合論等。它的研究內(nèi)容主要是“四種控制”，分別是最優(yōu)控制、自適應控制、隨機控制和魯棒控制，利用狀態(tài)空間的方法在時間域內(nèi)作系統(tǒng)分析，根據(jù)所處的狀態(tài)或條件來分析下一步會出現(xiàn)的狀態(tài)，然后用狀態(tài)方程來描述整個系統(tǒng)過程。這兩種理論存在的共同之處就是把被控制對象的精確數(shù)學模型作為基礎，把控制對象和其他干擾因素都用嚴格的數(shù)學方程和函數(shù)來表示。但是隨著時代的發(fā)展，21世紀的智能化進程更進一步，傳統(tǒng)控制理論越來越顯得有氣無力，而新興的智能控制系統(tǒng)則完全得心應手，表現(xiàn)出強大的功能和優(yōu)勢。智能控制是多個領域相互交叉的學科，目前發(fā)展也只是初步階段，還需要根據(jù)實際情況不斷補充和完善才能發(fā)揮出更加重要的作用和優(yōu)勢。

在機電控制技術中，自動控制技術非常重要，主要負責提高產(chǎn)品精度、加工效率、設備利用率等問題，技術的關鍵就是依據(jù)現(xiàn)代控制理論，表現(xiàn)出工程化和實用化的特點，優(yōu)化控制模型，精確邊界條件等。不過，任何技術要想在社會快速發(fā)展的今天不被淘汰或取代，就必須不斷地進行改進和優(yōu)化，全面適應發(fā)展需求。所以，自動控制技術也應該根據(jù)實際情況努力實現(xiàn)突破和創(chuàng)新。

2　機電一體化設計思想

根據(jù)調查，最早機電一體化是由日本的一家機械整形協(xié)會經(jīng)濟研究所提出的，他們設想將電子技術加入機構中的動力功能、主功能等加以控制和管理，實現(xiàn)電子設計、軟件設計和接卸裝置三者融合成一個統(tǒng)一的整體，非常具有創(chuàng)造性。后來隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，機電一體化的思想越來越成熟，也逐步發(fā)展成一個較為完善的學科。在對產(chǎn)品進行設計工作時，機電一體化要求系統(tǒng)分析設計產(chǎn)品，反復審核，綜合結果，不斷進行修改和完善，從而達到最理想的效果。作為世界制造業(yè)的大國，我國出現(xiàn)并推廣機電一體化思想是非常必要的，使產(chǎn)品表現(xiàn)出智能化、人性化、綠色化、微型化等先進理念，具有一定優(yōu)越性。另外，機電一體化的產(chǎn)品有機融合了微電子技術、機械技術、自動控制技術等，系統(tǒng)的質量和性能都得到了進一步的提高，在特殊功能和任務的完成度上也有了良好的改善。

3　機電一體化產(chǎn)品的設計方法

3.1整體法

這種方法就是將機械部分與電子部分進行有機整合，也就是將機械技術與電子技術進行有機整合，從整體上開展設計。機電

一體化的設計，最關鍵的就是表現(xiàn)出創(chuàng)新性的產(chǎn)品設計理論，打破傳統(tǒng)的設計模式，全面提高產(chǎn)品的質量和性能。整體法通過把電子技術和機械技術整合成為一個不可分割的有機整體，實現(xiàn)產(chǎn)品設計上的新穎和獨特，也體現(xiàn)了一種創(chuàng)新的思維方式，具有一定的影響和價值。

3.2取代法

這一設計方法就是用電子線路代替機械控制結構，一般用于電子化產(chǎn)品設計。機械控制結構在完成指定任務的運行過程中形式過于單一，這種情況在機電設計一體化中就得到了改變，也就是利用電子線路來控制機構。我們往往將電子線路控制分步驟進行，首先在控制器或微型計算機上編出相應的程序，用于把電子線路和機械控制結構有機地相結合；然后，開始取代工作，即用電子線路代替原有機械結構，用變速機構、凸輪等代替那些接觸式控制器。這樣一來，傳統(tǒng)的機械結構得到簡化，體現(xiàn)出機電一體化的設計思想，而且產(chǎn)品的質量和性能也能得到相應的提高。

3.3組合法

組合法是功能模塊的整合，就是把各種標準功能的模塊組合成各個機電一體化系統(tǒng)。當簡單的機械與電子的有機整合并不能完成指定任務時，我們往往采取組合法，將各個功能模塊進行整合，形成一個一體化的多功能模塊的綜合系統(tǒng)，然后對系統(tǒng)進行設計來達到預期效果。現(xiàn)在組合法在數(shù)控機床上面的應用效果顯著、優(yōu)勢明顯，拓展了多種使用功能，極大地提高了產(chǎn)品質量。另外，這一設計方法周期短、質量高，還可以節(jié)約設備成本，在生產(chǎn)管理、使用和維修上都非常方便，今后也一定會得到進一步的發(fā)展和完善。

4　總結

機電控制系統(tǒng)融合多種技術，在人類社會生產(chǎn)生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。而機電一體化是新時代下的產(chǎn)物，在帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益的同時，為機械工業(yè)的發(fā)展注入新的生命力。關于機電一體化產(chǎn)品的設計方法，雖然目前主要總結出三種，但今后肯定會出現(xiàn)更多的具有創(chuàng)新性的設計理念，在產(chǎn)品的人性化服務和自身質量性能上作出更大的提高和進步。隨著未來科學技術和社會經(jīng)濟的不斷提高，各種技術呈現(xiàn)相互融合的發(fā)展趨勢，不同學科相互滲透，因此，機電一體化發(fā)展前景一片光明，必將得到更優(yōu)質的完善并發(fā)揮出更大的價值。

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.147