機械電子工程節(jié)能控制技術(shù)研究

陳佳盼

摘 要：將能量進行傳遞與轉(zhuǎn)換，做到對外做功的效果，就是機械電子工程運行的最終目標。簡而言之就是有效功率的輸出。由于大部分機械電子工程都是由幾個共同協(xié)作的運行結(jié)構(gòu)。功率是當前節(jié)能控制技術(shù)關(guān)注的焦點，但是卻忽略了不同功率之間的合作在改善局部方面，傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出良好的效果，但是為了取得更好的節(jié)能效果就必須在傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)上有所改良甚至突破。

關(guān)鍵詞：機械電子工程；電子節(jié)能；控制技術(shù)研究

面對當前不斷提高的對機械電子工程易操作性、低能量消耗、高工作性能的要求，如何將機械電子工程系統(tǒng)達到局部能量最佳，是值得我們重視的問題。就我國目前情況而言，與世界先進水平相比，還有一定的進步空間。

1 機械電子工程節(jié)能概述

1.1 節(jié)能理念及其廣義的概念

將能量進行傳遞與轉(zhuǎn)換，做到對外做功的效果，就是機械電子工程運行的最終目標。由于大部分機械電子工程都是由幾個共同協(xié)作的運行結(jié)構(gòu)組成，所以對有效功率輸出有影響因素的是：在功率不同之間的相互合作及其傳遞的過程。供需雙方的合作以及傳遞過程中的功率是當前節(jié)能控制技術(shù)關(guān)注的焦點。機械工程在單位時間內(nèi)完成的工作量是工作效率。有些矛盾經(jīng)常存在于工作效率和節(jié)能之間，一方性能的提升就意味著要降低另一方要求的代價。所以消耗能源數(shù)據(jù)的比較必須保證工作效率相同。

1.2 機械電子工程的功率流程

轉(zhuǎn)換的能量，對外做功和傳遞的過程就是機械電子工程的運行過程，通過能量來進行分析。對其功率流程的研究，是機械電子工程節(jié)能分析的重要一步。

分析將柴油機作為動力主要來源的機械工程，柴油的化學(xué)能是其主要的動力來源，柴油的化學(xué)能被柴油機轉(zhuǎn)化為可輸出的機械能。就轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩方向來說，通過調(diào)速噴油和電控的控制技術(shù)來改善優(yōu)化柴油機的能量消耗特征及其動力特點是目前選擇的主流方案。柴油機輸出的機械能會被液壓泵吸收，與此同時液壓泵把機械能轉(zhuǎn)換成為液壓能。就壓力和流量方面來說，通過恒定功率，切斷壓力，正流量的控制技術(shù)來優(yōu)化改進液壓泵的能量消耗特征及其動力特性是目前的首選方案。能量的供應(yīng)方和需求方是柴油機和液壓泵，對它們之間的供求關(guān)系的改進，目前常用方法是采用控制液壓泵和發(fā)動機的功率極限荷載或者控制轉(zhuǎn)速感應(yīng)等等，通過這幾種方法來改進兩者之間的動力特征和能量消耗特點。液壓泵傳遞出來的液壓能會被液壓能吸收，通過對液壓系統(tǒng)的壓力、流量和方向調(diào)節(jié)，輸送壓力和流量給對應(yīng)的運行結(jié)構(gòu)，通過LUDV技術(shù)對并聯(lián)回路的負荷差異和分配流量的影響進行消除，或者是通過采用可變流量控制的方式來協(xié)調(diào)各運行結(jié)構(gòu)共同作業(yè)。操作者可以在液壓閥控制系統(tǒng)中直接對液壓閥進行控制，即操作者的意愿及其對流量的要求都可以顯示其工作狀態(tài)。所以能量的提供方和需求方也是液壓泵和液壓閥。通過控制負流量或者控制負荷傳感的方法來改善優(yōu)化他們之間的供給與需求的關(guān)系。液壓閥傳遞出來的液壓能會被油缸和馬達吸收，與此同時將轉(zhuǎn)化的機械能輸出：力與位移和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩，被輸出的部分甚至全部機械能都會對外做功，運行元件對外做功的有效性不言而喻。

2 機械電子工程的節(jié)能控制系統(tǒng)

在改善局部方面，傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出良好的效果，但是為了取得更好的節(jié)能效果就必須在傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)上有所改良甚至突破，通過以下幾點可以對傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)進行改善：對固定功率配置進行改善，將機械工程的功率配置實現(xiàn)動態(tài)化；對操作者的造作目的要有清晰的方向，工作效率管理系統(tǒng)要建立在操作方式上；對工作方式來說要選擇識別技術(shù)，設(shè)立相對應(yīng)的功率動態(tài)配置系統(tǒng)的操作方式。

2.1 全電控節(jié)能控制技術(shù)

對于機械工程系統(tǒng)來說，依靠電比例液壓泵、電比例馬達、電比例液壓閥和電控噴油柴油機來組成一個通過全電控來進行作業(yè)的傳動系統(tǒng)。由于采用的轉(zhuǎn)換原件和功率輸出裝置全部電控，所以硬件功能最小化且硬件的使用程度大幅度提升。與此同時，還可以實現(xiàn)智能控制的高級化、感知的深入化。

因為軟件承擔了系統(tǒng)的控制和專用功能，所以操作者可以根據(jù)操作情況和實際工作情況在機械運行中對參數(shù)進行在線的調(diào)節(jié)和控制，柔性化的參數(shù)匹配得以實現(xiàn)，全局的節(jié)能效果也就更好的獲取。

2.2 分布式節(jié)能控制技術(shù)

對全電控的功率系統(tǒng)，尤其是全電控的液壓系統(tǒng)的建立，相應(yīng)系統(tǒng)的壓力信號需要被控制程序進行處理，這也就是一種非常高的要求對控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，這種對壓力信號進行及時處理的需求，憑借當前的機械工程控制器的技術(shù)水平來說還無法完全滿足。

要滿足對各種數(shù)據(jù)、信號處理速度的硬性需求，就要研制專用的以總線為基本的液壓閥控制器、發(fā)動機控制器和液壓泵控制器，高速總線與每個控制器相互連接，建立一種以總線為基礎(chǔ)的分布式節(jié)能控制系統(tǒng)，達到節(jié)能的目的。

發(fā)動機的噴油量由發(fā)動機控制器依據(jù)操作者的指令和發(fā)動機的運行狀態(tài)，與此同時，將與其有關(guān)的數(shù)據(jù)傳遞到總線，其他控制器的指令也可以在總線上獲取；參照液壓泵出口的壓力信號，液壓泵控制器可以調(diào)節(jié)其排量信號，總線接收相關(guān)數(shù)據(jù)，并且接受其他控制器的控制命令；操作者的操作命令由液壓閥控制器接收，并且依據(jù)命令對液壓閥進行控制，發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)到總線，同時通過總線接受其它控制的控制命令。

這種以總線為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)，對信息的傳輸和處理速度的控制都有了特別大的提升，分布式節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用，可以對全電控功率系統(tǒng)的控制需求給予滿足。

2.3 全局節(jié)能控制系統(tǒng)

對機械工作性能的增強、能耗的降低來說，全局節(jié)能的意義重要且深遠。把外界的負載和整個機械工程進行研究，才可以建立全局節(jié)能控制系統(tǒng)，并且要將作業(yè)效率、傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)和協(xié)同控制的多個執(zhí)行機構(gòu)設(shè)置為節(jié)能目標，才能夠取得節(jié)能效果的最大化。

對于簡便的定量分析節(jié)能效果，全局的節(jié)能標準可以定義如下：全局節(jié)能標準=有效對外做功/（工作時間*耗油量）=有效功率/耗油量。該定義對協(xié)同控制的多執(zhí)行機構(gòu)、作業(yè)效率和傳統(tǒng)化的節(jié)能控制技術(shù)多方面的內(nèi)容均有考慮，對機械工程的特性評價也較為全面。

劃分為三個目標有助于全局節(jié)能目標的實現(xiàn)，目標即傳統(tǒng)節(jié)能目標、工作效率目標和協(xié)同工作目標。每個目標都可以在自身的基礎(chǔ)之上細分成為系統(tǒng)目標，元器件目標和小部件目標，控制機械工程中的各個部件的工作效率情況，能源消耗情況和協(xié)同工作情況，實現(xiàn)全局節(jié)能的目的。

3 結(jié)束語

通過本文對械電子工程節(jié)能控制技術(shù)研究可以得知，要想目前新型的節(jié)能電子控制系統(tǒng)目標得以實現(xiàn)，對傳統(tǒng)的機械電子工程中控制系統(tǒng)存在的各種不足和缺陷需要完善和改進，與此同時，要突破傳統(tǒng)機械電子工程中控制系統(tǒng)中的一些可取且有效的方式和途徑，實現(xiàn)全電控節(jié)能控制技術(shù)、全局節(jié)能控制系統(tǒng)和分布式節(jié)能控制技術(shù)的建立、完善和發(fā)展。取得的技術(shù)成果擴展了機械電子工程中控制系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)的發(fā)展空間，對現(xiàn)代化工業(yè)機械技術(shù)的節(jié)能化發(fā)展進行了有效的引導(dǎo)作用，也開辟了機械電子工程節(jié)能的無限技術(shù)空間。

參考文獻

[1]游陽林，唐世波.工程機械電子節(jié)能控制技術(shù)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（01）：13-14.

[2]劉茂福，曹顯利.工程機械電子節(jié)能控制技術(shù)研究[J].機床與液壓，2011（07）：23-24.

[3]楊哲.工程機械電子節(jié)能控制技術(shù)研究[J].中國市場，2014（07）：08-09.