機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

王韶良（濟(jì)南城市照明工程有限公司，山東濟(jì)南，250033）

機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

王韶良
（濟(jì)南城市照明工程有限公司，山東濟(jì)南，250033）

機(jī)電控制行業(yè)在發(fā)展中不斷解決新問題，依靠科學(xué)理論研制新方法，引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，帶動(dòng)行業(yè)向前發(fā)展。自動(dòng)控制技術(shù)與一體化設(shè)計(jì)分析問題一直是機(jī)電控制諸多問題中的重中之重，被相關(guān)研究者和行業(yè)發(fā)展人員視為研究重點(diǎn)。

機(jī)電一體化；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

0 引言

新形勢(shì)下，國(guó)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(shí)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(shí)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(duì)生產(chǎn)工作進(jìn)行實(shí)施的監(jiān)督管理；二是人機(jī)互動(dòng)型控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的互動(dòng)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(duì)各類資源的使用效率，也加快了企業(yè)經(jīng)營(yíng)效益的提升。其次，自動(dòng)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(dòng)化運(yùn)行。控制系統(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(hào)，設(shè)定控制數(shù)據(jù)，并利用檢測(cè)設(shè)備收到外來信號(hào)，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(dòng)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)的類別與設(shè)計(jì)原則

2.1 機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)的類別

（1）依據(jù)控制系統(tǒng)所遵循的準(zhǔn)則中是不是有被控元素的運(yùn)行函數(shù)，能夠?qū)⑵浞殖梢韵聝深悾喉樞蚩刂萍胺答伩刂啤Ｇ罢叩墓ぷ餍问綖椋豪脤?duì)時(shí)間、邏輯等數(shù)據(jù)的分析，發(fā)送明確的運(yùn)轉(zhuǎn)步驟，是一種開環(huán)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是，運(yùn)行簡(jiǎn)便、實(shí)現(xiàn)成本較低、后期維護(hù)方便，不過其運(yùn)行精度不高，而且對(duì)外來因素的影響和干預(yù)反應(yīng)太過敏感。后者的工作形式為：利用傳感器收到被控元素的狀況參數(shù)，并反饋給控制端，接著對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，是一種閉環(huán)系統(tǒng)。盡管這一形式的成本較高，維護(hù)麻煩，不過其優(yōu)勢(shì)在于準(zhǔn)確度高、隨機(jī)調(diào)整性好，對(duì)外來因素的抑制能力也更強(qiáng)。

（2）依據(jù)控制系統(tǒng)信號(hào)的改變情況可將其分成以下三類：鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于受到外來影響較小，信號(hào)能夠保持最初的設(shè)定，能夠用在恒溫控制、恒定速度控制等方面；隨動(dòng)系統(tǒng)，也稱為跟蹤系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于所發(fā)出的信號(hào)能夠在相應(yīng)的范圍內(nèi)發(fā)生隨意的改變，無需遵守限定的要求，所以信號(hào)的傳輸不需要固定函數(shù)，設(shè)備的運(yùn)行要由不斷的指令命令來控制，對(duì)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)、分析性能要求比較高，能夠用在瞄準(zhǔn)裝置、無定向檢測(cè)裝置等；程序控制系統(tǒng)，也稱為過程控制系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于依據(jù)之前設(shè)置好的命令進(jìn)行信號(hào)的改變，信號(hào)的發(fā)送源于提前設(shè)計(jì)，不過信號(hào)的改變則依據(jù)固定函數(shù)實(shí)現(xiàn)，能夠用在車床等設(shè)備中。

2.2 機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

通過以上分析可知，機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)類別眾多，應(yīng)用的范圍也有所差別，但其基本特征及設(shè)計(jì)原則是趨于一致的。可概括為如下三點(diǎn)：（1）精確性原則。在開展系統(tǒng)調(diào)測(cè)時(shí)，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）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(huì)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(dòng)而影響到正常運(yùn)行。（3）快捷性原則。快捷性的要求是系統(tǒng)避免差錯(cuò)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(cuò)值時(shí)，會(huì)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)分析

3.1 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(cè)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(cè)定振動(dòng)輪內(nèi)的偏心塊振動(dòng)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(guó)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(duì)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。

3.2 機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向

機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)，推動(dòng)著機(jī)械生產(chǎn)向智能化方向發(fā)展，伴隨通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及機(jī)械技術(shù)等的飛速發(fā)展，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方向逐漸深化，同時(shí)，智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，也在改善著控制系統(tǒng)的易用性。目前，機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向主要包括如下幾個(gè)方面。

（1）模塊化。模塊化的應(yīng)用是控制系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，因?yàn)楫?dāng)前各式各樣的機(jī)械設(shè)備來源于各個(gè)地區(qū)的生產(chǎn)單位及供應(yīng)商，所以就要對(duì)訊號(hào)接口、轉(zhuǎn)化接口、連接接口等位置進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，而模塊化的運(yùn)用就方便了各自控制模塊能夠應(yīng)用于所有的設(shè)備控制系統(tǒng)中，為產(chǎn)業(yè)升級(jí)和企業(yè)間的交流提供了便捷的通道。

（2）智能化。近年來，智能化的應(yīng)用源自于智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、心理學(xué)等新技術(shù)、新科技的發(fā)展和融合，進(jìn)而給予了控制系統(tǒng)更加高效的分析與控制性能，進(jìn)一步的提升了生產(chǎn)力，改善了工作效能。不過，想要實(shí)現(xiàn)更高的目標(biāo)離不開更高標(biāo)準(zhǔn)的終端設(shè)備及更高性能的計(jì)算機(jī)的支持。

（3）信息化。信息技術(shù)的發(fā)展拓寬了信息的傳播范圍及速度，對(duì)于當(dāng)前的控制系統(tǒng)來說，只要其控制系統(tǒng)的效能足夠優(yōu)秀，就能夠快速得到各國(guó)市場(chǎng)的認(rèn)可并迅速得以推廣，所以，迅速擴(kuò)大的市場(chǎng)范圍有助于推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，從而不斷提高所用控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。

（4）環(huán)保化。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)越來越重視。盡管經(jīng)濟(jì)的發(fā)展給我們的生活帶來了很大的方便，使得我們的產(chǎn)品更加豐富，生活更加便捷，但也造成了資源的損耗，以及自然環(huán)境的破壞。因此，人們開始重視對(duì)環(huán)境的保護(hù)，倡導(dǎo)尊重自然。綠色經(jīng)濟(jì)在這一形勢(shì)下應(yīng)時(shí)而生，環(huán)保化是經(jīng)濟(jì)發(fā)展到了一定程度后的必然趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的整個(gè)流程中，遵循對(duì)生態(tài)平衡的要求，對(duì)自然環(huán)境損害或影響較小，資源浪費(fèi)情況減輕。對(duì)環(huán)保化機(jī)電設(shè)備的設(shè)計(jì)，符合當(dāng)下的時(shí)代要求。機(jī)電產(chǎn)品的環(huán)保化主要在于應(yīng)用過程中不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，設(shè)備廢棄后也能盡可能的回收。

4 結(jié)語

總而言之，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?cè)谶x用機(jī)械設(shè)備時(shí)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(duì)其繼續(xù)的研究和探索下去，面對(duì)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(duì)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(guó)內(nèi)在機(jī)電一體化領(lǐng)域的不斷發(fā)展打下基礎(chǔ)。

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Mechanical and electrical integration of control systems design and analysis

Wang Shaoliang
(Jinan city lighting engineering co. LTD,Ji'nan Shandong, 250033)

At this stage, the electromechanical control industry is constantly solving new problems in the development, relying on scientific theory to develop new methods, introducing advanced production equipment and driving the industry forward. The problem of automatic control technology and integrated design analysis has been a top priority in many issues of electromechanical control, which is regarded by relevant researchers and industry development personnel as the research focus.

electromechanical integration; Control system; design