機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)

馬榮鴻+李清坤+袁俊川

近年來隨著我國科技的不斷進(jìn)步，我國的機(jī)電控制技術(shù)也在不斷發(fā)展，已經(jīng)形成了一種綜合性的技術(shù)，涉及到信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和伺服傳動(dòng)技術(shù)等。對于機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用一體化設(shè)計(jì)的原則，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人性化、智能化和綠色化，對于促進(jìn)機(jī)電控制甚至人類發(fā)展都具有重要的作用。本文就機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)以及一體化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制技術(shù) 一體化設(shè)計(jì)

由于我國生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模也越來越大，因此自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為人們生活和工作中不可或缺的部分。近年來，隨著電工電氣制造業(yè)、機(jī)床電氣業(yè)以及電子信息產(chǎn)品制造業(yè)等行業(yè)的發(fā)展，人們對機(jī)電一體化的關(guān)注度越來越高。

1 機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)闡述

1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)

機(jī)電控制系統(tǒng)是指在沒有人參與的情況下由機(jī)械、設(shè)備等按照人們設(shè)計(jì)好的方式運(yùn)行實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，通過機(jī)電控制系統(tǒng)，可以將控制器和控制對象等各種部件組成在一起。在實(shí)現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)的過程中，運(yùn)用到的技術(shù)組要包括信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)等，此外還會(huì)應(yīng)用傳感檢測技術(shù)、通信技術(shù)、過程控制技術(shù)好自動(dòng)化控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，并且這種技術(shù)并不是單獨(dú)使用的，在機(jī)電控制的過程，需要將這些技術(shù)融合在一起形成綜合技術(shù)，然后才能實(shí)現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)。機(jī)電控制系統(tǒng)的出現(xiàn)為工業(yè)制造和工業(yè)生產(chǎn)帶來了很大的便捷，在很多領(lǐng)域和行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用，例如航海航空路英語和生產(chǎn)領(lǐng)域。對于機(jī)電控制系統(tǒng)，雖然是設(shè)備和儀器的控制過程，但是需要人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，管理人員主要通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對機(jī)電控制的各種儀器和設(shè)備進(jìn)行控制，因此機(jī)電控制系統(tǒng)是在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

1.2 自動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)控制技術(shù)是一種通過控制器對遠(yuǎn)程的控制對象進(jìn)行操作的一種技術(shù)方式，自動(dòng)控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)為自動(dòng)控制原理，自動(dòng)控制理論包括現(xiàn)代控制理論和經(jīng)典控制理論，是由電器部件和機(jī)械部件等共同完成的，自動(dòng)控制技術(shù)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的角色。對于經(jīng)典控制理論，研究對象是單變量的線性時(shí)不變系統(tǒng)，需要借助數(shù)學(xué)工具拉普拉斯變換，在頻率域采用數(shù)學(xué)函數(shù)傳遞的方法進(jìn)行系統(tǒng)分析，在負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)中，利用自動(dòng)調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)的中心環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

對于現(xiàn)代控制理論，研究對象主要為非線性、多變量和時(shí)變系統(tǒng)，需要借助數(shù)學(xué)工具中的線性代數(shù)、矩陣論和集合論等進(jìn)行研究，其研究對象主要為自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、隨機(jī)控制和魯棒控制，在時(shí)間域內(nèi)，采用狀態(tài)控制的方法進(jìn)行系統(tǒng)分析，通過對系統(tǒng)現(xiàn)在所處的環(huán)境以及狀態(tài)對其下一步的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，然后用狀態(tài)方程的對整個(gè)系統(tǒng)過程進(jìn)行描述。

2 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)方法

對于機(jī)電控制系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，常用的設(shè)計(jì)方法主要包括組合法、取代法和整體法。

2.1 組合法

組合法是通過整合功能模塊來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的一種方法，在設(shè)計(jì)過程中，需要將具有不同功能的標(biāo)準(zhǔn)功能模塊組成成機(jī)電一體化系統(tǒng)。機(jī)電控制系統(tǒng)的一體化是為了實(shí)現(xiàn)其功能的多樣化，當(dāng)利用簡單的電子或者機(jī)械已經(jīng)不能順利完成制定的任務(wù)時(shí)，為了強(qiáng)化系統(tǒng)的功能性，可以將幾個(gè)不同功能模塊進(jìn)行整合，形成一個(gè)具有多功能模塊的綜合系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)其一體化設(shè)計(jì)，不同的功能模塊通過相互作用對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組合法在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中應(yīng)用非常廣泛，尤其是在數(shù)控機(jī)床方面應(yīng)用非常多，能夠取得良好的效果，表現(xiàn)出多種優(yōu)勢，使數(shù)控機(jī)床的功能呈現(xiàn)出多樣化特點(diǎn)，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。此外，采用組合法進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，并不需要重新設(shè)計(jì)，而是將各種功能模塊整合在一起，因此一體化設(shè)計(jì)的周期比較短，設(shè)計(jì)過程比較簡便，應(yīng)用非常廣泛。

2.2 取代法

取代法也是機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的常用方法，在電子化產(chǎn)品的一體化設(shè)計(jì)中應(yīng)用非常廣泛，取代法就是采用電子線路代替機(jī)械控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。機(jī)械控制結(jié)構(gòu)是工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，但是采用機(jī)械控制結(jié)構(gòu)完成生產(chǎn)任務(wù)，運(yùn)行過程比較單一，因此運(yùn)行生產(chǎn)的效率低下。而采用電子線路代替及系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，就能夠改變機(jī)械控制結(jié)構(gòu)運(yùn)行單一的缺陷，取得較好的效果。采用電子線路控制，整個(gè)過程需要分布進(jìn)行。首先需要在微型的計(jì)算機(jī)或者控制器上編碼出電子線路的相應(yīng)程序，這樣才能有效將電子線路和機(jī)械控制結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，然后進(jìn)行取代工作，接觸式控制器也可以采用凸輪和變速結(jié)構(gòu)等代替。通過取代法，不僅能夠簡化傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)一體化設(shè)計(jì)，不斷提升產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。

2.3 整體法

采用整體法設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品，是將電子部分和機(jī)械部分有機(jī)結(jié)合，充分利用電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)，從整體視角對機(jī)電一體化產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種基于整體的設(shè)計(jì)需要花費(fèi)較大的時(shí)間，同時(shí)在設(shè)備成本上也更大，但是其由于是基于整體的設(shè)計(jì)，因此能夠表現(xiàn)出創(chuàng)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論，和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式不同，可以全面提升機(jī)電一體化產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，體現(xiàn)出了設(shè)計(jì)過程的創(chuàng)新性。

三種不同設(shè)計(jì)法的比較見表1。

3 結(jié)語

機(jī)電控制系統(tǒng)在人們的生產(chǎn)活動(dòng)中發(fā)揮著重要的作用，是一種融合多種技術(shù)的綜合性技術(shù)系統(tǒng)，在新時(shí)代下，人們對機(jī)電一體化的需求越來越大，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的方法主要有組合法、取代法和整體法，不同設(shè)計(jì)方法各有優(yōu)勢，可以提高機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。

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作者簡介

馬榮鴻（1995-），男，廣西壯族自治區(qū)人。現(xiàn)讀于重慶大學(xué)。

作者單位

重慶大學(xué) 重慶市 400044